《互換性與幾何量測(cè)量技術(shù)》課件第6章

第6章滾動(dòng)軸承與孔、軸配合的互換性

6.1滾動(dòng)軸承的組成、分類及代號(hào)

6.2滾動(dòng)軸承的公差等級(jí)及其應(yīng)用

6.3滾動(dòng)軸承內(nèi)徑與外徑的公差帶及其特點(diǎn)

6.4滾動(dòng)軸承與孔、軸結(jié)合時(shí)配合的選用

6.1滾動(dòng)軸承的組成、分類及代號(hào)

1.滾動(dòng)軸承的組成

滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)由套圈（分內(nèi)圈和外圈）、滾動(dòng)體（鋼球或滾柱、圓錐滾子、螺旋滾子、滾針等）和保持架組成。軸承的外圈和內(nèi)圈分別與殼體孔及軸頸相配合。圖6－1所示為滾動(dòng)軸承以及與其配合的軸頸和外殼。一般來(lái)說(shuō)，為了便于在機(jī)器上安裝軸承和從機(jī)器上更換新軸承，軸承內(nèi)圈內(nèi)孔和外圈外圓柱面應(yīng)具有完全互換性。除此之外，基于技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的考慮，對(duì)于軸承的裝配，組成軸承的某些零件，可以不具有完全互換性。滾動(dòng)軸承安裝在機(jī)器上工作時(shí)應(yīng)保證軸承的工作性能，因此必須滿足兩項(xiàng)要求：其一，必要的旋轉(zhuǎn)精度，軸承工作時(shí)軸承的內(nèi)、外圈和端面的跳動(dòng)應(yīng)控制在允許的范圍內(nèi)，以保證傳動(dòng)零件的回轉(zhuǎn)精度；其二，合適的游隙，指滾動(dòng)軸承與內(nèi)、外圈之間的游隙和軸向游隙。軸承工作時(shí)這兩種游隙的大小皆應(yīng)保持在合適的范圍內(nèi)，以保證軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)及其使用壽命。圖6－1滾動(dòng)軸承以及與其配合的軸和外殼

2.滾動(dòng)軸承的分類

滾動(dòng)軸承的種類很多，一般來(lái)說(shuō)，可以按照下列幾個(gè)方面進(jìn)行分類。

(1)按所承受負(fù)荷方向的不同，滾動(dòng)軸承可分為向心類和推力類，如表6－1所示。

表6－1滾動(dòng)軸承的分類

(2)按滾動(dòng)體形狀的不同，滾動(dòng)軸承可分為球軸承和滾子軸承。其中，滾子軸承包括圓錐滾子軸承和滾針軸承等。

(3)按列數(shù)的不同，滾動(dòng)軸承可分為單列、雙列、三列、四列和多列軸承。

(4)按工作中能否自動(dòng)調(diào)整軸和孔的角度偏差，滾動(dòng)軸承可分為調(diào)心軸承、非調(diào)心軸承。

(5)按內(nèi)外徑尺寸大小的不同，滾動(dòng)軸承可分為特大型軸承，外徑＞800mm；大型軸承，180mm＜外徑≤800mm；中型軸承，80mm＜外徑≤180mm；小型軸承，內(nèi)徑＞10mm，外徑≤80mm；微型軸承，外徑＜9mm。

3.滾動(dòng)軸承的代號(hào)（GB/T272—93）

滾動(dòng)軸承的代號(hào)用來(lái)明確反映軸承的結(jié)構(gòu)類型、尺寸、公差、游隙、材料、工藝等方面的重要特性。軸承代號(hào)由前置代號(hào)、基本代號(hào)和后置代號(hào)構(gòu)成，如表6－2所示。

表6－2滾動(dòng)軸承代號(hào)的構(gòu)成

1）滾動(dòng)軸承的基本代號(hào)（滾針軸承除外）

基本代號(hào)用來(lái)表明軸承類型、寬度系列、直徑系列和內(nèi)徑，一般為5位數(shù)，如表6－2所示。

（1）類型代號(hào)：基本代號(hào)中從左至右的第一位數(shù)，占一位數(shù)位。滾動(dòng)軸承類型代號(hào)用數(shù)字或大寫拉丁字母表示，見(jiàn)表6－3。

表6－3滾動(dòng)軸承類型代號(hào)

（2）尺寸系列代號(hào)：基本代號(hào)的第二、三位數(shù)，占兩位數(shù)位。軸承尺寸系列代號(hào)由寬度（用于向心軸承）或高度（用于推力軸承）和直徑系列代號(hào)組成，如表6－4所示。

