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滾動(dòng)軸承精度等級(jí)及其應(yīng)用
一、滾動(dòng)軸承的精度等級(jí)
國標(biāo)GB/T307.3－1996規(guī)定向心軸承（圓錐滾子軸承除外）精度分為0，6，5，4，2（相當(dāng)于GB/T307.3－1984規(guī)定G，E，D，C，B級(jí)）五級(jí)，精度依次升高，0（G）級(jí)精度最低，2（B）級(jí)精度最高。
國標(biāo)GB/T307.3－1996規(guī)定圓錐滾子軸承精度分為0，6x，5，4四級(jí)；推力軸承精度分為0，6，5，4四級(jí)。
二、滾動(dòng)軸承精度等級(jí)的選用
滾動(dòng)軸承各級(jí)精度的應(yīng)用情況如下：
0（G）級(jí)（通常稱為普通級(jí)）——用于低、中速及旋轉(zhuǎn)精度要求不高的一般旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，它在機(jī)械中應(yīng)用最廣。例如普通機(jī)床變速箱、進(jìn)給箱的軸承，汽車、拖拉機(jī)變速箱的軸承，普通電動(dòng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的軸承等。
6（E）級(jí)——用于轉(zhuǎn)速較高、旋轉(zhuǎn)精度要求較高的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。例如普通機(jī)床的主軸后軸承，精密機(jī)床變速箱的軸承等o
5（D）級(jí)、4（C）級(jí)——用于高速、高旋轉(zhuǎn)精度要求的機(jī)構(gòu)。例如精密機(jī)床的主軸軸承，精密儀器儀表的主要軸承等。
2（B）級(jí)——用于轉(zhuǎn)速很高、旋轉(zhuǎn)精度要求也很高的機(jī)構(gòu)。例如齒輪磨床、精密坐標(biāo)鏜床的主軸軸承，高精度儀器儀表的主要軸承等。
滾動(dòng)軸承內(nèi)、外徑的公差帶
滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈、外圈都是薄壁零件，在制造和保管過程中容易變形，但當(dāng)軸承內(nèi)圈與軸、外圈與外殼孔裝配后，這種少量的變形會(huì)得到一定程度的矯正。田此，國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)軸承內(nèi)、外徑分別規(guī)定了兩種尺寸公差和兩種形狀公差。
兩種尺寸公差是：①軸承單一內(nèi)徑（ds）與外徑（Ds）的偏差（△d，△D）；②軸承單一平面平均內(nèi)徑（dmp）與外徑（Dmp）的偏差（△dmp，△Dmp）。
兩種形狀公差是：①軸承單一徑向平面內(nèi)，內(nèi)徑（ds）與外徑（Ds）的變動(dòng)量（Vdp，VDp）；②軸承平均內(nèi)徑（dmp）與外徑（Dmp）的變動(dòng)量（Vdp，VDp）。
合格的滾動(dòng)軸承，必須同時(shí)滿足所規(guī)定的兩種公差要求。
表17.1列出了部分向心軸承△dmp，△Dmp的極限值。
滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)部件，為了便于互換，軸承內(nèi)圈與軸采用基孔制配合，外圈與孔采用基軸制配合。
標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的軸承外圈單一平面平均直徑Dmp的公差帶的上偏差為零，如圖17.1所示，與一般基軸制相同；單一平面平均內(nèi)徑dmp的公差帶，其上偏差也為零（圖17.1），這和一般基孔制的規(guī)定不同。這主要考慮軸承配合的特殊需要。因?yàn)樵诙鄶?shù)情況下軸承內(nèi)圈隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，二者之間配合必須有一定過盈，但過盈量又不宜過大，以保證拆卸方便，防止內(nèi)圈應(yīng)力過大。dmp的公差帶在零線下方，當(dāng)其與k，m，n等軸配合時(shí)，將獲得比一般過渡配合規(guī)定的過盈量稍大的過盈配合；當(dāng)與g，h等軸配合時(shí)不再是間隙配合、而成為過渡配合。
