常用結合件的互換性-第七章

第7章常用結合件的互換性

7.1滾動軸承結合的互換性

7.2鍵和花鍵鍵連接件的互換性

7.3普通螺紋結合的互換性

7.4圓錐結合的互換性7.1滾動軸承與孔軸結合的互換性

滾動軸承作為標準部件，是機器上廣泛使用的支承部件，由專業(yè)化的滾動軸承制造廠生產。滾動軸承的公差與配合設計是指正確確定滾動軸承內圈與軸頸的配合、外圈與外殼孔的配合以及軸頸和外殼孔的尺寸公差帶、幾何公差和表面粗糙度參數(shù)值，以保證其工作性能和使用壽命。

7.1滾動軸承與孔軸結合的互換性7.1.1滾動軸承的組成和型式滾動體滾動軸承保持架滾道內、外圈滾動軸承的組成和類型

：外圈、內圈、滾動體和保持架

：支撐軸系：組成作用分類按滾動體的形狀分球軸承圓柱滾子軸承圓錐滾子軸承滾針軸承按承受載荷分向心軸承(主要承受徑向載荷)向心推力軸承(同時承受徑向和軸向載荷)推力軸承(主要承受軸向載荷)

滾動軸承的組成和類型滾動體的形狀如圖所示材料：內圈、外圈、滾動體GCr15、GCr15SiMn

保持架軟鋼、青銅、尼龍滾動軸承的類型a）向心球軸承b）圓錐滾子軸承c）角接觸球軸承d）推力球軸承a）向心球軸承b）圓錐滾子軸承c）角接觸球軸承d）推力球軸承7.1.2滾動軸承的精度等級及應用滾動軸承按其公稱尺寸精度和旋轉精度向心軸承分為五級：0、6、5、4、2；圓錐滾子軸承分為四級：0、6x、5、4；推力軸承分為四級：0、6、5、4。

0級精度等級最低，等級依次增高，2級精度最高。滾動軸承各級精度的應用0級在機械制造業(yè)中應用最廣，通常稱為普通級，在軸承代號標注時不予注出。它用于旋轉精度要求不高、中等負荷、中等轉速的一般機構中，如減速器的旋轉機構，普通機床的變速、進給機構，汽車、拖拉機的變速機構，普通電動機、水泵、壓縮機的旋轉機構等。6、5級用于旋轉精度和轉速要求較高的旋轉機構中，其中6級、5級軸承多用于比較精密的機床和機器中，例如臥式車床主軸的前端用5級軸承，后端采用6級軸承。

4級用于旋轉精度或轉速要求很高的機床和機器的旋轉機構中，如高精度磨床和車床、精密螺紋車床和磨齒機等的主軸軸承。2級用于旋轉精度和轉速要求特別高的轉速機構中，如精密坐標鏜床、高精度齒輪磨床和數(shù)控機床等的主軸軸承。7.1.3滾動軸承內、外徑的公差及其公差帶特點滾動軸承的內、外圈，都是寬度較小的薄壁件。容易變形（如變成橢圓形），但在裝入外殼孔和軸上之后，這種變形又容易得到矯正。因此，滾動軸承國家標準規(guī)定了軸承內、外徑的平均直徑dmp、Dmp的公差，用以確定內、外圈結合直徑的公差帶。

0、6級向心軸承和向心推力球輪承的內、外圈平均直徑的極限偏差見表7.2、表7.3。

滾動軸承內、外徑公差帶

由于滾動軸承是精密的標準部件,使用時不能再進行附加加工。因此，軸承內圈與軸采用基孔制配合，外圈與外殼孔采用基軸制配合。國家標準規(guī)定,所有精度級軸承內圈dmp的公差帶布置于零線的下側。這樣當其與過渡配合中的k6、m6、n6等軸構成配合時，將獲得比一般基孔制過渡配合規(guī)定的過盈量稍大的過盈配合。

