第十七章 滚动轴承与轴、孔的配合

第一节 滚动轴承精度等级及其应用

一、滚动轴承的精度等级

国标GB/T307.3－1996规定向心轴承（圆锥滚子轴承除外）精度分为0，6，5，4，2（相当于GB/T307.3－1984规定G，E，D，C，B级）五级，精度依次升高，0（G）级精度最低，2（B）级精度最高。

国标GB/T307.3－1996规定圆锥滚子轴承精度分为0，6x，5，4四级；推力轴承精度分为0，6，5，4四级。

二、滚动轴承精度等级的选用 滚动轴承各级精度的应用情况如下：

0（G）级（通常称为普通级）――用于低、中速及旋转精度要求不高的一般旋转机构，它在机械中应用最广。例如普通机床变速箱、进给箱的轴承，汽车、拖拉机变速箱的轴承，普通电动机、水泵、压缩机等旋转机构中的轴承等。

6（E）级――用于转速较高、旋转精度要求较高的旋转机构。例如普通机床的主轴后轴承，精密机床变速箱的轴承等o

5（D）级、4（C）级――用于高速、高旋转精度要求的机构。例如精密机床的主轴轴承，精密仪器仪表的主要轴承等。

2（B）级――用于转速很高、旋转精度要求也很高的机构。例如齿轮磨床、精密坐标镗床的主轴轴承，高精度仪器仪表的主要轴承等。

第二节 滚动轴承内、外径的公差带

滚动轴承的内圈、外圈都是薄壁零件，在制造和保管过程中容易变形，但当轴承内圈与轴、外圈与外壳孔装配后，这种少量的变形会得到一定程度的矫正。田此，国家标准对轴承内、外径分别规定了两种尺寸公差和两种形状公差。

两种尺寸公差是：①轴承单一内径（ds）与外径（Ds）的偏差（?d，?D）；②轴承单一平面平均内径（dmp）与外径（Dmp）的偏差（?dmp，?Dmp）。

两种形状公差是：①轴承单一径向平面内，内径（ds）与外径（Ds）的变动量（Vdp，VDp）；②轴承平均内径（dmp）与外径（Dmp）的变动量（Vmdp，VmDp）。

合格的滚动轴承，必须同时满足所规定的两种公差要求。 表17.1列出了部分向心轴承?dmp，?Dmp的极限值。

-5 内18 30 0 0 0 0 圈 30 50 外50 80 圈 80 120 滚动轴承是标准部件，为了便于互换，轴承内圈与轴采用基孔制配合，外圈与孔采用基轴制配合。

标准中规定的轴承外圈单一平面平均直径Dmp的公差带的上偏差为零，如图17.1所示，与一般基轴制相同；单一平面平均内径dmp的公差带，其上偏差也为零（图17.1），这和一般基孔制的规定不同。这主要考虑轴承配合的特殊需要。因为在多数情况下轴承内圈随轴一起转动，二者之间配合必须有一定过盈，但过盈量又不宜过大，以保证拆卸方便，防止内圈应力过大。dmp的公差带在零线下方，当其与k，m，n等轴配合时，将获得比一般过渡配合规定的过盈量稍大的过盈配合；当与g，h等轴配合时不再是间隙配合、而成为过渡配合。

图17.1 轴承单一平面平均内、外径的公差带

第三节 滚动轴承与轴、孔的配合及其选用

一、轴和外壳孔的公差带

国家标准GB/T 275一1993推荐了与0（G）、6（E）、5（D）、4（C）级相配合的轴和孔的公差带。见表17.2。

表17.2 与滚动轴承各级精度相配合的轴和外壳孔公差带

国家标准GB/T 275一1993对与滚动轴承配合的轴颈规定了17种常用公差带，对外壳孔规定了16种常用公差带，如图17.2所示。

（a） 轴承与轴配合的常用公差带关系图 （b） 轴承与外壳孔配合的常用公差带关系图 图17.2 与滚动轴承配合的轴、外壳孔常用公差带

二、轴和外壳孔与滚动轴承配合的选用

正确选择轴承的配合，对保证机器正常运转、提高轴承使用寿命、充分发挥其承载能力关系很大，选择时应考虑下列因素：

轴承转动时，根据作用于轴承上合成径向负荷相对套圈的旋转情况，可将所示负荷分为局部负荷、循环负荷和摆动负荷三类，见图17.3。

内圈－旋转负荷 内圈－定向负荷 内圈－旋转负荷 内圈－摆动负荷 外圈－定向负荷 外圈－旋转负荷 外圈－摆动负荷 外圈－旋转负荷

（a） （b） （c） （d）

图17.3 轴承承受的负荷类型

（1）定向负荷 径向负荷始终不变地作用在套圈滚道的局部区域上。图17.3（a）固定的外圈和17.3（b）固定的内圈均受到一个方向一定的径向负荷F0的作用。承受这类负荷的套圈与壳体孔或轴的配合，一般选较松的过渡配合，或较小的间隙配合，以便让套圈滚道间的摩擦力矩带动转矩，延长轴承的使用寿命。

（2）旋转负荷 径向负荷相对于套圈旋转，套圈滚道的整个圆周上。图17.3（a）和（c）的（b）和（d）的外圈均受到一个作用位置依次改

F0的作用。通常承受循环负荷的套圈与轴(或壳

并依次作用在内圈，图17.3变的径向负荷体孔)相配应选不使套团与轴的径向负荷作向摆动。如图荷F1的同时作周

过盈配合或较紧的过渡配合，其过盈量的大小以或完体孔配合表面间产生爬行现象为原则。 （3）摆动负荷 大小和方向按一定规律变化用在套圈的部分滚道上，此时套圈相对于负荷方17.4所示，轴承受到定向负荷F0和较小的旋转负用，二者的合成负荷F由小到大、再由大到小的