滾動(dòng)軸承與軸、孔的配合及其選用
一、軸和外殼孔的公差帶
國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 275一1993推薦了與0（G）、6（E）、5（D）、4（C）級(jí)相配合的軸和孔的公差帶。見表17.2。
國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 275一1993對(duì)與滾動(dòng)軸承配合的軸頸規(guī)定了17種常用公差帶，對(duì)外殼孔規(guī)定了16種常用公差帶，如圖17.2所示。
圖17.2 與滾動(dòng)軸承配合的軸、外殼孔常用公差帶
二、軸和外殼孔與滾動(dòng)軸承配合的選用
正確選擇軸承的配合，對(duì)保證機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)、提高軸承使用壽命、充分發(fā)揮其承載能力關(guān)系很大，選擇時(shí)應(yīng)考慮下列因素：
1、負(fù)荷類型
軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)作用于軸承上合成徑向負(fù)荷相對(duì)套圈的旋轉(zhuǎn)情況，可將所示負(fù)荷分為局部負(fù)荷、循環(huán)負(fù)荷和擺動(dòng)負(fù)荷三類，見圖17.3。
（1）定向負(fù)荷 徑向負(fù)荷始終不變地作用在套圈滾道的局部區(qū)域上。圖17.3（a）固定的外圈和17.3（b）固定的內(nèi)圈均受到一個(gè)方向一定的徑向負(fù)荷F0的作用。承受這類負(fù)荷的套圈與殼體孔或軸的配合，一般選較松的過渡配合，或較小的間隙配合，以便讓套圈滾道間的摩擦力矩帶動(dòng)轉(zhuǎn)矩，延長(zhǎng)軸承的使用壽命。
（2）旋轉(zhuǎn)負(fù)荷 徑向負(fù)荷相對(duì)于套圈旋轉(zhuǎn)，并依次作用在套圈滾道的整個(gè)圓周上。圖17.3（a）和（c）的內(nèi)圈，圖17.3（b）和（d）的外圈均受到一個(gè)作用位置依次改變的徑向負(fù)荷F0的作用。通常承受循環(huán)負(fù)荷的套圈與軸(或殼體孔)相配應(yīng)選過盈配合或較緊的過渡配合，其過盈量的大小以不使套團(tuán)與軸或完體孔配合表面間產(chǎn)生爬行現(xiàn)象為原則。
（3）擺動(dòng)負(fù)荷 大小和方向按一定規(guī)律變化的徑向負(fù)荷作用在套圈的部分滾道上，此時(shí)套圈相對(duì)于負(fù)荷方向擺動(dòng)。如圖17.4所示，軸承受到定向負(fù)荷F0和較小的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷F1的同時(shí)作用，二者的合成負(fù)荷F由小到大、再由大到小的周期 變化。
圖17.3（c）固定的外圈和圖17.3（d）固定的內(nèi)圈受到擺動(dòng)負(fù)荷。承受擺動(dòng)負(fù)荷的套圈，其配合要求與循環(huán)負(fù)荷相同或略松一些。
2、負(fù)荷的大小
滾動(dòng)軸承套圈與軸或殼體孔配合的最小過盈，取決于負(fù)荷的大小。一般把徑向負(fù)荷P
≤0.07C的稱為輕負(fù)荷，0.07C＜P＜0.15 C稱為正常負(fù)荷，P＞0.15 C的稱為重負(fù)荷。其中C為軸承的額定負(fù)荷，即軸承能夠旋轉(zhuǎn)105次而不發(fā)生點(diǎn)蝕破壞的概率為90％時(shí)的載荷值。
