滚动轴承的公差和配合

第7章 滚动轴承的公差与配合 教学提示：本章主要讲述滚动轴承的分类、作用、公差特点、配合件公差及选用，确定轴承配合的主要依据。

教学要求：要求了解滚动轴承内、外径公差带及其特点，配合件公差的选用，及与一般圆柱体公差配合的区别，掌握套圈与负荷方向的关系等，以确定轴承配合。

7.1 滚动轴承的分类及公差特点滚动轴承是以滑动轴承为基础发展起来的，是用来支承轴的部件，是机械制造业中应用极为广泛的一种标准部件，其工作原理是以滚动摩擦代替滑动摩擦。

滚动轴承有各式各样的结构，但是，最基本的结构一般是由两个套圈，一组滚动体和一个保持架所组成的通用性很强、标准化、系列化程度很高的机械基础件。

按照滚动轴承所能承受的主要负荷方向，又可分为向心轴承(主要承受径向载荷)、推力轴承(承受轴向载荷)、向心推力轴承(能同时承受径向载荷和轴向载荷)。

由此可见，滚动轴承可用于承受径向、轴向、或径向与轴向的联合负荷。

如图7.1所示为典型的滚动轴承深沟球轴承(向心轴承)和推力球轴承(推力轴承)的结构，以深沟球轴承最为常见，本章对推力轴承不做介绍。

由深沟球轴承结构可知，内圈与传动轴的轴颈配合，外圈与外壳孔配合，属于典型的光滑圆柱配合。

目前，滚动轴承已发展成为主要的支承型式，应用越来越广泛。

(a) 深沟球轴承(b) 推力球轴承图7.1 滚动轴承1—外圈2—密封3—内圈4—滚动体5—保持架6—上圈7—下圈滚动轴承的工作性能和使用寿命，既取决于本身的制造精度，也与其配合件即外壳孔、传动轴的配合性质，及外壳孔、传动轴轴颈的尺寸精度、形位公差和表面粗糙度等因素有关。

第7章 滚动轴承的公差与配合·135··135·7.1.1 滚动轴承的公差等级滚动轴承的精度是指滚动轴承主要尺寸的公差值及旋转精度。

根据滚动轴承的结构尺寸、公差等级和技术性能等产品特征，国家标准GB/T307.3—2005《滚动轴承通用技术规则》(已颁布GB/T307.3—2005新标准)将滚动轴承公差等级按精度等级由低至高分为0、6(6x)、5、4、2。

不同种类的滚动轴承公差等级稍有不同，具体如下：向心轴承(圆锥滚子轴承除外)公差等级共分为五级，即0、6、5、4和2级。

圆锥滚子轴承公差等级共分为四级，即0、6x 、5和4级。

推力轴承公差等级共分为四级，即0、6、5和4级。

常用精度为0级精度，属普通精度，在机械制造业中应用最广，主要用于旋转精度要求不高的机械中。

例如，卧式车床变速箱和进给箱、汽车和拖拉机的变速箱、普通电机、水泵、压缩机和涡轮机等。

除0级外，其余各级统称高精度轴承，主要用于高线速度或高旋转精度的场合，这类精度的轴承在各种金属切削机床中应用较多，普通机床主轴的前轴承多采用5级轴承，后轴承多采用6级轴承；用于精密机床主轴上的轴承精度应为5级及其以上级；而对于数控机床、加工中心等高速、高精密机床的主轴支承，则需选用4级及其以上级超精密轴承。

主轴轴承作为机床的基础配套件，其性能直接影响到机床的转速、回转精度、刚性、抗颤振性能、切削性能、噪声、温升及热变形等，进而影响到加工零件的精度、表面质量等。

因此，高性能的机床必须配用高性能的轴承。

参见表7-1。

表7-1 机床主轴轴承精度等级轴承类型 精度等级 应用情况深沟球轴承 4 高精度磨床、丝锥磨床、螺纹磨床、磨齿机、插齿刀磨床 5 精密镗床、内圆磨床、齿轮加工机床 角接触球轴承6 卧式车床、铣床4精密丝杠车床、高精度车床、高精度外圆磨床5 精密车床、精密铣床、转塔车床、普通外圆磨床、多轴车床、镗床单列圆柱滚子轴承 6 卧式车床、自动车床、铣床、立式车床 向心短圆柱滚子轴承、调心滚子轴承 6 精密车床及铣床的后轴承 4 坐标镗床(2)、磨齿机(4)5 精密车床、精密铣床、镗床、精密转塔车床、滚齿机圆锥滚子轴承 6x 铣床、车床 推力球轴承6一般精度车床7.1.2 滚动轴承内径、外径公差带特点轴承的配合是指内圈与轴颈及外圈与外壳孔的配合。

