第6章 常用结合件的互换性讲解

第6章 常用结合件的互换性
6.1 滚动轴承的互换性 6.2 键和花键结合的互换性 6.3 普通螺纹结合的互换性
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6.1 滚动轴承的互换性
6.1.1 滚动轴承的组成和型式 滚动轴承是一种标准部件，它由专业工厂 生产，供各种机械选用。滚动轴承一般由内圈、 外圈、滚动体（钢球或滚子）和保持架（又称 隔离圈）等组成（图6.1a）。 滚动轴承的型式很多。按滚动体的形状不 同，可分为球轴承和滚子轴承；按受负荷的作 用方向，则可分为向心轴承、推力轴承、向心 推力轴承 。
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2．轴和外壳孔公差带的选用
选择轴承配合应考虑的主要因素有：
1、轴承的工作条件
负荷类型 负荷大小 工作温度 旋转精度 轴向游隙
2、配合零件的结构、材料 3、安装与拆卸的要求
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负荷的类型
局部负荷 ：作用在轴承上的合成径向负 荷与套圈相对静止。 循环负荷 ：作用于轴承上的合成径向负 荷与套圈相对旋转。 摆动负荷 ：作用于轴承上的合成径向负 荷与所承受的套圈在一定区域内相对摆动。
表面粗糙度值要求为:键槽侧面Ra1.6～6.3； 其他非配合面Ra6.3～12.5。
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平键标注示例
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6.2.2 花键连接件的互换性
1、概述 花键连接的特点：
花键的类型
定心精度高 导向性好
承载能力强
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2. 矩形花键
（1）花键定心方式 花键有大径D、小径d和键（槽） 宽B三个主要尺寸参数，为了改善其加工工艺性，只需将 其中一个参数加工得较准确，使其起配合定心作用。
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轴承的径向游隙
径向游隙为滚动体与套圈在径向方向的间隙。 GB规定轴承的径向游隙共分为2、0、3、4、5组， 0组为基本游隙组。
径向游隙过大会引起转轴较大的径向跳动和轴 向窜动，使轴承产生较大的振动和噪音。
径向游隙过小会增加轴承摩擦发热，降低轴承 寿命，功率损失大。
对于基本组游隙的轴承，配合的过盈量应适中。 对游隙比基本组大的轴承,配合的过盈量应较大。 对游隙比基本组小的轴承,配合的过盈量应较小。
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6.3.4 普通螺纹公差与配合选用
由基本偏差和公差等级可以组成多种公差 带。在实际生产中为了减少刀具及量具的规格 和数量，便于组织生产，对公差带的种类予以 了限制，国标推荐按下表选用。
大量生产的精制紧固螺纹，推荐采用带方框的公差带； 带*号的公差带优先选用，加（）的公差带尽量不用。
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螺纹精度等级与旋合长度的选用
对较长的花键，可根据产品性能自行规定键 侧对轴线的平行度公差。
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花键连接在图样上的标注
花键联结在图纸上的标注,按顺序包括以
下项目：键数N，小径d，大径D, 键宽B,花键
公差带代号。示例如下：
wk.baidu.com
花键规格: N×d×D×B 6×23×26×6
花 键 副：
GB1144—2001
内 花 键：6×23H7×26H10×6H11
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轴承承受的负荷类型
a)
内圈循环负荷 外圈局部负荷
b)
内圈局部负荷 外圈循环负荷
c)
内圈循环负荷 外圈摆动负荷
d)
内圈摆动负荷 外圈循环负荷
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负荷的大小
表中 ：P径向负荷 C 轴承的额定动负荷 负荷越大，过盈量应选得越大，承受变化的负 荷应比承受平稳的负荷选用较紧的配合
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轴承工作温度对配合的影响
轴颈和外壳孔的表面粗糙度见表6.8
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标注示例
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6.2 键和花键结合的互换性
花键主要用于轴和带毂零件(如 齿轮、蜗轮等)实现周向固定以传递 转矩的轴毂联接。其中, 有些还能实 现轴向固定以传递轴向力;也可用做 导向联接。
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6.2.1 键联结件的互换性
1、概述 键是标准零件，分为两大类：平键和半 圆键，构成松联接；斜键，构成紧联接。 键的侧面是工作面，工作时，靠键与键 槽的互压传递转矩。 按用途，平键分为普通平键、导向平键 和滑键三种，导向平健简称导键。 按结构分为圆头的、方头的和一端圆头 一端方头的 。
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6.1.3 滚动轴承与轴、外壳孔配合特点
滚动轴承的内、外圈，都是宽度较小 的薄壁件。容易变形（如变成椭圆形）， 但在装入外壳孔和轴上之后，这种变形 又容易得到矫正。因此，滚动轴承国家 标准规定了轴承内、外径的平均直径dmp、 Dmp的公差，用以确定内、外圈结合直径 的公差带。
