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5.1 滚动轴承结合的精度设计
滚动轴承结合的精度设计是指正确确定滚动轴承内圈与轴颈的配合、外圈与外壳孔的配合以及轴颈和外壳孔的尺寸公差带、几何公差和表面粗糙度轮廓幅度参数值，以保证滚动轴承的工作性能和使用寿命。
5.1.1 滚动轴承的互换性与使用要求
1 滚动轴承的互换性特点
如图6-1所示，滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体（钢球或滚子）和保持架组成。公称内径为d的轴承内圈与轴颈配合，公称外径为D的轴承外圈与外壳的孔配合。通常，内圈与轴颈一起旋转，外圈与外壳孔固定不动。但也有些机器的部分结构中要求外圈与外壳孔一起旋转，而内圈与轴颈固定不动。
为了便于在机器上安装轴承和更换新轴承，轴承内图内孔和外圈外圆柱面应具有完全互换性。此外，从制造经济性出发，轴承内部各零部件的装配尺寸（如内圈外径、外圈内径和滚动体直径等）采用分组选择装配，为不完全互换。
2 滚动轴承的使用要求
滚动轴承工作时应保证其工作性能，必须满足下列两项要求。
（1）必要的旋转精度
轴承工作时，轴承的内、外圈和端面的跳动应控制在允许的范围内，以保证传动零件的回转精度。
（2）合适的游隙
滚动体与内、外圈之间的游隙分为径向游隙
（图6-2）。轴承工作时这两种游隙的大小都应保持在合适的范围内，以保证轴承正常运转，使用寿命长。
3 滚动轴承的公差等级及应用
1）滚动轴承的公差等级
滚动轴承的公差等级由轴承的尺寸公差和旋转精度决定。前者是指轴承内径d、外径D、宽度B等的尺寸公差。后者是指轴承内、外图作相对转动时跳动的程度，包括成套轴承内、外圈的径向跳动，成套轴承内、外圈端面相对滚道的跳动，内圈基准端面对内孔的跳动等。
GB/T307.3-2005根据滚动轴承的尺寸公差和旋转精度，把滚动轴承的公差等级分为0、6、5、4、2五级，它们依次由低到高，0级最低，2级最高，其中，仅向心轴承有2级。圆锥滚子轴承有6x级，而无6级，6x级轴承与6级轴承的内径公差、外径公差和径向跳动公差均分别相同，仅前者装配宽度要求较为严格。
2）各个公差等级的滚动轴承的应用
0级为普通级，广泛用于旋转精度和运转平稳性要求不高的一般旋转机构中，如普通机床的变速、进给机构，汽车和拖拉机的变速机构，普通减速器、水泵及农业机械等通用机械的旋转机构。
6（6x）级为中级，5级为较高级，多用于旋转精度和运转平稳性要求较高或转速较高的旋转机构中，如普通机床主轴轴系（前支承采用5级，后支承采用6级）和比较精密的仪器、仪表、机械的旋转机构。
4级为高级，多用于转速很高或旋转精度要求很高的机床和机器的旋转机构中，如高精度磨床和车床、精密螺纹车床和齿轮磨床等的主轴轴系。
2级为精密级，多用于精密机械的旋转机构中，如精密坐标镗床、高精度齿轮磨床和数控机床等的主轴轴系、航空发动机涡轮轴上的轴承。
5.1.2 滚动轴承与孔、轴配合的精度设计
1滚动轴承内、外径的公差带及特点
GB/T307.1-2005规定，在轴承内、外圈任一横截面内测得内孔、外圆柱面的最大与最小直径的平均值对公称直径的实际偏差分别在内、外径公差带内，就认为合格。
滚动轴承是标准件，为了便于互换和大量生产，所以滚动轴承内圈与轴颈的配合应采用基孔制，外圈与外壳孔的配合应采用基轴制。
内圈基准孔公差带位于以公称内径d为零线的下方，且上偏差为零，如图6-3所示，具体值见GB/T307.1-2005。因此，当轴承内圈与基本偏差代号为k、m、n等的轴颈配合时就形成了具有小过盈的配合，而不是过渡配合。采用这种小过盈的配合是为了防止内圈与轴颈的配合面相对滑动而使配合面产生磨损，影响轴承的工作性能；而过盈较大则会使薄壁的内圈产生较大的变形，影响轴承内部的游隙的大小。因此，轴颈公差带从GB/T1800.1-2009中的轴常用公差带中选取，它们与轴承内圈基准孔公差带形成的配合，比GB/T1801-2009中同名配合的配合性质稍紧。
轴承外圈外圆柱面公差带的基本偏差与一般基轴制配合的基准轴的公差带的基本偏差相同，但这两种公差带的公差数值不相同。
2与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的公差带