表6－4向心軸承、推力軸承尺寸系列代號(hào)

表6－5軸承內(nèi)徑代號(hào)

2）滾動(dòng)軸承的前置代號(hào)和后置代號(hào)

（1）前置代號(hào)。前置代號(hào)用字母表示，代號(hào)及其含義如表6－6所示。

表6－6滾動(dòng)軸承前置代號(hào)及其含義

（2）后置代號(hào)。后置代號(hào)用大寫拉丁字母和大寫拉丁字母加數(shù)字表示。其中包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)，密封、防塵與外部形狀變化的代號(hào)，保持架結(jié)構(gòu)、材料改變的代號(hào)，以及游隙代號(hào)。這里主要介紹公差等級(jí)代號(hào)及其含義，如表6－7所示，其他代號(hào)可以查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》。

表6－7滾動(dòng)軸承公差等級(jí)代號(hào)及其含義

3)滾動(dòng)軸承代號(hào)示例

(1)6209(從左向右)：6—深溝球軸承；2—尺寸系列是02，寬度系列為0，省略，直徑系列為2；09—內(nèi)徑d=45mm。

(2)7310C/P4(從左向右)：7—角接觸球軸承；3—尺寸系列是03，寬度系列為0，省略，直徑系列為3；10—內(nèi)徑d=50mm；C—接觸角α=15°；/P4—公差等級(jí)為4級(jí)。

(3)N2206/P43(從左向右)：N—圓柱滾子軸承；22—尺寸系列，寬度系列和直徑系列均為2；06—內(nèi)徑d=30mm；/P4—公差等級(jí)為4級(jí)；3—游隙3組。 6.2滾動(dòng)軸承的公差等級(jí)及其應(yīng)用

6.2.1滾動(dòng)軸承的公差等級(jí)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T307.3—1996規(guī)定，軸承按其外形尺寸精度和旋轉(zhuǎn)精度可分為五個(gè)公差等級(jí)，分別用0、6、5、4、2表示。0級(jí)公差軸承精度最低，2級(jí)公差軸承精度最高，如表6－8所示。圓錐滾子軸承的公差等級(jí)分為4、5、6x、0四個(gè)等級(jí)。6x級(jí)軸承與6級(jí)軸承的內(nèi)徑公差、外徑公差和徑向跳動(dòng)公差均分別相同，僅前者裝配寬度要求較為嚴(yán)格。推力軸承分為0、6、5、4四級(jí)。2級(jí)和0級(jí)軸承內(nèi)圈內(nèi)徑公差數(shù)值分別與GB/T1800.3—1998中IT3和IT5的公差數(shù)值相近，而外圈外徑公差數(shù)值分別與IT2和IT5的公差數(shù)值相近。

表6－8滾動(dòng)軸承的公差等級(jí)

滾動(dòng)軸承外形尺寸精度是指軸承內(nèi)徑d，外徑D，寬度尺寸B或?qū)A錐滾子軸承而言，內(nèi)圈寬度B，外圈寬度C以及裝配高度T的精度等級(jí)。為了有利于制造和裝配，國(guó)標(biāo)對(duì)滾動(dòng)軸承規(guī)定了加工時(shí)的尺寸精度和制造時(shí)的尺寸精度，關(guān)于這些尺寸將在后面進(jìn)行介紹。滾動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)精度是指成套軸承內(nèi)圈的徑向跳動(dòng)Kia，適用于所有公差等級(jí)；內(nèi)圈基準(zhǔn)端面對(duì)內(nèi)孔的跳動(dòng)Sd，僅適用于公差等級(jí)5，4，2級(jí)；成套軸承內(nèi)圈端面對(duì)滾道的跳動(dòng)Sia，適用于公差等級(jí)5，4，2級(jí)；以及成套軸承外圈的徑向跳動(dòng)Kea，適用于所有公差等級(jí)；外徑表面母線對(duì)基準(zhǔn)端面的傾斜度變動(dòng)量SD，適用于公差等級(jí)5，4，2級(jí)；外徑表面母線對(duì)凸緣背面的傾斜度變動(dòng)量SD1；成套軸承外圈端面對(duì)滾道的跳動(dòng)Sea，適用于公差等級(jí)5，4，2級(jí)；成套軸承凸緣背面對(duì)滾道的跳動(dòng)Sea1。對(duì)于6級(jí)和0級(jí)向心球軸承，標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了成套軸承內(nèi)圈和外圈的徑向跳動(dòng)Kia和Kea。表6-9向心軸承內(nèi)圈公差（摘自GB/T307.1—94）(μm)