轴承的内、外圈，按其尺寸比例一般认为是薄壁零件，精度要求很高，在制造、保管过程中极易产生变形(如变成椭圆形)，但当轴承内圈与轴颈及外圈与外壳孔装配后，其内、外圈的圆度，将受到轴颈及外壳孔形互换性与测量技术基础·136··136·状的影响，这种变形比较容易得到纠正。

因此，国家标准GB/T 4199—2003《滚动轴承 公差定义》对轴承内径d 与外径D ，不仅规定了直径公差，还规定了轴承套圈任一横截面内平均内径和平均外径(用d m 或D m 表示)的公差，后者相当于轴承在正确制造的轴上或外壳孔中装配后，它的内径或外径的尺寸公差。

其目的是控制轴承的变形程度及轴承与轴颈和外壳孔的配合尺寸精度。

为此国家标准GB/T 307.1—2005《滚动轴承 向心轴承 公差》规定了0、6、5、4、2各公差等级的轴承的内径d m 和外径D m 的公差带均为单向制，而且统一采用公差带位于以公称直径为零线的下方，即上偏差为零，下偏差为负值的分布，如图7.2所示。

图7.2 轴承内径、外径公差带的分布滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内圈与轴的配合采用基孔制，即以轴承内圈的尺寸为基准。

但内圈的公差带位置却和一般的基准孔相反，如图7.2中公差带都位于零线以下，即上偏差为零，下偏差为负值。

这样分布主要是考虑配合的特殊需要。

因为通常情况下，轴承的内圈是随轴一起转动的，为防止内圈和轴颈之间的配合产生相对滑动而导致结合面磨损，影响轴承的工作性能，因此要求两者的配合应具有一定的过盈，但由于内圈是薄壁零件，容易弹性变形胀大，且一定时间后又要拆换，故过盈量不能太大。

如果采用过渡配合，又可能出现间隙，不能保证具有一定的过盈，因而不能满足轴承的工作需要；若采用非标准配合，则又违反了标准化和互换性原则，所以要采用有一定过盈的配合。

此时，当它与一般过渡配合的轴相配时，不但能保证获得不大的过盈，而且还不会出现间隙，从而满足了轴承内圈与轴的配合要求，同时又可按标准偏差来加工轴。

可以看出这样的基准孔公差带与GB/T 1800.4—1999中基孔制的各种轴公差带组成的配合，有不同程度地变紧。

滚动轴承的外径与外壳孔的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准。

因轴承外圈安装在外壳孔中，通常不旋转，但考虑到工作时温度升高会使轴热膨胀而产生轴向延伸，因此两端轴承中应有一端采用游动支承，可使外圈与壳体孔的配合稍微松一点，使之能补偿轴的热胀伸长量；否则，轴会产生弯曲，致使内部卡死，影响正常运转。

