轴承运动和精度的神话

一、为什么径向游隙和公差不是一回事

围绕轴承精度、制造公差和内部游隙水平或滚道和滚珠之间的“游隙”之间的关系存在一些混淆。

第二次世界大战期间，在苏格兰的一家军火厂，一位名叫斯坦利帕克的鲜为人知的人提出了真实位置的概念，也就是我们今天所知的几何尺寸和公差 (GD*T)。帕克注意到，尽管为鱼雷制造的一些功能部件在检查后被拒绝，但它们仍被送往生产。

仔细检查后，他发现应该归咎于公差测量。传统的 XY 坐标公差创建了一个正方形公差区域，该区域排除了零件，即使它在正方形角之间的弯曲圆形空间中占据了一个点。

二、内部游隙

今天，这种理解帮助我们开发出具有一定游隙或松动程度的轴承，也称为内部游隙，或者更具体地说，径向和轴向游隙。径向游隙是垂直于轴承轴线测量的游隙，轴向游隙是平行于轴承轴线测量的游隙。

这种游隙从一开始就涉及到轴承中，以允许轴承在各种条件下支撑载荷，同时考虑到温度膨胀等因素以及内外圈之间的配合将如何影响轴承寿命。

具体来说，间隙会影响噪音、振动、热应力、变形、载荷分布和疲劳寿命。在预期内圈或轴与外圈或外壳相比在使用过程中会变得更热和膨胀的情况下，需要更大的径向游隙。在这种情况下，轴承中的游隙会减少。相反，如果外圈比内圈膨胀得更多，游隙会增加。

在轴和外壳之间存在不对中的系统中，需要更大的轴向游隙，因为不对中会导致内部间隙较小的轴承迅速失效。更大的游隙还可以让轴承承受稍高的推力载荷，因为它会引入更大的接触角。

三、重要的是要在轴承内部游隙之间取得适当的平衡

过紧且游隙不足的轴承会产生过多的热量和摩擦，这会导致滚珠在滚道中打滑并加速磨损。同样，太大的间隙会增加噪音和震动并降低旋转精度。

可以通过使用不同的配合来控制间隙。工程配合是指两个配合零件之间的间隙。这通常被描述为孔中的轴，表示轴与内圈和外圈与外壳之间的松紧程度。它通常表现为松配合、间隙配合或紧配合、过盈配合。

内圈和轴之间的紧密配合对于将其保持在适当位置并防止不必要的爬电或滑动很重要，这会产生热量和振动并导致性能下降。

但是，过盈配合会使内圈膨胀，从而减小滚珠轴承的游隙。在径向游隙较小的轴承中，轴承座和外圈之间类似的紧配合会压缩外圈并进一步减小游隙。这将导致负内部间隙——有效地使轴大于孔——并导致过度摩擦和早期失效。

目的是当轴承在正常条件下运行时，运行间隙为零。然而，实现这一点所需的初始径向游隙可能会导致球打滑或滑动，从而降低刚度和旋转精度。可以使用预加载消除这种初始径向间隙。预加载是一种将永久轴向载荷施加到轴承上的方法，一旦安装，通过使用安装在内圈或外圈上的垫圈或弹簧。

工程师还必须考虑这样一个事实，即在薄截面轴承中更容易减小游隙，因为套圈更薄且更容易变形。作为小型和微型轴承的制造商， 建议其客户必须更加注意轴与轴承座的配合。对于薄型轴承，轴和轴承座的圆度也更为重要，因为不圆的轴会使薄环变形并增加噪音、振动和扭矩。

四、公差

对径向和轴向游隙作用的误解导致许多人混淆了游隙和精度之间的关系，特别是更好的制造公差所产生的精度。

有些人认为高精度轴承应该几乎没有游隙并且应该非常精确地旋转。对他们来说，松动的径向游隙感觉不太精确，给人以低质量的印象，即使它可能是故意设计成带有松动游隙的高精度轴承。例如，我们过去问过一些客户为什么他们想要更高精度的轴承，他们告诉我们他们想要“减少间隙”。

但是，公差确实可以提高精度。大规模生产出现后不久，工程师们就意识到制造两种完全相同的产品既不切实际也不经济，即使有可能的话。即使所有制造变量都保持不变，一个单元和另一个单元之间总会存在微小差异。

今天，这已成为一种允许或可接受的容忍度。球轴承的公差等级，称为 ISO（公制）或 ABEC（英制）等级，规定了允许偏差和覆盖测量，包括内圈和外圈尺寸以及圈和滚道的圆度。等级越高，公差越小，轴承组装后的精度就越高。

通过在使用过程中在装配与径向和轴向游隙之间取得适当的平衡，工程师可以实现理想的零操作间隙并确保低噪音和精确旋转。这样一来，我们就可以消除精度和游隙之间的混淆，从根本上改变我们看待轴承的方式。