承受較重的負(fù)荷或沖擊負(fù)荷時(shí)，將引起軸承較大的變形，使結(jié)合面間實(shí)際過盈減小和軸承內(nèi)部的實(shí)際間隙增大，這時(shí)為了使軸承運(yùn)轉(zhuǎn)正常，應(yīng)選較大的過盈配合。同理，承受較輕的負(fù)荷，可選用較小的過盈配合。
當(dāng)軸承內(nèi)圈承受循環(huán)負(fù)荷時(shí)，它與軸配合所需的最小過盈Ymin計(jì)算（mm）為
式中，R——軸承承受的最大徑向負(fù)荷，kN；
k——與軸承系列有關(guān)的系數(shù)，輕系列＝2.8，中系列＝2.3，重系列＝2；
b——軸承內(nèi)圈的配合寬度，m，b=B-2r，B為軸承寬度，r為內(nèi)圈倒角。
為避免套圈破裂，最大過盈Ymin計(jì)算（mm）必須按不允許超出套圈的允許強(qiáng)度來計(jì)算
式中，[δp]——允許的拉應(yīng)力，105Pa，軸承鋼的拉應(yīng)力[δp]≈400×105Pa；
d——軸承內(nèi)圈內(nèi)徑，m。
根據(jù)計(jì)算得到的Ymin計(jì)算，便可從國標(biāo)“公差與配合”表中選取最接近的配合。
3、工作溫度的影響
軸承工作時(shí)，由于摩擦發(fā)熱和其他原因，軸承套圈的溫度往往高于與其相配零件的溫度。這樣，內(nèi)圈與軸的配合可能松動(dòng)，外圈與孔的配合可能變緊，所以在選擇配合時(shí)，必須考慮軸承工作溫度的影響。因此，軸承工作溫度一般應(yīng)低于100℃，在高于此溫度中工作的軸承，應(yīng)將所選用的配合適當(dāng)修正。
4、軸承尺寸大小
滾動(dòng)軸承的尺寸越大，選取的配合應(yīng)越緊。但對(duì)于重型機(jī)械上使用的特別大尺寸的軸承，應(yīng)采用較松的配合。
5、旋轉(zhuǎn)精度和速度的影響
對(duì)于負(fù)荷較大、有較高旋轉(zhuǎn)精度要求的軸承，為消除彈性變形和振動(dòng)的影響，應(yīng)避免采用間隙配合。對(duì)精密機(jī)床的輕負(fù)荷軸承，為避免孔和軸的形狀誤差對(duì)軸承精度的影響，常采用較小的間隙配合。
6、其他因素的影響
為了考慮軸承安裝與拆卸的方便，宜采用較松的配合，對(duì)重型機(jī)械用的大型或特大型軸承尤為重要。如果既要求裝拆方便，又需緊配合時(shí)，可采用分離型軸承，或采用內(nèi)圈帶錐孔、帶緊定套和退卸套的軸承。
選用軸承配合時(shí)，還應(yīng)考慮旋轉(zhuǎn)精度、旋轉(zhuǎn)速度、軸和外殼孔的結(jié)構(gòu)與材料等因素。
綜上所述，影響滾動(dòng)軸承配合選用的因素鉸多，通常難以用計(jì)算法確定，所以在實(shí)際生產(chǎn)中常用類比法。表17.3、17.4、17.5、17.6列出了國家標(biāo)準(zhǔn)推薦的安裝向心軸承和角接觸軸承、推力軸承的軸和外殼孔的公差帶的應(yīng)用情況，供選用時(shí)參考。
① 凡對(duì)精度有較高要求的場(chǎng)合，應(yīng)用j5，k5……代替j6，k6……。
② 圓錐滾子軸承、角接觸球軸承配合對(duì)游隙影響不大，可用k6、m6代替k5、m5。
③ 重負(fù)荷下軸承游隙應(yīng)選大于0組。
④ 凡有較高精度或轉(zhuǎn)速要求的場(chǎng)合，應(yīng)選用h7(IT5)代替h8(IT6)等。
⑤ IT6、IT7表示圓柱度公差值。
① 并列公差帶隨尺寸的增大從左至右選擇，對(duì)旋轉(zhuǎn)精度有較高要求時(shí)，可相應(yīng)提高一個(gè)公差等級(jí)。
② 不適用剖分式外殼。
① 要求較小過盈時(shí)，可分別用j6、k6、m6代替k6、m6、n6。
② 也包括推力圓錐滾子軸承，推力角接觸軸承。
三、配合表面的其他技術(shù)要求