滚动轴承的外径与外壳孔两者之间的配合不要求太紧，公差带仍遵循一般基准轴的规定，仍分布在零线下方，它与基本偏差为h 的公差带相类似，但公差值不同。

滚动轴承采用这样的基准轴公差带与GB/T 1800.4—1999中基轴制配合的孔公差带所组成的配合，基本上保持了GB/T 1800.4—1999的配合性质。

第7章 滚动轴承的公差与配合·137··137·7.2 滚动轴承配合件公差及选用滚动轴承配合件是指与滚动轴承内圈孔和外圈轴相配合的传动轴轴颈和箱体外壳孔。

7.2.1 轴颈和外壳孔的公差带由于滚动轴承是标准件，轴承内圈孔径和外圈轴径公差带在制造时已确定，因此轴承与轴颈和外壳孔的配合，需由轴颈和外壳孔的公差带决定。

故选择轴承的配合也就是确定轴颈和外壳孔的公差带种类，国家标准GB/T 275—1993所规定的轴颈和外壳孔的公差带参见图7.3和图7.4。

该公差带仅适用于以下场合：①轴承外形尺寸符合GB/T 273.3—1999《滚动轴承 向心轴承 外形尺寸总方案》的规定；②轴承的精度等级为0级和6(6x)级；③轴承的游隙为基本组径向游隙；④轴为实心或厚壁钢制轴；⑤外壳为铸钢或铸铁。

图7.3轴承内圈孔与轴颈配合的常用公差带关系图Δd mp —轴承内圈单一平面平均内孔直径的偏差图7.4 轴承外圈轴与外壳孔配合常用公差带关系图ΔD mp —轴承外圈单一平面平均外径的偏差由于这里孔的公差带在零线之下，而GB/T 1801—1999圆柱公差标准中基准孔的公差带在零线之上，所以滚动轴承的配合可以由图中清楚地看出，如它的基准面(内圈内径、外圈外径)公差带、及与轴颈或外壳孔尺寸偏差的相对关系。

显然轴承内圈与轴颈的配合比GB/T 1801—1999中基孔制同名配合紧一些。

对轴承内圈与轴的配合而言，圆柱公差标准中的许多间隙配合在这里实际已变成过渡配合，如常用配合中，g5、g6、h5、h6的配合已变互换性与测量技术基础·138··138·成过渡配合；而有的过渡配合在这里实际已成为过盈配合，如常用配合中，k5、k6、m5、m6的配合已变成过盈配合，其余配合也都有所变紧。

而轴承外圈与外壳孔的配合与GB/T 1801—1999圆柱公差标准规定的基轴制同类配合相比较，虽然尺寸公差值有所不同，但配合性质基本一致。

只是由于轴承外径的公差值较小，因而配合也稍紧，如H6、H7、H8已成为过渡配合。

7.2.2 滚动轴承的配合选择轴承的正确运转很大程度上取决于轴承与轴、孔的配合质量。

为了使滚动轴承具有较高的定心精度，通常轴承两个套圈的配合都偏紧，但为了防止因内圈的弹性胀大和外圈的收缩导致轴承内部间隙变小甚至完全消除，并产生过盈，影响轴承正常运转；同时也为了避免套圈材料产生较大的应力，致使轴承使用寿命降低，所以选择时不仅要遵循轴承与轴颈、外壳孔正确配合的一般原则，还要根据轴承负荷的性质、大小、温度条件、轴承内部游隙、材料差异性、精度等级、轴承安装、拆卸等条件通盘考虑，通过查表确定轴颈和外壳孔的尺寸公差带、形位公差和表面粗糙度。

如果按表7-2～表7-8列出的轴承适用场合同上述公差带的5种应用场合，条件选择轴承，那么就可以得到合适用途的轴承内圈与轴颈、轴承外圈与外壳孔的良好配合，从而提高轴承的承载能力，延长轴承的使用寿命。

选择滚动轴承与轴颈、外壳孔的配合时，应考虑的主要因素如下。

1. 套圈与负荷方向的关系作用在轴承上的径向负荷，可以是定向负荷(如带轮的拉力或齿轮的作用力，或旋转负荷、如机件的转动离心力)，或者是两者的合成负荷。

它的作用方向与轴承套圈(内圈或外圈)存在着以下3种关系。

(1) 套圈相对于负荷方向静止。

此种情况是指，作用于轴承上的合成径向负荷与套圈相对静止，即负荷方向始终不变地作用在套圈滚道的局部区域上，该套圈所承受的这种负荷性质，称为局部负荷。

如图7.5(a)所示不旋转的外圈和图7.5(b)所示不旋转的内圈，受到方向始终不变的负荷F r 的作用。

前者称为固定的外圈负荷，后者称为固定的内圈负荷。

如减速器转轴两端的滚动轴承的外圈，汽车、拖拉机车轮轮毂中滚动轴承的内圈，都是局部负荷的典型实例。