由于滚动轴承内圈内径和外圈外径的公差带在生产轴承时已经确定，因此在使用轴承时，它与轴颈和外壳孔的配合面间所要求的配合性质必须分别由轴颈和外壳孔的公差带确定。为了实现各种松紧程度的配合性质要求，GB/T275-1993规定了0级和6级轴承与轴颈和外壳孔配合时轴颈和外亮孔的常用公差带。对轴颈规定了17种公差带（见图6-4），对外亮孔规定了16种公差带（见图6-5）。这些公差带分别选自GB/T1800.1-2009中的轴公差带和孔公差带。
由图6-4所示的公差带可以看出，轴承内圈与轴颈的配合与GB/T1801-2009中基孔制同名配合相比较，前者的配合性质偏紧。h5、h6、h7、h8轴颈与轴承内圈的配合为过渡配合，k5、k6、m5、m6、n6轴颈与轴承内圈的配合为过盈较小的过盈配合。
由图6-5所示的公差带可以看出，轴承外图与外壳孔的配合与GB/T1801-2009中基轴制同名配合相比较，两者的配合性质基本一致。
3滚动轴承配合的精度设计
正确合理地进行滚动轴承配合的精度设计，对保证机器正常运转，提高轴承的使用寿命，充分发挥轴承的承载能力关系很大。滚动轴承与轴颈、外亮孔配合的精度设计，应以轴承的工作条件、结构类型和精度等级为依据，以确定轴颈和外充孔的尺寸公差、几何公差及表面粗糙度轮廓幅度参数值。
1）轴承配合精度设计所考虑的主要因素
（1）负荷的类型。作用在轴承上的径向负荷，可以是定向负荷（如带轮的拉力或齿轮的作用力）或旋转负荷（如机件的转动离心力），或者是两者的合成负荷。它的作用方向与轴承套圈（内圈或外圈）存在着以下三种关系：定向负荷，旋转负荷，摆动负荷。
（2）负荷的大小。轴承与轴颈、外壳孔的配合的松紧程度跟负荷的大小有关。对于向心轴承，GB/T275-1993按其径向当量动负荷Pr与径向额定动负荷Cr的比值将负荷状态分为轻负荷、正常负荷和重负荷三类，见表6-1。
Pr和Cr的数值分别由计算公式求出和轴承产品样本查出。
轴承在重负荷作用下，套图容易产生变形，将会使该套圈与轴颈或外充孔配合的实际过盈减小而引起松动，影响轴承的工作性能。因此，承受轻负荷、正常负荷、重负荷的轴承与轴颈或外壳孔的配合应依次越来越紧。
（3）径向游隙。GB/T4604-2006《滚动轴承径向游隙》规定，轴承的径向游隙共分六组：1组、2组、0组、3组、4组和5组，游隙的大小依次由小到大。其中，0组为基本游隙组。
具有0组游隙的轴承，在常温状态的一般条件下工作时，它与轴颈、外壳孔配合的过盈应适中。游隙比0组游隙大的轴承，配合的过盈应增大。游隙比0组游隙小的轴承，配合的过盈减小。
（4）轴承的工作条件。轴承工作时，由于摩擦发热和其他热源的影响，套圈的温度会高于相配件的温度。内圈的热膨胀会引起它与轴颈的配合变松，而外圈的热膨胀则会引起它与外壳孔的配合变紧。因此，轴承工作温度高于100℃时，应对所选择的配合作适当的修正。
当轴承的旋转速度较高，又在冲击振动负荷下工作时，轴承与轴颈、外壳孔的配合最好都选用具有小过盈的配合或较紧的配合。
剖分式外壳和整体外壳上的轴承孔与轴承外圈的配合的松紧程度应有所不同，前者的配合应稍松些，以避免箱盖和箱座装配时夹扁轴承外圈。
2）轴颈和外壳孔的公差带的确定
所选择轴颈和外壳孔的标准公差等级应与轴承公差等级协调。与0级、6级轴承配合的轴颈一般为IT6，外壳孔一般为IT7。对旋转精度和运转平稳性有较高要求时，轴颈应为IT5，外充孔应为IT6。轴承游隙为0组游隙，轴为实心或厚壁空心钢制轴，外壳（箱体）为铸钢件或铸铁件，轴承的工作温度不超过100℃时，确定轴颈和外充孔的公差带可参照附表6-1、附表6-2、附表6-3、附表6-4，按照表中所列条件进行选择。
3）轴颈和外壳孔的几何公差与表面粗糙度轮廓幅度参数值的确定
轴颈和外壳孔的尺寸公差带确定以后，为了保证轴承的工作性能，还应对它们分别确定几何公差和表面粗糙度轮廓幅度参数值，这可参照表附表6-5、附表6-6选取。
为了保证轴承与轴颈、外亮孔的配合性质，轴颈和外亮孔应分别采用包容要求和最大实体要求的零几何公差。对于轴颈，在采用包容要求的同时，为了保证同一根轴上两个轴颈的同轴度精度，还应规定这两个轴颈的轴线分别对它们的公共轴线的同轴度公差。
此外，如果轴颈或外壳孔存在较大的形状误差，则轴承与它们安装后，套圈会产生变形而不圆，因此必须对轴颈和外壳孔规定严格的圆柱度公差。
轴的轴颈肩部和外壳上轴承孔的端面是安装滚动轴承的轴向定位面，若它们存在较大的垂直度误差，则滚动轴承与它们安装后，轴承套圈会产生歪斜，因此应规定轴颈肩部和外壳孔端面对基准轴线的端面圆跳动公差。