表6-10向心軸承外圈公差（摘自GB/T307.1—94）（μm）

6.2.2滾動(dòng)軸承的應(yīng)用

軸承精度等級(jí)的選擇主要依據(jù)以下兩點(diǎn)：一是對(duì)軸承部件提出的旋轉(zhuǎn)精度要求，如徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)值，例如，當(dāng)機(jī)床主軸徑向跳動(dòng)要求為0.01mm時(shí)，可選用5級(jí)軸承，當(dāng)徑向跳動(dòng)為0.001～0.005mm時(shí)，可選用4級(jí)軸承；二是轉(zhuǎn)速的高低，轉(zhuǎn)速高時(shí)，由于與軸承結(jié)合的旋轉(zhuǎn)軸(或外殼孔)可能隨軸承的跳動(dòng)而跳動(dòng)，勢(shì)必造成旋轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，產(chǎn)生振動(dòng)和噪音，因此，轉(zhuǎn)速高的應(yīng)選用精度等級(jí)高的滾動(dòng)軸承。此外，為保證主軸部件有較高的精度，還可以采用不同等級(jí)的搭配方式。例如，機(jī)床主軸的后支承比前支承用的滾動(dòng)軸承低一級(jí)，即后軸內(nèi)圈的徑向跳動(dòng)值要比前軸承的稍大些。

滾動(dòng)軸承各級(jí)精度的應(yīng)用如下所述。

0(普通級(jí))級(jí)軸承用在中等精度、中等轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)精度要求不高的一般機(jī)構(gòu)中，它在機(jī)械產(chǎn)品中應(yīng)用十分廣泛，如減速器的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，汽車、拖拉機(jī)的變速機(jī)構(gòu)，普通機(jī)床的變速機(jī)構(gòu)、進(jìn)給機(jī)構(gòu)，水泵、壓縮機(jī)等一般通用機(jī)器中所用的軸承。

6(高級(jí))級(jí)軸承應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)精度和轉(zhuǎn)速較高的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，如普通機(jī)床的主軸軸承(前軸承多采用5級(jí)，后軸承多采用6級(jí))、精密機(jī)床傳動(dòng)軸使用的軸承。

5、4(精密級(jí))級(jí)軸承應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)精度和轉(zhuǎn)速高的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中。5級(jí)軸承多用于比較精密的機(jī)床和機(jī)器中，而4級(jí)軸承多用于轉(zhuǎn)速很高或旋轉(zhuǎn)精度要求很高的機(jī)床和機(jī)器的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，如精密機(jī)床的主軸軸承、精密儀器和機(jī)械使用的軸承。

2(超精級(jí))級(jí)軸承應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)精度和轉(zhuǎn)速很高的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，如精密坐標(biāo)鏜床的主軸軸承、高精度齒輪磨床以及數(shù)控機(jī)床的主軸軸承、高精度儀器和高轉(zhuǎn)速機(jī)構(gòu)中使用的軸承。

6.3滾動(dòng)軸承內(nèi)徑與外徑的公差帶及其特點(diǎn)

6.3.1滾動(dòng)軸承內(nèi)徑和外徑公差的規(guī)定（GB/T307.1--94）

滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈和外圈都是薄壁零件，在制造和保管過(guò)程中極易變形。若變形量不大，相配零件的形狀較正確，則軸承在裝進(jìn)機(jī)構(gòu)以后，又容易使這種變形得到矯正；若變形量較大，則不易矯正，將影響軸承工作時(shí)的性能。因此，滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸，外圈與軸承孔，起配合作用的是平均直徑。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，滾動(dòng)軸承標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軸承內(nèi)徑和外徑均分別規(guī)定了兩種公差帶。其一，限定軸承內(nèi)徑或外徑實(shí)際尺寸變動(dòng)的公差帶；其二，限定同一軸承內(nèi)圈孔或軸承外圓柱面最大與最小實(shí)際直徑的算術(shù)平均值dmp或Dmp變動(dòng)的公差帶，是用來(lái)控制軸承裝配后配合尺寸的誤差。