7.1.4滾動軸承與軸和外殼孔的配合及其選擇1.軸頸和外殼孔的公差帶

：作用在軸承上的合成徑向負荷與套圈相對靜止。：作用于軸承上的合成徑向負荷與套圈相對旋轉。：作用于軸承上的合成徑向負荷與所承受的套圈在一定區(qū)域內相對擺動。2.配合選擇的基本原則局部負荷循環(huán)負荷擺動負荷⑴負荷的類型

2.配合選擇的基本原則(a)內圈循環(huán)負荷，外圈固定負荷；(b)內圈局部負荷，外圈循環(huán)負荷(c)內圈循環(huán)負荷，外圈擺動負荷；(d)內圈擺動負荷，外圈循環(huán)負荷2.配合選擇的基本原則⑵負荷的大小

當徑向負荷P<0.07C時稱為輕負荷當0.07C<P<0.15C時稱為正常負荷當P>0.15C時稱為重負荷軸承承受的負荷愈大或為沖擊負荷時，最小過盈應選擇較大值；反之，可選擇較小值。

⑶軸承尺寸大小隨著軸承尺寸的增大，選擇的過盈配合越大，間隙配合越小。但是對于重型機械上使用特別大尺寸的軸承，應采用較松的配合。

2.配合選擇的基本原則⑷軸承游隙

游隙過小，若軸承與軸頸、殼體孔的配合為過盈配合，則會使軸承中滾動體與套圈產生較大的接觸應力，并增加工作時的摩擦發(fā)熱，降低軸承壽命。

游隙過大，就會使轉軸產生較大的徑向圓跳動和軸向跳動，致使軸承工作時產生較大的振動和噪聲，因此應檢驗安裝后軸承的游隙是否滿足使用要求。2.配合選擇的基本原則⑸旋轉精度和旋轉速度對于負荷較大且有較高旋轉精度要求的軸承，為了消除彈性變形和振動的影響，應避免采用間隙配合。對于精密機床的輕負荷軸承，為避免外殼孔與軸頸形狀誤差對軸承精度的影響，常采用較小的間隙配合。一般認為，軸承的旋轉速度愈高，配合也應該愈緊。2.配合選擇的基本原則⑹工作溫度軸承工作的溫度一般應低于100℃，高于此溫度時，必須考慮溫度影響的修正值。⑺配合表面的形狀公差為了保證軸承安裝正確、傳動平穩(wěn)，通常對軸頸和外殼孔的表面提出圓柱度要求。為保證軸承工作時有效高的旋轉精度，應限制套圈端面接觸的軸肩的傾斜，特別是在高速旋轉的場合，從而避免軸承裝配后滾道位置不正，旋轉不穩(wěn)，因此標準規(guī)定了軸肩和外殼孔肩的軸向圓跳動公差。2.配合選擇的基本原則⑻表面粗糙度軸頸和外殼孔的表面粗糙度，會使有效過盈量減少，接觸剛度下降，而導致支承不良。⑼其他影響因素空心軸頸比實心軸頸，薄壁殼體比厚壁殼體，輕合金殼體比鋼或鑄鐵殼體采用的配合要緊些；而剖分式殼體比整體式殼體采用的配合要松些，以免過盈將軸承外圈夾扁，甚至將軸卡住。對緊于k7（包括k7）的配合或殼體孔的標準公差小于IT6級時，應選用整體式殼。為了便于安裝、拆卸，特別對于重型機械，宜采用較松的配合。如果要求拆卸，而又要用較緊配合時，可采用分離性軸承或內圈帶有錐孔和緊定套或退卸套的軸承。應用舉例例7.1：一圓柱齒輪減速器，小齒輪軸要求較高的旋轉精度，裝有0級單列深溝球軸承（型號為310），軸承尺寸為（50×110×27）mm，額定動負荷C=32000N，徑向負荷P=4000N。試確定與軸承配合的軸頸和外殼孔的配合尺寸和技術要求。應用舉例解：按給定條件，P/C=4000/32000=0.125，屬于正常負荷。減速器的齒輪傳速動力，內圈承受旋轉負荷，外圈承受固定負荷。按軸承類型和尺寸規(guī)格，查表7.5，軸頸公差帶為k5；查表7.6，外殼孔的公差帶為G7或H7均可，但由于該軸旋轉精度要求較高，可相應提高一個公差等級，選定H6；查表7.9，軸頸的圓柱度公差為0.004mm，軸肩的圓跳動公差0.012mm，外殼孔的圓柱度公差為0.010mm，孔肩的圓跳動公差為0.025mm，查表7.10，軸頸表面粗造度要求Ra=0.4um，軸肩表面粗糙度Ra=1.6um，外殼孔表面粗糙度Ra=1.6um，孔肩表面粗糙度Ra=3.2um。