0、6级向心轴承和向心推力球轮承 的内、外圈平均直径的极限偏差见表6.1、 表6.2。
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6.1.2 滚动轴承的精度等级及其应用
滚动轴承按其公称尺寸精度和旋转精度， 向心轴承分为五级：0、6、5、4、2； 圆锥滚子轴承分为四级：0、6x、5、4； 推力轴承分为四级：0、6、5、4。 0级精度等级最低，等级依次增高，2级 精度最高。
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滚动轴承各级精度的应用
0级（普通精度级）轴承应用在中等负荷、中等转速 和旋转精度要求不高的一般机构中。如普通机床。汽车 和拖拉机的变速机构和普通电机、水泵、压缩机的旋转 机构的轴承。
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平键联结的三种配合性质及其应用
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键槽的几何公差及表面粗糙度
1）轴槽和轮毂槽对轴线的对称度公差。根据 键槽宽b，一般按几何公差中对称度7～9级选取。
2）当健长L与健宽b之比大于或等于8时，b的 两侧面在长度方向标注平行度公差：
b≤6ｍｍ时取7级； b≥8至36ｍｍ时取6级； b≥40ｍｍ时取5级。
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螺纹检测仪器
螺纹千分尺（测量范围：螺距0.4-6mm） 用于测螺纹中径
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螺纹检测仪器
万能工具显微镜 可分别测量： 螺纹大径 螺纹中径 螺纹螺距 螺纹牙型半角
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习题6
6.1、滚动轴承内圈内孔及外圈外圆柱面公 差带分别与一般基孔制的基准孔及一般基 轴制的基准轴公差带有何不同？ 6.2、一深沟球轴承6310（d＝50mm，D＝ 110mm，6级精度）与轴承内径配合的轴用 k6，与轴承外径配合的孔用H7。试绘出这 两对配合的公差带图，并计算其极限间隙 或过盈。
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6.3.2 螺纹几何参数对互换性的影响
1.螺距误差的影响
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6.3.2 螺纹几何参数对互换性的影响
2.牙型半角误差的影响
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6.3.2 螺纹几何参数对互换性的影响
3. 中径误差的影响 中径误差同样影响螺纹的旋合性与连 接强度,若外螺纹的中径小于内螺纹的中 径,就能保证内、外螺纹的旋合性；反之， 就会产生干涉而难以旋合。但是。如果外 螺纹的中径过小，则会削弱其连接强度。
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（2）矩形花键的互换性
GB/T1144一2001规定的小径d、大径D及键 （槽）宽B的尺寸公差带如图所示。
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（2）矩形花键的互换性
花键连接采用基孔制配合，目的是减少拉刀 的数目。
为保证装配性能要求，小径极限尺寸应遵守 包容原则。
内、外花键的几何公差要求，主要是位置度 公差（包括键、槽的等分度、对称度等）要求， 如表6.14所列。
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滚动轴承内、外径公差带
由于滚动轴承是精密的标准部件,使用时不能再进行 附加加工。因此，轴承内圈与轴采用基孔制配合，外圈与 外壳孔采用基轴制配合。
国家标准规定,所有精度级轴承内圈dmp的公差带布置 于零线的下侧。这样当其与过渡配合中的k6、m6、n6等轴 构成配合时，将获得比一般基孔制过渡配合规定的过盈量
外 花 键：6×23f7×26a11×6d10
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花键标注示例
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6.3 普通螺纹结合的互换性
螺纹结合由相互结合的内、外螺纹组成。内 外螺纹通过相互旋合及牙侧面的接触作用，实现 零部件间的联结、紧固及相对位移等功能，在机 械制造中应用广泛。
其用途可分为连接螺纹和传动螺纹
连接螺纹又称为 紧固螺纹，用于紧固 和连接零件，其牙型 为三角形，对它的主 要要求是可旋合性和 连接的可靠性。
传动螺纹用于传递 动力或位移，其牙型有 梯形、矩形和锯齿形等， 对它的主要要求是传递 动力要可靠，传动比要
稳定（位移准确）。
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6.3.1 普通螺纹的基本牙型和几何参数
（1）大径（d或D） （2）小径（d1或D1） （3）中径（d2或D2） （4）单一中径
（d2单一或D2单一） （5）牙型角α=60° 和牙型半角(α／2 ) （6）螺距（P） （7）螺纹旋合长度（L）
6级（中等精度级）轴承应用于旋转精度和转速较高 的旋转机构中，如普通机床的主轴轴承，精密机床传动 轴使用的轴承。
5、4级（高、精精度级）轴承应用于旋转精度高和 转速高的旋转机构中，如精密机床的主轴轴承，精密仪 器和机械使用的轴承。
2级轴承应用于旋转精度和转速很高的旋转机构中， 如精密坐标镗床的主轴轴承、高精度仪器和高转速机构 中使用的轴承。
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普通平键与导向平键