前者是在加工過(guò)程中，控制實(shí)際直徑是指單一內(nèi)徑ds和單一外徑Ds的相應(yīng)公差帶；后者是控制裝配時(shí)的軸承平均直徑，是指平均直徑內(nèi)徑dmp和平均直徑外徑Dmp的相應(yīng)公差帶。下面介紹滾動(dòng)軸承的各項(xiàng)尺寸及其公差的基本術(shù)語(yǔ)與符號(hào)：

d–是指軸承公稱內(nèi)徑；

D—是指軸承公稱外徑。

ds—單一內(nèi)徑，是指同一軸承內(nèi)在單一徑向平面內(nèi)用兩點(diǎn)法測(cè)量法測(cè)得的內(nèi)徑，如圖6-2（a）所示；

DS—單一外徑，是同一軸承內(nèi)在單一徑向平面內(nèi)用兩點(diǎn)法測(cè)量法測(cè)得的外徑；

△ds—單一內(nèi)徑偏差，其定義為△ds=ds–d，主要是控制制造時(shí)的尺寸誤差；

△DS—單一外徑偏差，定義為△Ds=Ds–D，控制制造時(shí)的尺寸誤差；

Vdp—單一徑向平面內(nèi)的內(nèi)徑變動(dòng)量，Vdp=dsmax-dsmin，dsmax，dsmin見(jiàn)圖6-2(b)，Vdp是限制制造時(shí)單一徑向平面內(nèi)的圓度誤差；

VDp—單一徑向平面內(nèi)的外徑變動(dòng)量，VDp=DSmax-DSmin，限制制造時(shí)單一徑向平面內(nèi)的圓度誤差。

dmp—單一平面平均內(nèi)徑，定義為dmp=（dsmax+dsmin）/2，見(jiàn)圖6-2(b)；

Dmp—單一平面平均外徑，定義為Dmp=（Dsmax+Dsmin）/2；△dmp—單一平面平均內(nèi)徑偏差，△dmp=dmp–d，是用來(lái)控制軸承內(nèi)圈與軸裝配后在單一平面內(nèi)配合尺寸的誤差；

△Dmp—單一平面平均外徑偏差，△Dmp=Dmp–D，它控制軸承外圈與軸承座孔裝配后在單一平面內(nèi)配合尺寸的誤差；

Vdmp—平均內(nèi)徑變動(dòng)量，定義為Vdmp=dmpmax-dmpmin，即在整個(gè)軸承寬度上，控制軸承內(nèi)圈與軸裝配后在整圈配合面上的圓柱度誤差；

VDmp—平均外徑變動(dòng)量，定義為VDmp=Dmpmax-Dmpmin，控制軸承外圈與軸承座孔裝配后在整圈配合面上的圓柱度誤差。例6-1有深溝球軸承6208/P4，即是個(gè)4級(jí)精度的02尺寸系列向心軸承，公稱內(nèi)徑d=40mm，試根據(jù)檢測(cè)結(jié)果確定軸承內(nèi)徑尺寸是否合格？

解：從表6-9中查得內(nèi)徑的尺寸公差及形狀公差為：

(1)尺寸公差

①單一內(nèi)孔直徑偏差：上偏差=0，下偏差=-6。即dsmax=40mm，dsmin=39.994mm。

②單一平面平均內(nèi)徑偏差：上偏差=0，下偏差=-6。即dmpmax=40mm，dmpmin=39.994mm。

(2)形狀公差

①制造時(shí)的圓度公差：Vdp=0.005mm。

②裝配時(shí)的圓柱度公差：Vdmp=0.003mm。

表6-11軸承內(nèi)徑尺寸計(jì)算結(jié)果

6.3.2滾動(dòng)軸承平均直徑（dmp或Dmp）公差帶的特點(diǎn)

1．特點(diǎn)

滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)部件，在軸承與軸和外殼孔的配合中，軸承為基準(zhǔn)零件，即內(nèi)圈的單一平面平均內(nèi)徑為配合中的的基準(zhǔn)孔，外圈的單一平面平均外徑為配合中的基準(zhǔn)軸。它們的公差帶分布如圖6-3所示。