標注示例7.2鍵和花鍵結合的互換性鍵和花鍵主要用于軸和帶轂零件(如齒輪、蝸輪等)實現(xiàn)周向固定以傳遞轉矩的軸轂聯(lián)接。其中,有些還能實現(xiàn)軸向固定以傳遞軸向力;也可用做導向聯(lián)接。7.2.1平鍵聯(lián)結件的互換性1.概述鍵是一種標準件，在機器中有著廣泛的應用，它屬于可拆卸連接，通常用于軸與軸上零件（齒輪、帶輪、聯(lián)軸器等）之間的連接，起周向固定零件的作用以傳遞旋轉運動成扭矩，而導鍵、滑鍵、花鍵還可用作軸上移動的導向裝置。鍵分為平鍵、半圓鍵、楔鍵和切向鍵等多種類型，它們統(tǒng)稱為單鍵。其中，以平鍵和半圓鍵用得最多。鍵的類型(a)普通平鍵圓頭方頭一端圓頭，一端方頭

(b)導向平鍵(c)滑鍵鍵的類型（d）半圓鍵（e）切向鍵普通楔鍵鉤頭楔鍵斜度1：100拆卸空間安裝時用力打入（f）楔鍵平鍵聯(lián)接方式及主要結構參數(shù)2.平鍵聯(lián)接的公差與配合較松聯(lián)結一般聯(lián)結較緊聯(lián)結軸槽公差帶鍵寬公差帶輪轂槽公差帶3.平鍵聯(lián)接的形位公差及表面粗糙度為保證鍵與鍵槽的側面具有足夠的接觸面積和避免裝配困難，應分別規(guī)定軸槽對軸線和輪轂槽對孔的軸線的對稱度公差和鍵的兩個配合側面的平行度公差。軸槽和輪轂槽的對稱度公差按GB/T1184—1996，一般取7～9級。當鍵長L與鍵寬b之比大于或等于8時，鍵的兩側面得到平行度應符合GB/T1184—1996，當b≤6mm時按7級；b≥8~36mm按6級，b≥40mm按5級。軸槽與輪轂槽的兩個工作側面為配合表面，表面粗糙度Ra值取1.6～3.2um。槽底面的表面粗糙度參數(shù)Ra上限值取為6.3um。

4.圖樣標注7.2.2花鍵連接件的互換性1、概述花鍵連接的特點：花鍵的類型定心精度高

導向性好承載能力強花鍵定心方式

花鍵有大徑D、小徑d和鍵（槽）寬B三個主要尺寸參數(shù)，為了改善其加工工藝性，只需將其中一個參數(shù)加工得較準確，使其起配合定心作用。小徑定心

矩形花鍵國家標準（GB/T1144－2001）規(guī)定，矩形花鍵用小徑定心，因為小徑定心有一系列優(yōu)點。小徑定心時，熱處理后的變形可用內圓磨修復，而且內圓磨可達到更高的尺寸精度和更高的表面粗糙度要求。因而小徑定心的定心精度更高，定心穩(wěn)定性較好，使用壽命長，有利于產品質量的提高。外花鍵小徑精度可用成形磨削保證。2.矩形花鍵的公差與配合

GB/T1144一2001規(guī)定的小徑d、大徑D及鍵（槽）寬B的尺寸公差帶如圖所示。

2.矩形花鍵的公差與配合

矩形花鍵配合應采用基孔制，即內花鍵d、D和B的基本偏差不變，依靠改變外花鍵d、D和B的基本偏差，獲得不同松緊的配合。矩形花鍵配合精度的選擇，主要考慮定心精度要求和傳遞轉矩的大小。

