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1、课题十 典型结合和传动的 精度设计,滚动轴承的精度设计,一、概述,作用：轴承是一种传动支承部件，它既可以用于支承旋转的轴，又可以减少轴与支承部件之间的摩擦力，广泛地用于机械传动中。 分类： 滑动轴承（铜轴瓦）： 滚动轴承 ： 按滚动体结构：球轴承、滚子轴承、滚针轴承 按承受载荷形式：向心轴承、推力轴承、向心推力轴承,轴承的作用及分类：,2滚动轴承的组成：,滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。,3滚动轴承的安装形式：,外圈与箱体上的轴承座配合，内圈与旋转的轴颈配合。 通常外圈固定不动因而外圈与轴承座为过盈配合；内圈随轴一起旋转内圈与轴也为过盈配合。 考虑到运动过程中轴会受热变形延伸，一端轴
2、承应能够作轴向调节；调节好后应轴向锁紧。,4有关滚动轴承的国标规定：,滚动轴承的国家标准不仅规定了滚动轴承本身的尺寸公差、旋转精度（跳动公差等）、测量方法，还规定可与滚动轴承相配的箱体孔和轴颈的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度。,5滚动轴承的结构特点：,滚动轴承是一种标准件。 有内外两种互换性。 滚动轴承的精度要求很高。,滚动轴承的基本尺寸及公差要求（1）：,基本尺寸：滚动轴承的基本尺寸是指滚动轴承的内径d、外径D和轴承宽度B。 轴承的配合尺寸：由于轴承内、外圈均为薄壁结构，制造和存放时易变形，但在装配后能够得到矫正。为了便于制造，允许有一定的变形。为保证轴承与结合件的配合性质，所限制的仅是内、
3、外圈在其单一平面内的平均直径，即轴承的配合尺寸。 外径： Dmp=（Dsmax+Dsmin）/2 内径： dmp=（dsmax+dsmin）/2 Dsmax、Dsmin为加工后测得的最大、最小单一外径。 dsmax、dsmin为加工后测得的最大、最小单一内径。,滚动轴承的基本尺寸及公差要求（2）：,尺寸制造公差：国家标准对轴承内径和外径尺寸公差作了两种规定：一是规定了内、外径尺寸的最大值和最小值所允许的偏差，即单一内、外径偏差，其目的是为了限制变形量；二是规定了内、外径实际尺寸的最大值和最小值的平均值偏差，即单一平面平均内、外径偏差，目的是用于轴承的配合。二者应符合国家标准。（教材P137（八
4、版P131）) 滚动轴承的旋转精度：是指轴承内外圈的径向跳动公差；轴承内、外圈的端面对内孔轴线的端面跳动公差等。,10,第六章 滚动轴承的公差与配合,1 滚动轴承的互换性和公差等级 2 滚动轴承内、外径及相配轴颈、外壳孔的公差带 3 选择滚动轴承与轴颈、外壳孔的配合时应考虑的 主要因素 4 与滚动轴承配合的轴颈、外壳孔的精度的确定,11,第六章 滚动轴承的公差与配合,1 滚动轴承的互换性和公差等级 一、滚动轴承的互换性 二、滚动轴承的公差等级及其应用,12,第六章 滚动轴承的公差与配合,1 滚动轴承的互换性和公差等级,一、滚动轴承的互换性 滚动轴承的基本结构如图6-1。,1. 组成：,2. 种
5、类：,按滚动体形状分,按负荷方向分,图6-1,13,二、滚动轴承的公差等级及其应用,1. 公差等级,根据（D、d、B）尺寸精度和旋转精度分：,向心轴承,其他轴承,精度依次高，各公差等级的精度见表6-1。,0、6（6X）、5、4、2五级；,0、6（6X）、5、4四级。,14,2. 应用,6(6X)级(中等级)和5级(较高级)：多用于旋转精度和运动平稳性 要求较高或转速较高的旋转机构中（如普通机床主轴支承）。,4级(精密级)：多用于转速很高和旋转精度要求很高的机床或机器的旋转机构中（如精密机床主轴支承） 。,2级(超精级)：多用于精密机床的主轴支承（如坐标镗床主轴支承） 。 凡属普通级的轴承，一般