圖6－3軸承單一平面平均內(nèi)、外徑的公差帶分布

由圖中可見(jiàn)，軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制；軸承外圈與軸承座孔的配合采用基軸制。并且規(guī)定軸承內(nèi)圈基準(zhǔn)孔的公差帶Tdmp分布于公稱內(nèi)徑以下，單一平面平均內(nèi)徑dmp的公差帶的上偏差為零。這樣就使軸承內(nèi)圈與軸g5，g6，h5，h6的配合，要比基孔制的同名配合要緊一些。這些配合實(shí)際上已變?yōu)檫^(guò)渡配合；而內(nèi)圈與k5，k6，m5，m6的配合實(shí)際上變?yōu)檫^(guò)盈配合。這樣的安排既滿足了軸承內(nèi)孔與軸的配合要求，又可按標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)選用軸的公差帶。由于軸承外圈安裝在軸承座中，通常不旋轉(zhuǎn)，可把外圈與軸承座孔的配合選得松一點(diǎn)，使之能補(bǔ)償軸的熱變形，否則軸會(huì)彎曲，軸承內(nèi)部有可能卡死。所以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定軸承外圈基準(zhǔn)公差帶TDmp分布于公稱外徑零線以下，單一平面平均外徑Dmp的公差帶的上偏差為零，這樣軸承外圈與軸承座的配合與基軸制的同名配合基本上保持相似的配合性質(zhì)。在多數(shù)情況下，內(nèi)圈隨軸一起旋轉(zhuǎn)，而外圈是固定在軸承孔中。所以，一要保證軸與內(nèi)圈結(jié)合牢固，不能松動(dòng)，以保證力由軸、內(nèi)圈、滾動(dòng)體傳至外圈，再傳至殼體；二要保證外圈滾道磨損均勻，同時(shí)外圈能補(bǔ)償熱變形，因此，外圈應(yīng)能在一定的程度上移動(dòng)。軸承的周向移動(dòng)可保證外圈滾道磨損均勻；而軸承的軸向移動(dòng)可補(bǔ)償熱變形。

2．與滾動(dòng)軸承配合的孔、軸公差帶

1)適用范圍

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的外殼孔和軸頸的公差帶適用范圍為：

(1)對(duì)軸承的旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性無(wú)特殊要求。

(2)軸為實(shí)體或厚壁空心的。

(3)軸與外殼的材料為鋼或鑄鐵。

(4)軸承的工作溫度不超過(guò)100oC的場(chǎng)合。

2)公差帶

由于滾動(dòng)軸承內(nèi)圈內(nèi)徑和外圈外徑的公差帶在生產(chǎn)軸承時(shí)業(yè)已確定，因此軸承在使用時(shí)，它與軸徑和外殼孔的配合面間所需要的配合性質(zhì)要由軸頸和外殼孔的公差帶確定。為了實(shí)現(xiàn)各種松緊程度的配合性質(zhì)要求，GB/T275—93《滾動(dòng)軸承與軸和外殼的配合》規(guī)定了0級(jí)和6級(jí)軸承與軸頸和外殼孔配合時(shí)軸頸和外殼孔的常用公差帶。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軸頸規(guī)定了17種公差帶，對(duì)外殼孔規(guī)定了16種公差帶。見(jiàn)圖6-4。這些公差帶分別采用GB/T1800.4—1999中的軸公差帶和孔公差帶。

圖6－4軸承與孔、軸配合的常用尺寸公差帶

6.4滾動(dòng)軸承與孔、軸結(jié)合的配合的選用

6.4.1滾動(dòng)軸承與軸頸、外殼孔配合的選用依據(jù)

1．負(fù)荷的類型

首先分析軸承受力情況。滾動(dòng)軸承是一種將軸支承在殼體上的標(biāo)準(zhǔn)部件，機(jī)械構(gòu)件中的軸一般都承受力或力矩，因此滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈和外圈都要受到力的作用。對(duì)在工程中軸承所受的合成徑向負(fù)荷進(jìn)行分析可知，軸承所受的合成徑向負(fù)荷有下列四種受力情況：第一，作用在軸承上的合成徑向負(fù)荷為一定值向量P0，該向量與該軸承的外圈或內(nèi)圈相對(duì)靜止，其示意圖見(jiàn)圖6-5(a)；第二，作用在軸承上的是離心力向量P1，該向量與軸承的內(nèi)圈或外圈一起旋轉(zhuǎn)，也可保持相對(duì)靜止，如圖6-5(b)所示；第三，是由一個(gè)與軸承某套圈相對(duì)靜止的定值向量P0和一個(gè)較小的向?qū)πD(zhuǎn)的定值向量P1合成的受力狀況，如圖6-5(c)所示；第四，定值向量P0和一個(gè)較大的向?qū)πD(zhuǎn)的定值向量P1合成，即P0<P1。由于第四種受力狀況與第三種受力狀況相近，所以只考慮前三種受力情況。見(jiàn)圖6-5。圖6-5滾動(dòng)軸承受力情況