GB/T275－1993規(guī)定了與軸承配合的軸頸和外殼孔表面的圓柱度公差、軸肩及外殼孔端面的端面圓跳動(dòng)公差、名表面的粗糙度要求等，如表17.7、表17.8所示。
四、選用舉例
例1 有一圓柱齒輪減速器（如圖17.5所示），小齒輪軸要求較高的旋轉(zhuǎn)精度，裝有0級(jí)單列深溝球軸承，軸承尺寸為50mm×110mm×27mm，額定動(dòng)負(fù)荷Cr＝32000N，軸承承受的徑向負(fù)荷Fr＝4000N。試用類比法確定軸頸和外殼孔的公差帶代號(hào)，畫出公差帶圖，并確定孔、軸的形位公差值和表面粗糙度，并將它們分別標(biāo)注在裝配圖和零件圖上。
解 按給定條件，可知Fr＝0.125Cr，屬于正常負(fù)荷。內(nèi)圈負(fù)荷為旋轉(zhuǎn)負(fù)荷，外圈負(fù)荷為定向負(fù)荷。參考表17.3、表17.4，選軸頸公差帶為k6，外殼孔公差帶為G7或H7。但由于該軸旋轉(zhuǎn)精度要求較高，故選更緊一些的配合J7較為恰當(dāng)。
從表17.1中查出，軸承內(nèi)、外圈單一平面平均直徑的上、下偏差，再由表13.1、表13.2查出k6和J7的上、下偏差，從而畫出公差帶圖，如圖17.6所示。
從圖中可算出內(nèi)圈與軸Ymin=-0.002mm，Ymax=-0.030mm；外圈與孔
Xmax=+0.037mm，Ymax=-0.013mm。
查表17.7得圓柱度要求：軸頸為0.004mm，外殼孔為0.010mm；端面圓跳動(dòng)要求：軸肩0.012mm，外殼孔肩0.025mm。
查表17.8得粗糙度要求：軸頸Ra≤0.8um，軸肩Ra≤3.2um，外殼孔R(shí)a≤1.6um，孔肩
Ra≤3.2um。
將選擇的各項(xiàng)公差要求標(biāo)注在圖上，如圖17.7。
例2 在C616車床主軸后支承上，裝有兩個(gè)單列向心球軸承（見圖17.8），其外形尺寸為
dxDxB=50mmx90mmx20mm，試選定軸承的精度等級(jí)，軸承與軸、外殼孔的配合。（C616為普通車床，旋轉(zhuǎn)精度和轉(zhuǎn)速較高）
解：
1、確定軸承的精度等級(jí)
（1）C616車床屬于輕載的普通車床，主軸承受輕載荷。
（2）C616車床的旋轉(zhuǎn)精度和轉(zhuǎn)速較高，選擇6（E）級(jí)精度的滾動(dòng)軸承。
2、確定軸承與軸、外殼孔的配合
（1）軸承內(nèi)圈與主軸配合一起旋轉(zhuǎn)，外圈裝在殼體中不轉(zhuǎn)。
（2）主軸后支承主要承受齒輪傳遞力，故內(nèi)圈承受旋轉(zhuǎn)負(fù)荷，外圈承受定向負(fù)荷，前者配合應(yīng)緊，后者配合略松。
（3）參考表17.3、表17.4選出軸公差帶為j5mm，殼體孔公差帶為J6mm。
（4）機(jī)床主軸前軸承已軸向定位，若后軸承外圈與殼體孔配合無間隙，則不能補(bǔ)償由于溫度變化引起的主軸的伸縮性；若外圈與殼體孔配合有間隙，會(huì)引起主軸跳動(dòng)，影響車床的加工精度。為了滿足使用要求，將殼體孔公差帶提高一檔，改用K6mm。
（5）按滾動(dòng)軸承公差國家標(biāo)準(zhǔn)，由表17.1查出6（E）級(jí)軸承單一平面平均內(nèi)徑偏差
△dmp上=0mm，△dmp下=-0.01mm；單一平面平均外徑偏差△Dmp上=0mm
，△Dmp下=-0.013mm。
根據(jù)公差與配合國標(biāo)GB/T1800.3－1998，查得：軸為
φ50j5（+0.006/-0.005）mm，殼體孔為φ90K6（+0.004/-0.018）mm。
圖17.9為C616車床主軸后軸承的公差與配合圖解，由此可知，軸承與軸的配合比外殼孔的配合要緊些。
（6）查表17.7得圓柱度要求：軸頸為0.0025mm，外殼孔為0.006mm；端面圓跳動(dòng)要求：軸肩0.008mm。
查表17.8得粗糙度要求：軸頸Ra≤0.4um，軸肩Ra≤1.6um，外殼孔R(shí)a≤1.6um。
將選擇的各項(xiàng)公差要求標(biāo)注在圖上，如圖17.10。