精密傳動用花鍵聯(lián)結定心精度高，傳遞轉矩大而且平穩(wěn)，多用于精密機床主軸變速箱與齒輪孔的聯(lián)接。

一般用花鍵聯(lián)接則常用于定心精度要求不高的臥式車床變速箱及各種減速器中軸與齒輪的聯(lián)接。

3.矩形花鍵的幾何公差和表面粗糙度

為保證定心表面的配合性質，應對矩形花鍵規(guī)定如下要求：1）內、外花鍵定心直徑d的尺寸公差與幾何公差的關系，必須采用包容要求。2）內(外)花鍵應規(guī)定鍵槽(鍵)側面對定心軸線的位置度公差，如圖所示，并采用最大實體要求，用綜合量規(guī)檢驗。3.矩形花鍵的幾何公差和表面粗糙度3)單件小批生產，采用單項測量時，應規(guī)定鍵槽(鍵)的中心平面對定心軸線的對稱度和等分度，并采用獨立原則。4)對較長的花鍵可根據性能自行規(guī)定鍵側對軸線的平行度公差5)矩形花鍵的表面粗糙度Ra推薦值：對于內花鍵，小徑表面≤1.6um，大徑表面6.3um，鍵槽側面3.2um。對于外花鍵，小徑表面≤0.8um，大徑表面3.2um，鍵槽側面1.6um。花鍵連接在圖樣上的標注

花鍵聯(lián)結在圖紙上的標注,按順序包括以下項目：鍵數(shù)N，小徑d，大徑D,鍵寬B,花鍵公差帶代號。示例如下：花鍵規(guī)格:N×d×D×B6×23×26×6花鍵副：GB1144—2001內花鍵：6×23H7×26H10×6H11外花鍵：6×23f7×26a11×6d10花鍵連接在圖樣上的標注7.3普通螺紋結合的互換性

螺紋結合由相互結合的內、外螺紋組成。內外螺紋通過相互旋合及牙側面的接觸作用，實現(xiàn)零部件間的聯(lián)結、緊固及相對位移等功能，在機械制造中應用廣泛。其用途可分為連接螺紋和傳動螺紋和密封螺紋。

連接螺紋又稱為緊固螺紋，用于緊固和連接零件，其牙型為三角形，對它的主要要求是可旋合性和連接的可靠性。

傳動螺紋用于傳遞動力或位移，其牙型有梯形、矩形和鋸齒形等，對它的主要要求是傳遞動力要可靠，傳動比要穩(wěn)定（位移準確）。

密封螺紋用于密封，要求是結合緊密，配合具有一定的過盈，以保證不漏水、不漏氣、不漏油。

7.3.1普通螺紋的基本牙型和幾何參數(shù)（1）大徑（d或D）（2）小徑（d1或D1）（3）中徑（d2或D2）（4）單一中徑（d2單一或D2單一）（5）牙型角α=60°和牙型半角(α／2)（6）螺距（P）（7）螺紋旋合長度（L）

7.3.2螺紋幾何參數(shù)對互換性的影響1.螺距誤差的影響螺距誤差分為：局部誤差△P和累積誤差△PΣ△P指在螺紋全長上，任意單個實際螺距Pa對公稱螺距P的最大差值。△P=Pa-P△PΣ指在規(guī)定長度內，任意個實際螺距對公稱螺距的最大差值，它與旋合長度有關，是主要影響因素?！鱌Σ=nPa-nP螺距累積誤差的影響對于聯(lián)接螺紋，△PΣ會使內外牙側面發(fā)生干涉而影響旋合性，并使載荷集中在少數(shù)幾扣牙側面，影響連接的可靠性與承載能力，對于傳動螺紋，△PΣ會影響運動精度及空回行程的大小?！鱌Σ主要是由加工機床運動鏈的傳動誤差引起的，若用成型刀具如板牙、絲錐加工，則刀具本身的△PΣ會直接影響造成工件的△PΣ。