1)局部負(fù)荷或稱為定向負(fù)荷

這種情況是套圈相對(duì)于負(fù)荷方向靜止（這里套圈一定要區(qū)別出內(nèi)、外圈）。當(dāng)徑向負(fù)荷的作用線相對(duì)于軸承套圈不旋轉(zhuǎn)，或者套圈相對(duì)于徑向負(fù)荷的作用線不旋轉(zhuǎn)時(shí)，該徑向負(fù)荷始終作用在套圈滾道的某一局部區(qū)域上，這表示該套圈相對(duì)于負(fù)荷方向靜止。內(nèi)圈相對(duì)于負(fù)荷方向固定的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)稱為定向負(fù)荷。外圈相對(duì)于負(fù)荷方向固定的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)也稱為定向負(fù)荷。像減速器轉(zhuǎn)軸兩端的滾動(dòng)軸承的外圈，汽車、拖拉機(jī)車輪輪轂中滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈，都是套圈相對(duì)于負(fù)荷方向靜止的實(shí)例。

2)循環(huán)負(fù)荷或稱為旋轉(zhuǎn)負(fù)荷

這種情況是套圈相對(duì)于負(fù)荷方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)徑向負(fù)荷的作用線相對(duì)于軸承套圈旋轉(zhuǎn)，或者套圈相對(duì)于徑向負(fù)荷的作用線旋轉(zhuǎn)時(shí)，該徑向負(fù)荷就依次作用在套圈整個(gè)滾道的各個(gè)部位上，這表示該套圈相對(duì)于負(fù)荷方向旋轉(zhuǎn)。內(nèi)圈相對(duì)于負(fù)荷旋轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)稱為旋轉(zhuǎn)負(fù)荷。外圈相對(duì)于負(fù)荷旋轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)也稱為旋轉(zhuǎn)負(fù)荷。像減速器轉(zhuǎn)軸兩端的滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈，汽車、拖拉機(jī)車輪輪轂中滾動(dòng)軸承的外圈，都是套圈相對(duì)于負(fù)荷方向旋轉(zhuǎn)的實(shí)例。有時(shí)為了保證套圈滾道的磨損均勻，相對(duì)于負(fù)荷方向固定的套圈與軸頸或外殼孔的配合應(yīng)稍松些，以便在摩擦力矩的帶動(dòng)下，它們可以作非常緩慢的相對(duì)滑動(dòng)，從而避免套圈滾道局部磨損。相對(duì)于負(fù)荷方向旋轉(zhuǎn)的套圈與軸頸或外殼孔的配合應(yīng)配合緊些，以保證它們能固定成一體，避免它們產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)套圈滾道均勻磨損。這樣選擇配合就能提高軸承的使用壽命。

3)擺動(dòng)負(fù)荷

這種情況是套圈相對(duì)于負(fù)荷方向擺動(dòng)。當(dāng)大小和方向按一定規(guī)律變化的徑向負(fù)荷依次往復(fù)地作用在套圈滾道的一段區(qū)域上時(shí)，這表示該套圈相對(duì)于負(fù)荷方向擺動(dòng)?，F(xiàn)在對(duì)圖6-5(c)的軸承外圈和軸承內(nèi)圈進(jìn)行受力分析：由于被研究對(duì)象同時(shí)受一個(gè)定向負(fù)荷P0和一個(gè)旋轉(zhuǎn)負(fù)荷P1的作用，故可以O(shè)為力的作用點(diǎn)，畫出以上兩負(fù)荷的向量，見(jiàn)圖6-5(c)的P0和P1，利用力的平行四邊形公理，將旋轉(zhuǎn)到各種位置的向量P0和P1合成，可以證出其合成徑向負(fù)荷向量P的箭頭端點(diǎn)的軌跡為一個(gè)圓，該圓的圓心為定向負(fù)荷向量P0的箭頭端點(diǎn)，半徑為旋轉(zhuǎn)負(fù)荷向量P1的長(zhǎng)度，過(guò)O作該圓的兩條切線，分別與該圓相切與A、B，見(jiàn)圖6-5(c)?？梢?jiàn)軸承外圈和軸承內(nèi)圈所承受的合成徑向負(fù)荷是在其AB弧上一段局部滾道內(nèi)相對(duì)擺動(dòng)的，此時(shí)它們所承受的負(fù)荷稱為擺動(dòng)負(fù)荷。

根據(jù)前述滾動(dòng)軸承的受力的三種情況，并且滾動(dòng)軸承或內(nèi)圈固定，外圈旋轉(zhuǎn)；或外圈固定，內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)。套圈的的負(fù)荷類型如表6-12所示。表6-12套圈的負(fù)荷類型