普通平键
导向平键
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2、键联结的互换性
键联结的配合尺寸是键和键糟宽，其配合性 质也是以键与键槽宽的配合性质来体现的，其他 为非配合尺寸。
键联结由于键侧面同时与轴和轮毂键槽侧面联 结，且键是标准件，可用标准的精拔钢制造，因 此是采用基轴制配合。
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平键联结的剖面尺寸
平键联结的剖面尺寸及键槽型式都 已标准化，如图所示：
精度等级的选用，对于间隙较小，要 求配合性质稳定，需保证一定的定心精度 的精密螺纹，采用精密级；对于一般用途 的螺纹，采用中等级；不重要的以及制造 较困难的螺纹采用粗糙级。
旋合长度的选用，通常采用中等旋合长 度，仅当结构和强度上有特殊要求时方可 采用短旋合长度和长旋合长度。
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配合的选用
⑴ 为了保证螺母、螺栓旋合后的同轴度及强 度，一般选用间隙为零的配合（H/h）；
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轴承的旋转速度
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配合面的几何公差和表面粗糙度
轴颈或外壳孔若存在较大的形状误差， 轴承安装后，套圈会产生变形，因而对轴 颈和外壳孔应采用包容要求，并规定圆柱 度公差。
轴肩和外壳孔肩端面是轴承的轴向定位 面时，若存在较大的位置误差，则轴承安 装后会产生歪斜，因此应规定端面圆跳动 公差。几何公差取值见表6.7 。
三种定心方式
①按大径D定心； ②按小径d定心； ③按键宽B定心。
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小径定心
矩形花键国家标准（GB/T1144－2001）规定， 矩形花键用小径定心，因为小径定心有一系列优 点。小径定心时，热处理后的变形可用内圆磨修 复，而且内圆磨可达到更高的尺寸精度和更高的 表面粗糙度要求。因而小径定心的定心精度更高， 定心稳定性较好，使用寿命长，有利于产品质量 的提高。外花键小径精度可用成形磨削保证。
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1. 普通螺纹公差的公差带
(1) 公差等级 螺纹公差带的大小由标准公 差确定。内螺纹中径D2和顶径D1的公差等级分为4、 5、6、7、8级；外螺纹中径d 2分为3、4、5、6、 7、8、9级，顶径d分为4、6、8级。
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1. 普通螺纹公差的公差带
(2) 基本偏差 螺纹公差带相对于基本牙型 的位置由基本偏差确定。国家标准中，对内螺纹 规定了两种基本偏差，代号为G、H ；对外螺纹规 定了四种基本偏差，代号为e、f、g、h
⑵ 为了装拆方便及改善螺纹的疲劳强度，可 选用小间隙配合（H/g和G/h）；
⑶ 需要涂镀保护层的螺纹，其间隙大小决定 于镀层的厚度。
⑷ 在高温下工作的螺纹，可根据装配和工作 时的温度差别来选定适宜的间隙配合。
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6.3.4 螺纹标记
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螺纹标记
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螺纹检测仪器
螺纹样板（测量范围：螺距1.75-6mm） 用于比较测量
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滚动轴承的组成和类型
组成 ：外圈、内圈、滚动体和保持架
作用 ：支撑轴系
分类 ：
按滚动体的形状分
球轴承 圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 滚针轴承
向心轴承(主要承受径向载荷) 按承受载荷分 角接触轴承(同时承受径向和轴向载荷)
推力轴承(主要承受轴向载荷)
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滚动轴承的类型
a）向心球轴承 b）圆锥滚子轴承 c）角接触球轴承 d）推力球轴承
稍大的过盈配合。
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6.1.4 滚动轴承配合的选择
选择滚动轴承配合之前，必须首先确 定轴承的精度等级。精度等级确定后，轴 承内、外圈基准结合面的公差带也就随之 确定。因此，选择配合其实就是选择与内 圈结合的轴的公差带及与外圈结合的孔的 公差带。
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1. 轴和外壳孔的公差带
国家标准《滚动轴承与轴和外壳孔的 配合》规定的公差带图如下：
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4．螺纹中径合格性的判断原则
实际螺纹的作用中径不能超出最大实体牙型 的中径，而实际螺纹上任何部位的单一中径不能 超出最小实体牙型的中径。 即：
对于外螺纹：d2作用≤d2max d2单一≥d2min 对于内螺纹：D2作用≥D2min D2单一≤D2max
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6.3.3 普通螺纹的互换性
从互换性的角度来看，螺纹的基本几 何要素有大径、小径、中径、螺距和牙型 半角。但普通螺纹配合时，在大径之间和 小径之间实际上都是有间隙的。而螺距和 牙型半角也不规定公差，所以螺纹的互换 性和配合性质主要取决于中径。