螺距累積誤差的影響

螺距誤差的中徑當量由圖中△abc可知：fp=1.732｜△PΣ｜2.牙型半角誤差的影響△α/2是實際牙型半角與公稱牙型半角之差，即△α/2是由于實際牙型角制造不準確（刀具的角度誤差引起）或牙型角平分線不垂直于螺紋軸線（刀具的安裝誤差引起）造成的，或兩者綜合造成的。牙型半角誤差同樣會使牙側干涉而影響螺紋的旋合性、并由于牙側間的接觸面積減小而影響聯(lián)結強度。

2.牙型半角誤差的影響牙型半角誤差的中徑當量為便于分析，假設內螺紋具有理想的牙型，外螺紋僅牙型半角有誤差。如下圖所示，當外螺紋的牙型半角小于內螺紋的牙型半角時，在牙側（頂處將產生干涉（圖中陰影線部分）。為避免產生干涉，可把外螺紋的實際中徑減小值或把內螺紋的實際中徑增加值。值叫做半角誤差的中徑當量。根據任意三角形的正弦定理，考慮到左、右牙型半角誤差可能同時出現(xiàn)的各種情況及必要的單位換算，得出：3.中徑誤差的影響中徑誤差是指實際中徑對其公稱中徑之差。即中徑的大小與加工時的進刀深淺有關，進刀越深，外螺紋的中徑就越小，內螺紋的中徑則越大。因此中徑誤差同樣影響螺紋的旋合性與聯(lián)結強度，若外螺紋的中徑小于內螺紋的中徑，就能保證內、外螺紋的旋合性；反之，就會產生干涉而難以旋合。但是。如果外螺紋的中徑過小，則會削弱其聯(lián)結強度。為此，加工螺紋時應當對中徑誤差加以控制。4．螺紋中徑合格性的判斷原則實際螺紋的作用中徑不能超出最大實體牙型的中徑，而實際螺紋上任何部位的單一中徑不能超出最小實體牙型的中徑。即：對于外螺紋：d2作用≤d2Md2單一≥d2L對于內螺紋：D2作用≥D2MD2單一≤D2L7.3.3普通螺紋的公差與配合1.普通螺紋的公差帶

普通螺紋的公差帶由基本偏差決定其位置，公差等級決定其大小。⑴公差等級（2）螺紋的基本偏差螺紋公差帶相對于基本牙型的位置由基本偏差確定。國家標準中，對內螺紋規(guī)定了兩種基本偏差，代號為G、H；對外螺紋規(guī)定了四種基本偏差，代號為e、f、g、h7.3.4普通螺紋公差與配合選用

由基本偏差和公差等級可以組成多種公差帶。在實際生產中為了減少刀具及量具的規(guī)格和數(shù)量，便于組織生產，對公差帶的種類予以了限制，國標推薦按下表選用。大量生產的精制緊固螺紋，推薦采用帶方框的公差帶；帶*號的公差帶優(yōu)先選用，加（）的公差帶盡量不用。

1.螺紋公差帶的選用7.3.4普通螺紋公差與配合選用2.配合的選用⑴為了保證螺母、螺栓旋合后的同軸度及強度，一般選用間隙為零的配合（H/h）；⑵為了裝拆方便及改善螺紋的疲勞強度，可選用小間隙配合（H/g和G/h）；⑶需要涂鍍保護層的螺紋，其間隙大小決定于鍍層的厚度。⑷在高溫下工作的螺紋，可根據裝配和工作時的溫度差別來選定適宜的間隙配合。7.3.4普通螺紋公差與配合選用3.螺紋精度和旋合長度精度等級的選用，對于間隙較小，要求配合性質穩(wěn)定，需保證一定的定心精度的精密螺紋，采用精密級；對于一般用途的螺紋，采用中等級；不重要的以及制造較困難的螺紋采用粗糙級。旋合長度的選用，通常采用中等旋合長度，僅當結構和強度上有特殊要求時方可采用短旋合長度和長旋合長度。7.3.5螺紋標記1.單個螺紋的標記7.3.5螺紋標記2.螺紋配合在圖樣上的標注標注螺紋配合時，內外螺紋的公差帶代號用斜線分開，左邊為內螺紋公差帶代號，右邊外螺紋公差帶代號。例如：M20×2-6H/6g，M20×2-6H/6g-LH。3.螺紋的表面粗糙度要求工件螺紋中徑公差等級4~56~77~9Ra不大于（μm）螺栓、螺釘、螺母