2.負(fù)荷大小

軸承套圈與軸或軸承座孔配合的過(guò)盈量取決于套圈受負(fù)荷的大小。對(duì)于向心軸承，GB／T275—93按其徑向當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷P與徑向額定動(dòng)負(fù)荷Cr的比值，將負(fù)荷狀態(tài)分為輕負(fù)荷、正常負(fù)荷和重負(fù)荷三類，如表6－13所示。

表6－13向心軸承負(fù)荷狀態(tài)的分類

徑向當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷P是在軸承支承的組合設(shè)計(jì)中，按合成徑向力作用在軸承上計(jì)算出來(lái)的，如圖6－6所示。一般來(lái)說(shuō)，把軸承的實(shí)際載荷轉(zhuǎn)換為與確定基本額定動(dòng)載荷條件相一致的動(dòng)載荷(即徑向當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷P)后，在這一載荷作用下，軸承的壽命與實(shí)際載荷作用下的壽命相等。

圖6－6軸承支承的受力狀況

向心軸承的徑向額定動(dòng)負(fù)荷Cr是指基本額定壽命為100000轉(zhuǎn)時(shí)所能承受的載荷值，該值可從機(jī)械手冊(cè)中查出。

軸承在重負(fù)荷作用下時(shí)，套圈容易產(chǎn)生變形，這樣會(huì)使該套圈與軸頸或外殼孔配合的實(shí)際過(guò)盈減小而可能引起松動(dòng)，影響軸承的工作性能。因此，承受輕負(fù)荷、正常負(fù)荷、重負(fù)荷的軸承與軸頸或外殼孔的配合應(yīng)依次越來(lái)越緊。

3.軸承的工作條件

軸承工作時(shí)，主要應(yīng)考慮軸承的工作溫度以及旋轉(zhuǎn)精度和旋轉(zhuǎn)速度對(duì)配合的影響。

1)工作溫度的影響

軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于摩擦發(fā)熱和其他熱源影響，軸承套圈的溫度經(jīng)常高于與其相結(jié)合的零件的溫度，因此軸承內(nèi)圈因熱膨脹而與軸的配合可能松動(dòng)，外圈因熱膨脹而與殼體孔的配合可能變緊。所以在選擇配合時(shí)，必須考慮溫度的影響，并加以修正。溫度升高，內(nèi)圈選緊，外圈選松。這里所說(shuō)的緊和松是相對(duì)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的推薦公差帶而言的。

2)旋轉(zhuǎn)精度和旋轉(zhuǎn)速度的影響

由于機(jī)器要求有較高的旋轉(zhuǎn)精度時(shí)，相應(yīng)地要選用較高精度等級(jí)的軸承，因此，與軸承相配合的軸和殼體孔也要選擇較高精度的標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)。對(duì)于承受負(fù)荷較大且要求旋轉(zhuǎn)精度較高的軸承，為了消除彈性變形和振動(dòng)的影響，應(yīng)該避免采用間隙配合。而對(duì)一些精密機(jī)床的輕負(fù)荷軸承，為了避免孔和軸的形狀誤差對(duì)軸承精度的影響，常采用有間隙的配合。

當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)精度要求較高時(shí)，為了消除彈性變形和振動(dòng)的影響，不僅受旋轉(zhuǎn)負(fù)荷的套圈與互配件的配合應(yīng)選得緊一些，就是受定向負(fù)荷的套圈也應(yīng)緊一些。

此外，關(guān)于軸承的旋轉(zhuǎn)速度對(duì)配合的影響，一般認(rèn)為，軸承的旋轉(zhuǎn)速度愈高，配合應(yīng)該愈緊。

4.軸和外殼孔的結(jié)構(gòu)與材料

(1)剖分式外殼結(jié)構(gòu)應(yīng)比整體式結(jié)構(gòu)選用較松的配合；

(2)薄壁外殼、輕合金外殼或空心軸應(yīng)選用更緊的配合；

(3)重型機(jī)械的軸承宜用較松的配合；

(4)滾子軸承的配合應(yīng)比球軸承緊一些；

(5)長(zhǎng)軸結(jié)構(gòu)，希望軸承的一個(gè)套圈在運(yùn)轉(zhuǎn)中能沿軸向游動(dòng)時(shí)，應(yīng)選較松的配合。

