在現(xiàn)代工業(yè)的龐大體系中，陶瓷軸承雖體積小巧，卻扮演著極為關(guān)鍵的角色，堪稱工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)的 “隱形英雄”。從航空航天領(lǐng)域中，幫助飛行器在極端溫度和高速飛行條件下保持穩(wěn)定性能，減輕自身重量從而提高飛行效率；到石油化工行業(yè)里，憑借出色的耐腐蝕性能，在酸、堿等腐蝕性介質(zhì)中長期穩(wěn)定運(yùn)行，減少設(shè)備故障和維修成本；再到機(jī)械制造領(lǐng)域內(nèi)，高硬度和高精度的特點(diǎn)讓它能夠承受更高的負(fù)載和轉(zhuǎn)速，提升設(shè)備的加工精度和運(yùn)行穩(wěn)定性 。此外，在電力電子、醫(yī)療器械、新能源汽車等眾多行業(yè)，陶瓷軸承也都有著不可或缺的應(yīng)用。
而在陶瓷軸承的眾多性能參數(shù)中，游隙標(biāo)準(zhǔn)是一項(xiàng)極為重要的指標(biāo)，它如同軸承的 “呼吸節(jié)奏”，精準(zhǔn)調(diào)控著軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，深刻影響著軸承的使用壽命、運(yùn)轉(zhuǎn)精度以及設(shè)備的整體性能。
游隙是什么？為何如此重要？
游隙的定義
游隙，簡單來說，就是軸承在未安裝于軸或軸承箱時(shí)，將其內(nèi)圈或外圈的一方固定，然后使未被固定的一方做徑向或軸向移動(dòng)時(shí)的移動(dòng)量 。根據(jù)移動(dòng)方向的不同，可分為徑向游隙和軸向游隙。
徑向游隙，是指在無載荷時(shí)，當(dāng)一個(gè)套圈固定不動(dòng)，另一個(gè)套圈相對(duì)于固定套圈沿垂直于軸線方向，由一個(gè)極端位置到另一個(gè)極端位置的移動(dòng)量，簡單理解，就像是輪子（外圈）和車軸（內(nèi)圈）之間，在水平方向上可以活動(dòng)的空間大小。用更專業(yè)的公式表達(dá)，徑向游隙 = 平均外圈滾道直徑 - 平均內(nèi)圈滾道直徑 -（2× 球直徑）
軸向游隙，則是沿軸承軸線方向測(cè)量的游隙，也就是套圈在軸的方向上，能夠移動(dòng)的距離，類似于輪子在車軸上，沿著車軸方向可以竄動(dòng)的范圍。軸向游隙大約是徑向游隙值的 10 倍。
游隙對(duì)陶瓷軸承性能的影響
游隙對(duì)于陶瓷軸承的性能影響深遠(yuǎn)，過大或過小的游隙都會(huì)引發(fā)一系列問題。
當(dāng)游隙過小時(shí)，軸承內(nèi)部的滾動(dòng)體與滾道之間的潤滑空間被大幅壓縮，這就好比狹小的通道難以讓潤滑劑順暢流動(dòng)，從而導(dǎo)致潤滑不良。在這種情況下，滾動(dòng)體與滾道之間的摩擦急劇增大，就像兩個(gè)粗糙的物體直接摩擦一樣，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。持續(xù)的高溫不僅會(huì)加速軸承零件的磨損，還可能導(dǎo)致軸承材料的性能發(fā)生變化，如硬度下降、金相組織改變等，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐奢S承的膠合、卡死，使軸承過早失效，大大縮短了其使用壽命。
而游隙過大時(shí)，軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性會(huì)受到嚴(yán)重影響。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，滾動(dòng)體就像在一個(gè)過于寬松的軌道中運(yùn)行，容易產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲，就像松垮的輪子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出異常聲響并抖動(dòng)一樣。同時(shí)，過大的游隙會(huì)使軸承承受載荷的能力下降，因?yàn)闈L動(dòng)體不能均勻地分擔(dān)載荷，局部區(qū)域會(huì)承受過大的壓力，加速了滾動(dòng)體和滾道的磨損，這同樣會(huì)導(dǎo)致軸承的壽命縮短，無法滿足設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行的需求。
如何檢測(cè)游隙是否符合標(biāo)準(zhǔn)？
檢測(cè)工具與方法
檢測(cè)陶瓷軸承游隙是否符合標(biāo)準(zhǔn)，需要借助一些專業(yè)的工具和科學(xué)的方法 。
塞尺是一種常用的檢測(cè)工具，它由一組不同厚度的金屬薄片組成，外形通常為長方形，薄片的一端或兩端帶有刻度標(biāo)識(shí)，以便準(zhǔn)確讀取厚度值。在檢測(cè)徑向游隙時(shí)，將塞尺插入滾動(dòng)體與滾道之間，稍用力能插入時(shí)，所用塞尺的厚度即為該位置的徑向游隙 。為保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承內(nèi)圈，在一個(gè)圓周上均勻地測(cè)量 3 個(gè)點(diǎn)，取平均值作為測(cè)量結(jié)果。例如在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的陶瓷軸承檢測(cè)中，就經(jīng)常會(huì)用到塞尺來快速初步判斷游隙情況。