6、在轴承型号上不标注公差等级代号。,0级(普通级)：最广泛地应用于精度要求不高的一般旋转机构中。,15,第六章 滚动轴承的公差与配合,2 滚动轴承内、外径及相配轴颈、外壳孔的 公差带 一、滚动轴承内、外径公差带特点 二、与滚动轴承配合的轴颈、外壳孔的常用公差带,16,2 滚动轴承内、外径及相配轴颈、外壳孔的公差带,一、 滚动轴承内、外径公差带的特点 (如图6-3所示),图6-3,公差带,任何尺寸的公差带由两个因素决定：公差带的宽窄和公差带的位置。滚动轴承的公差带也不例外，其公差带如图所示。 轴承内、外径公差带的特点是：所有公差带都单向偏置在零线下方，即上偏差为0，下偏差为负值。,轴承内外径公差带
7、图：,/P0,/P6,/P5,/P4,/P2,/P0,/P6,/P5,/P4,/P2,+ 0 -,+ 0 -,D,d,轴承外径Dmp的公差带,轴承内径dmp的公差带,+ 0 -,+ 0 -,100,45,已知轴承的基本尺寸如图所示。根据实际工况采用6级向心轴承，试画出轴承孔轴公差带并标注有关尺寸。 查表： (教材P253 （八版P250） 习题6-2),es=0,ES=0,ei=-0.013,EI=-0.010,轴承公差带标注示例：,20,二、与滚动轴承配合的轴颈、外壳孔的常用公差带,与滚动轴承配合的孔、轴公差带见图6-4和图6-5。,孔、轴公差带均选自GB/T1801 1999。,由图可见，
8、轴承内圈与轴的配合比极限与配合标准中基孔制的配合要紧。,图6-4,21,二、与滚动轴承配合的轴颈、外壳孔的常用公差带,与滚动轴承配合的孔、轴公差带见图6-4和图6-5。,孔、轴公差带均选自GB/T1801 1999。,由图可见，轴承内圈与轴的配合比极限与配合标准中基孔制的配合要紧。,图6-5,滚动轴承精度等级的选择：,主要考虑以下几点： 机器功能对轴承部件的旋转精度要求。一般这样选取具体参见教材 P136 表61及表6-3及表6-4）： /P0：用于旋转精度要求不高的一般机构中。 /P6、P6x/P5、P4：用于旋转精度要求较高或转速较高 的机构中。 /P2：用于高精度、高转速的特别精密部件上
9、。 转速的高低：转速高时，由于与轴承配合的旋转轴或孔可能随轴承的跳动而跳动，势必造成旋转的不平稳，产生振动和噪音。因此，转速高时，应选用精度高的轴承。,滚动轴承的选择：,结构型式的选择：属于机械设计的范畴。主要对轴进行受力分析，确定轴承的类型（向心、推力、向心推力）、轴承的基本尺寸（内径、外径、轴承宽度）。 轴承配合的精度计算：轴承是根据工况选用；与轴承相配合的轴颈、轴承座则需进行精度设计：包括配合性质的确定、形位公差的确定、表面粗糙度的确定等。这部分内容由互换性解决。,滚动轴承配合基准制：,前面在讨论基准制时，谈到一般情况下，采用基孔制，但若为标准件，则与之相配合的零件的配合性质由标准件决定
10、。就滚动轴承而言，由于是标准件，与外圈相配合的部分采用基轴制；与内圈相配合的轴采用基孔制。 轴承内圈与轴的配合是基孔制，虽然滚动轴承内圈所有公差等级的公差带都在零线的下方且上偏差为零。其主要原因是轴承配合的特殊要求。在大多数情况下，轴承的内孔要随轴一起转动，两者之间的配合必须有一定的过盈。,轴颈、轴承座配合公差等级,与滚动轴承相配合的孔、轴的公差等级与轴承的公差等级密切相关。一般与/P6、/P0轴承配合的轴，其公差等级多为IT5IT7，箱体孔多为IT6IT8等。,26,第六章 滚动轴承的公差与配合,3 选择滚动轴承与轴颈、外壳孔的配合时应考虑 的因素 一、轴承套圈相对于负荷方向的运转状态 二、