5.安裝和拆卸軸承的條件

考慮軸承安裝與拆卸方便，宜采用較松的配合，對(duì)重型機(jī)械用的大型和特大型軸承，這一點(diǎn)尤為重要。當(dāng)要求裝卸方便，而又需緊配時(shí)，可采用分離型軸承，或內(nèi)圈帶錐孔、帶緊定套和退卸套的軸承。

除上述條件外，還應(yīng)考慮當(dāng)要求軸承的內(nèi)圈或外圈能沿軸向移動(dòng)時(shí)，該內(nèi)圈與軸或外圈與外殼孔的配合應(yīng)選較松的配合。滾動(dòng)軸承的尺寸愈大，選取的配合應(yīng)愈緊。

6.4.2軸頸和外殼孔幾何精度的確定

1.孔、軸尺寸公差帶的選用

當(dāng)對(duì)軸承的旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性無(wú)特殊要求，軸承游隙為0組游隙，軸為實(shí)心或厚壁空心的鋼制軸，外殼（箱體）為鑄鋼件或鑄鐵件，軸承的工作溫度不超過(guò)100℃時(shí)，確定軸頸和外殼孔的公差帶可參考表6－14~表6－17，按照表中條件進(jìn)行選擇。

表6－14向心軸承和軸配合時(shí)軸公差帶代號(hào)

表6－15向心軸承和外殼孔配合時(shí)孔公差帶代號(hào)

表6－16推力軸承和軸配合時(shí)軸公差帶代號(hào)

表6－17推力軸承和外殼配合時(shí)孔公差帶代號(hào)

2.孔、軸形位公差和表面粗糙度的選用

為了保證軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)，除了正確選擇軸承與軸頸和外殼孔的尺寸公差帶以外，還應(yīng)對(duì)軸頸和外殼孔的配合表面形位公差及表面粗糙度提出要求。

之所以提出形狀公差要求，是因?yàn)檩S承套圈為薄壁件，易變形，但其形狀誤差在裝配后靠軸頸和外殼孔的正確形狀可得到矯正。為保證軸承安裝正確，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，軸頸和外殼孔應(yīng)分別采用包容要求，并對(duì)軸頸和外殼孔表面提出圓柱度要求，其公差值如表6－18所示。

提出位置公差要求是為了保證軸承工作時(shí)有較高的旋轉(zhuǎn)精度，應(yīng)限制與套圈端面接觸的軸肩及外殼孔肩的傾斜，從而避免軸承裝配后滾道位置不正確，旋轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，因此，應(yīng)規(guī)定軸肩和外殼孔肩的端面對(duì)基準(zhǔn)軸線的端面圓跳動(dòng)公差，其公差值如表6－18所示。

軸頸及外殼孔的形位公差的標(biāo)注如圖6－7所示。

表6－18軸和外殼孔的形位公差

圖6－7軸頸及外殼孔的形位公差的標(biāo)注

孔、軸表面存在表面粗糙度，這會(huì)使有效過(guò)盈量減小，使接觸剛度下降，從而導(dǎo)致支承不良，因此，孔、軸的配合表面還應(yīng)規(guī)定嚴(yán)格的表面粗糙度，其參數(shù)值根據(jù)表6－19所示的條件選用。一般來(lái)說(shuō)，軸頸或外殼孔的表面粗糙度的最低要求為：圓柱表面0.8～1.6，軸肩1.6～3.2。

表6－19配合表面的表面粗糙度

3.滾動(dòng)軸承與孔、軸結(jié)合的精度設(shè)計(jì)舉例

【例6－2】一臺(tái)輕型車床的主軸后支承采用單列向心球軸承6208，內(nèi)徑d=40mm，外徑D=80mm，軸承寬度B=18mm，圓角半徑r=2mm，額定動(dòng)負(fù)荷Cr=25600N。承受徑向當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷P=1800N，工作溫度低于60℃，主軸和箱體均為小批量生產(chǎn)。試確定軸頸和外殼孔的公差代號(hào)，畫出公差帶圖，并確定孔、軸的形位公差值和表面粗糙度參數(shù)值，將它們分別標(biāo)注在裝配圖和零件圖上。

解：(1)確定滾動(dòng)軸承精度等級(jí)。車床主軸要求旋轉(zhuǎn)精度高，轉(zhuǎn)速也高，按類比法，后支承選用6級(jí)軸承。

(2)確定軸頸和外殼孔的公差代號(hào)。

①負(fù)荷類型。首先進(jìn)行受力分析：機(jī)床的主軸后支承主要承受齒輪傳動(dòng)力、重力和切削力，即相當(dāng)于固