1.63.23.2~6.3軸、套上的螺紋

0.8~1.61.63.2螺紋牙側表面粗糙度主要根據中徑公差等級來確定

7.4圓錐結合的互換性7.4.1概述1.圓錐結合的特點（1）保證結合件相互自動對準中心；（2）配合的間隙或過盈可以調整；（3）密封性好。圓柱配合和圓錐配合的比較2.圓錐結合的主要參數(shù)圓錐角α圓錐直徑D、d圓錐長度L錐度C

7.4.2圓錐公差

1.錐度與錐角系列（1）一般用途圓錐的錐度與錐角

GB/T157—2001標準中對一般用途圓錐的錐度與錐角規(guī)定了21個基本值系列，如表7.22所示。選用時，應優(yōu)先選用表中第一系列，當不能滿足需要時，選第二系列。（2）特殊用途圓錐的錐度與錐角對特殊用途圓錐的錐度與錐角標準規(guī)定了24個基本值系列，僅適用于某些特殊行業(yè)和用途。詳見GB/T157—2001。2.術語及定義(1)圓錐直徑公差TD圓錐大徑D或小徑d的允許變動量

2.術語及定義（2）圓錐角公差ATα允許圓錐角的變動量稱為圓錐角公差

2.術語及定義(3)圓錐的形狀公差TF圓錐的形狀公差包括下述兩種：

圓錐素線直線度公差—在圓錐軸向平面內，允許實際素線形狀的最大變動量。圓錐素線直線度公差度，是在給定截面上，距離為公差值TF的兩條平行直線間的區(qū)域。

截面圓度公差—在圓錐軸線法線截面上，允許截面形狀的最大變動量，截面圓度公差帶是半徑差為值TF的同心圓間的區(qū)域。2.術語及定義(4)給定截面圓錐直徑公差TDS和圓錐角公差AT

圓錐直徑公差TDS在垂直于圓錐軸線的給定截面內，允許圓錐直徑的變動量；圓錐角公差AT在垂直于圓錐軸線的給定截面內，圓錐角的允許變動量。3.圓錐公差的給定方法圓錐公差有兩種給定方法：（1）給定圓錐直徑公差TD3.圓錐公差的給定方法(2)給定圓錐截面直徑公差TDS和圓錐角公差AT

4.圓錐的尺寸和公差標注方法

1）基本錐度法標注（1）給定圓錐直徑公差TD的標注，如圖7.23所示，圓錐的直徑偏差、錐角偏差和圓錐形狀誤差都由圓錐直徑公差控制。

(a)圖樣標注(b)公差帶4.圓錐的尺寸和公差標注方法（2）給定截面圓錐直徑公差TDS的標注，給定截面圓錐直徑公差TDS，可以保證兩個相互配合的圓錐在規(guī)定的截面上具有良好的密封性，如圖7.24所示。

(a)圖樣標注(b)公差帶4.圓錐的尺寸和公差標注方法（3）給定圓錐形狀公差的標注如圖7.25所示為給定直線度公差的標注示例，直線度公差帶在圓錐直徑公差帶內浮動。(a)圖樣標注(b)公差帶4.圓錐的尺寸和公差標注方法2）公差錐度法的標注公差錐度法適用于非配合的圓錐，也適用于給定截面圓錐直徑有較高精度要求的圓錐，其標注方法如圖7.26所示。7.4.3圓錐配合1.圓錐配合的種類間隙配合配合時具有一定的間隙，用于作相對運動的圓錐配合。如車床主軸的圓錐軸頸與滑動軸承的配合。過盈配合配合時具有一定的過盈，用于定心和傳遞轉矩的配合。如帶柄鉸刀、擴孔鉆的錐柄與機床主軸錐孔的配合。過渡配合配合時間隙等于零或略小于零。用于保證定心精度和要求密封的配合。如各種氣密和水密裝置。7.4.3