11、负荷的大小 三、径向游隙 四、轴承的工作条件,27,3 选择滚动轴承与轴颈、外壳孔的配合时应考虑的因素,一、轴承套圈相对于负荷方向的运转状态,负荷类型:,负载类型：,局部负载：作用于轴承上的合成径向负载与套圈相对静止，即负载方向始终不变地作用在套圈滚道的局部区域上。通常采用小间隙配合或过渡配合。 循环负载：作用于轴承上的合成径向负载与套圈相对旋转，即合成径向负载顺次作用在套圈的整个圆周上。通常采用过盈或较紧的过渡配合。 摆动负载：作用于轴承上的合成径向负载与所承载的套圈在一定区域内相对摆动，即合成径向负载经常变动地作用在套圈滚道的小于180的部分圆周上。,二、负荷的大小：,轴承在负载的作用下，
12、套圈会发生变形，使配合面受力不均匀，引起松动。因此，受重负载时配合应紧些，受轻负载时配合应松些。一般地，负载如下分类： 轻负荷Pr0.07Cr， 正常负荷Pr0.07Cr0.15Cr 重负荷Pr0.15Cr 其中： Pr径向当量动负荷，Cr径向额定动负荷，数据可以从有关手册中查找。,30,三、径向游隙（P140, P134八版）,四、轴承的工作条件 如温度、旋转精度和旋转速度等。,工作温度：,轴承旋转时，套圈的温度经常高于相邻零件的温度。轴承的内圈可能因热胀而使配合变松；外圈会因热胀而使配合变紧。选择配合时应考虑温度的影响。,旋转精度和旋转速度：,当对轴承有较高旋转精度要求时，为消除弹性变形和
13、振动的影响，应避免采用带间隙的配合，但也不能太紧。轴承转速越高，应选用愈紧的配合。具体选用时参见教材P142, P136八版相应表格6-3、6-4。,33,第六章 滚动轴承的公差与配合,4 与滚动轴承配合的轴颈、外壳孔的精度的确定 一、轴颈、外壳孔的公差带的确定 二、轴颈、外壳孔的形位公差与表面粗糙度轮廓幅度参数值的确定 三、轴颈和外壳孔精度设计举例,34,4 与滚动轴承配合的轴颈、外壳孔的精度的确定,一、轴颈、外壳孔的公差带的确定 参照表6-3、表6-4选用。,表6-3 轴颈的公差带,35,36,表6-4 外壳孔的公差带,形位公差及表面粗糙度的确定与查表：,为了保证轴承的正常运转，除了正确地
14、选择轴承与轴颈及箱体孔的公差等级及配合外，还应对轴颈和箱体孔的形位公差及表面粗糙度提出要求。 形状公差：主要是轴颈和箱体孔的表面圆柱度要求。 位置公差：主要是轴肩端面的跳动公差。 表面粗糙度：表面粗糙度值的高低直接影响着配合质量和连接强度，因此，凡是与轴承内、外圈配合的表面通常都对表面粗糙度提出较高的要求。具体选择参见教材P267附表6-1、6-2。,38,二、轴颈、外壳孔的几何公差与表面粗糙度轮廓幅度参数值的确定,2.表面粗糙度轮廓要求,1. 几何公差,圆柱度和轴向圆跳动见附表6-1。,见附表6-2。,附表6-16-2,39,三、轴颈和外壳孔精度设计举例,解： 略 轴颈和外壳孔各项公差的标注见图6-8。,图6-8,（a),(b),(c),55k6,100J7,1、在装配图上的标注：,在装配图上，不用标注轴承的公差等级代号，只需标注与之相配合的轴承座及轴颈的公差等级代号。,100J7（ ）,+0.035,0,A,0.015 A,0.06,1.6,2,+0.012,55k6（ ）,-0.007,0.04,0.01 A,A,0.63,1.25,2、在零件图上的标注：,在零件图上，应标注以下参数： A、尺寸公差 B、形状公差 C、位置公差 D、表面粗糙度,作业：,P253 习题 6-2、6-3,