变化。图17.3（c）固定的外圈和图17.3（d）固定的内圈受到摆动负荷。承受摆动负荷的套圈，其配合要求与循环负荷相同或略松一些。

滚动轴承套圈与轴或壳体孔配合的最小过盈，取决于负荷的大小。一般把径向负荷P?0.07C的称为轻负荷，0.07C?P?0.15 C称为正常负荷，P?0.15 C的称为重负荷。其中C为轴承的额定负荷，即轴承能够旋转105次而不发生点蚀破坏的概率为90％时的载荷值。

承受较重的负荷或冲击负荷时，将引起轴承较大的变形，使结合面间实际过盈减小和轴承内部的实际间隙增大，这时为了使轴承运转正常，应选较大的过盈配合。同理，承受较轻的负荷，可选用较小的过盈配合。

当轴承内圈承受循环负荷时，它与轴配合所需的最小过盈Ymin计算（mm）为 式中，R――轴承承受的最大径向负荷，kN；

k――与轴承系列有关的系数，轻系列＝2.8，中系列＝2.3，重系列＝2； b――轴承内圈的配合宽度，m，b?B?2r，B为轴承宽度，r为内圈倒角。

为避免套圈破裂，最大过盈Ymax计算（mm）必须按不允许超出套圈的允许强度来计算 式中，??p?――允许的拉应力，105Pa，轴承钢的拉应力??p?≈400×105Pa； d――轴承内圈内径，m。

根据计算得到的Ymin计算，便可从国标“公差与配合”表中选取最接近的配合。 3、工作温度的影响

轴承工作时，由于摩擦发热和其他原因，轴承套圈的温度往往高于与其相配零件的温度。这样，

内圈与轴的配合可能松动，外圈与孔的配合可能变紧，所以在选择配合时，必须考虑轴承工作温度的影响。因此，轴承工作温度一般应低于100℃，在高于此温度中工作的轴承，应将所选用的配合适当修正。

滚动轴承的尺寸越大，选取的配合应越紧。但对于重型机械上使用的特别大尺寸的轴承，应采用较松的配合。

5、旋转精度和速度的影响

对于负荷较大、有较高旋转精度要求的轴承，为消除弹性变形和振动的影响，应避免采用间隙配合。对精密机床的轻负荷轴承，为避免孔和轴的形状误差对轴承精度的影响，常采用较小的间隙配合。

为了考虑轴承安装与拆卸的方便，宜采用较松的配合，对重型机械用的大型或特大型轴承尤为重要。如果既要求装拆方便，又需紧配合时，可采用分离型轴承，或采用内圈带锥孔、带紧定套和退卸套的轴承。

选用轴承配合时，还应考虑旋转精度、旋转速度、轴和外壳孔的结构与材料等因素。 综上所述，影响滚动轴承配合选用的因素铰多，通常难以用计算法确定，所以在实际生产中常用类比法。表17.3、17.4、17.5、17.6列出了国家标准推荐的安装向心轴承和角接触轴承、推力轴承的轴和外壳孔的公差带的应用情况，供选用时参考。

表17.3 向心轴承和轴的配合 轴公差带代号（GB/T275－1993）

运 转 状 态 负深沟球轴圆柱和圆调心滚子荷 承、调心球锥滚子轴轴承 状轴承和角接承 态 触球轴承 说 明 旋举 例 一般通轻≤18 ＞18～100 轴 承 公 差 内 径/mm － ≤40 － ≤40 h5 j6① k6① m6① 公差带 转的内用机械、电负圈负荷动机、机床荷 ＞100～200 ＞40～140 ＞40～100 及摆动主轴、泵、负荷 内燃机、正－ ＞140～200

    当轴承匀速运动的时候，轴承需要的带动力很小，基本上就是克服轴承内部滚动体与滚道之间的摩擦。因此，所需的“配合力”也就比上述的那个情况要简单很多了。
    从两个不同的应用来看，在频繁变速和频繁启动的电机中，需要的“配合力”比匀速运行的电机会大的多。这也就解释了在以前的配合推荐表中为什么总会要求变速、频繁启动的场合加紧一级配合。
    刚才我们一直讨论的是“转动圈”-内圈，那么外圈呢？在卧式内转子电机中，轴承的外圈一般是静止的，而且轴承室也是固定不动的。轴承滚动体在轴承外圈内的滚动是唯一推动轴承外圈有转动趋势的力。轴承滚动体与轴承外圈之间在正常场合下，通常只有滚动摩擦，因此这个配合力只要大于这个滚动摩擦力就可以克服轴承外圈旋转的趋势。

    而且，由于滚动摩擦很小，因此克服滚动摩擦所需要的配合力也很小。但是，轴承室和轴承外圈之间却是滑动摩擦，同时，轴承外圈和轴承室之间的径向负荷与轴承内部的径向负荷可以认为是一样的。再加上轴承滚道内还有润滑剂减小摩擦，而轴承外圈和轴承室之间是没有润滑剂的。
    综上，只要轴承外圈安稳的放置在轴承室内部，依赖滑动摩擦，就可以克服这样的相对运动趋势。由此也不难理解为什么卧式内转式电机的轴承外圈，通常是较松的配合了。
    继续回到主题，轴承的外圈受到滚动体滚动摩擦的摩擦力也是十分容易计算的（简单的方法是乘以摩擦系数，精细点的办法可以参照即将出版的《齿轮箱轴承应用技术》）。当然，我个人的工程实际经验告诉我，其实这样的计算在实践中大可不必为了这个目的进行，一般的配合选择表格早就满足了这些要求。如果工程师有好奇心学习，倒是可以尝试。