百分表也是不可或缺的檢測(cè)儀器，它的表盤通常為圓形，上面有刻度和指針，表頭部分可與被測(cè)物體接觸并產(chǎn)生位移，從而帶動(dòng)指針轉(zhuǎn)動(dòng)指示出相應(yīng)的數(shù)值。使用百分表測(cè)量徑向游隙時(shí)，先將軸承的內(nèi)圈固定在一個(gè)與水平面垂直的平板上，內(nèi)圈下面墊上薄片使外圈與平板不接觸并靠自身重力下垂，輕輕旋動(dòng)軸承外圈，使?jié)L動(dòng)體與內(nèi)圈和外圈溝道中心線接觸 。然后將百分表的測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)軸承外圈外表面的上側(cè)面中部，調(diào)整好測(cè)量力后，轉(zhuǎn)動(dòng)表蓋使指針對(duì)準(zhǔn)零位 。扶住外圈下端，用適當(dāng)?shù)牧ρ剌S承徑向（豎直向上）朝一端方向推，使?jié)L動(dòng)體在另一端方向與內(nèi)、外圈均密切接觸，記錄百分表的讀數(shù)，該讀數(shù)值即為被測(cè)軸承在這一位置時(shí)的徑向游隙 。轉(zhuǎn)動(dòng)外圈一定角度，重復(fù)上述操作，得到幾個(gè)不同角度的徑向游隙值，取平均值作為最終結(jié)果 。在精密機(jī)床的主軸陶瓷軸承檢測(cè)中，百分表能提供高精度的測(cè)量數(shù)據(jù)，幫助技術(shù)人員精確掌握游隙狀態(tài)。
此外，還有一些專用的軸承游隙檢查儀，這些儀器通常具備更高的精度和自動(dòng)化程度，能夠快速、準(zhǔn)確地測(cè)量出軸承的游隙值，并能根據(jù)預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自動(dòng)判斷和分析 。比如在大型電機(jī)生產(chǎn)廠中，就會(huì)使用專業(yè)的游隙檢查儀對(duì)陶瓷軸承進(jìn)行批量檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性。
檢測(cè)的時(shí)機(jī)與要點(diǎn)
檢測(cè)陶瓷軸承游隙的時(shí)機(jī)非常關(guān)鍵，在安裝前、安裝后以及使用過程中都需要進(jìn)行檢測(cè)。
安裝前，對(duì)陶瓷軸承游隙進(jìn)行檢測(cè)是確保其初始狀態(tài)符合要求的重要步驟 。此時(shí)，將軸承置于垂直位置，使兩側(cè)的滾動(dòng)體與外圈的閉合邊緣鄰接，用手轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)圈，并沿垂直方向施加徑向載荷，借助游隙標(biāo)準(zhǔn)確定理論徑向游隙 。在卸壓輥（即上部滾動(dòng)體和外圈）之間滑動(dòng)量規(guī)，檢查滾動(dòng)體和外圈之間的最小量規(guī)，量規(guī)的厚度以增量增加，徑向游隙位于最后一個(gè)能在滾動(dòng)體和外圈之間移動(dòng)的量規(guī)和卡在滾動(dòng)體與外圈之間的量規(guī)之間 。安裝前的檢測(cè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承在制造或運(yùn)輸過程中可能出現(xiàn)的游隙異常問題，避免將有問題的軸承安裝到設(shè)備上，從而減少設(shè)備故障的隱患。
安裝過程中，由于安裝方式和配合精度等因素可能會(huì)導(dǎo)致游隙發(fā)生變化，所以也需要經(jīng)常測(cè)量游隙 。例如，當(dāng)陶瓷軸承安裝在有錐度的軸頸上，或裝載在緊定套和退卸套的錐面上時(shí)，配合的松緊程度會(huì)使陶瓷軸承徑向游隙減小，此時(shí)就需要密切關(guān)注游隙的變化，確保達(dá)到所需要的游隙減小量 。安裝后的檢測(cè)同樣重要，要按照安裝前的測(cè)量步驟再次測(cè)量游隙，檢查游隙的減小情況，并借助相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定是否保持了最小值或最大值 。安裝后的檢測(cè)可以驗(yàn)證安裝過程是否正確，以及軸承在安裝后的實(shí)際游隙是否符合設(shè)備的運(yùn)行要求。
在陶瓷軸承的使用過程中，定期檢測(cè)游隙也是必不可少的維護(hù)措施 。因?yàn)殡S著設(shè)備的運(yùn)行，軸承會(huì)受到各種載荷、溫度變化以及振動(dòng)等因素的影響，游隙可能會(huì)逐漸發(fā)生改變 。定期檢測(cè)游隙能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)游隙的變化趨勢(shì)，當(dāng)游隙超出正常范圍時(shí)，可以及時(shí)采取相應(yīng)的措施，如調(diào)整、更換軸承等，避免因游隙問題導(dǎo)致軸承損壞，進(jìn)而影響設(shè)備的正常運(yùn)行 。在檢測(cè)過程中，還需要注意一些要點(diǎn)。比如，在使用塞尺測(cè)量時(shí)，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定操作，不得使用滾動(dòng)體從塞尺上滾壓過去的方法測(cè)量 ；測(cè)量過程中，應(yīng)保證滾動(dòng)體落入溝底；對(duì)于已經(jīng)進(jìn)行潤滑的軸承，由于潤滑油膜的厚度無法精確測(cè)量，可能無法準(zhǔn)確測(cè)量游隙；對(duì)于多列軸承，要求每列游隙合格，并取各列游隙的算術(shù)平均值作為軸承的徑向游隙 。
如何根據(jù)需求選擇合適的游隙
選擇合適的陶瓷軸承游隙，需要綜合考慮多個(gè)因素，以確保軸承在不同工況下都能發(fā)揮最佳性能。
從載荷角度來看，當(dāng)軸承承受純徑向載荷時(shí)，緊密的徑向游隙更為合適 。這是因?yàn)榫o密的游隙可以使?jié)L動(dòng)體與滾道之間的接觸更加緊密，從而提高軸承的剛度和運(yùn)行精度，減少振動(dòng)和噪聲 。例如在精密磨床的主軸系統(tǒng)中，由于對(duì)加工精度要求極高，通常會(huì)選用緊密徑向游隙的陶瓷軸承，以保證砂輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性和加工精度 。而當(dāng)軸承承受較大的軸向載荷時(shí)，松動(dòng)的徑向游隙則更為理想 。松動(dòng)的游隙可以使軸承內(nèi)部的滾動(dòng)體在軸向方向上有一定的活動(dòng)空間，從而能夠更好地承受軸向力，增加軸承的軸向載荷能力 。像在船舶的螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)中，由于軸系會(huì)受到較大的軸向推力，就需要采用具有較大徑向游隙的陶瓷軸承來適應(yīng)這種工況 。
從轉(zhuǎn)速方面考慮，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備對(duì)軸承的動(dòng)態(tài)性能要求較高 。在高速下，較小的游隙可以有效減少滾動(dòng)體的振動(dòng)和離心力，降低軸承的發(fā)熱和磨損，提高運(yùn)行的穩(wěn)定性和精度 。例如在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸軸承中，為了滿足其高轉(zhuǎn)速、高精度的要求，通常會(huì)選擇較小游隙的陶瓷軸承 。而對(duì)于低速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，較大的游隙則可以提高軸承的承載能力，降低成本 。比如在一些大型礦山機(jī)械設(shè)備中，設(shè)備轉(zhuǎn)速相對(duì)較低，但載荷較大，此時(shí)采用較大游隙的陶瓷軸承，可以更好地適應(yīng)其工作條件 。
溫度也是選擇游隙時(shí)不可忽視的因素 。當(dāng)軸承工作時(shí)，由于摩擦等原因會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致軸承內(nèi)部溫度升高 。如果內(nèi)外圈的溫度差較大，會(huì)使軸承的游隙發(fā)生變化 。一般來說，在高溫環(huán)境下工作的軸承，需要選擇較大的游隙，以補(bǔ)償因熱膨脹而減小的游隙 。例如在冶金行業(yè)的高溫爐設(shè)備中，陶瓷軸承需要在高溫環(huán)境下長時(shí)間運(yùn)行，就必須考慮熱膨脹因素，選擇合適的較大游隙 。相反，在低溫環(huán)境下，游隙的變化相對(duì)較小，但也需要根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整 。
配合方式同樣會(huì)影響游隙的選擇 。當(dāng)軸承內(nèi)圈與軸采用過盈配合時(shí)，內(nèi)圈會(huì)因受到軸的擠壓而膨脹，導(dǎo)致徑向游隙減小 。此時(shí)，就需要在選擇游隙時(shí)預(yù)留一定的余量，以保證安裝后的游隙符合要求 。例如在電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸與軸承的配合中，通常采用過盈配合，就需要根據(jù)過盈量的大小來合理選擇軸承的初始游隙 。而當(dāng)軸承外圈與軸承座采用間隙配合時(shí)，游隙會(huì)相對(duì)增大，在選擇游隙時(shí)則要考慮到這一因素，避免游隙過大影響軸承的性能 。
不同的應(yīng)用場景對(duì)游隙的要求也有所不同 。在醫(yī)療設(shè)備中，如核磁共振成像儀的旋轉(zhuǎn)部件，對(duì)軸承的精度和穩(wěn)定性要求極高，需要選擇小游隙的陶瓷軸承，以確保設(shè)備能夠精確地運(yùn)行，獲取高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù) 。而在一些對(duì)精度要求相對(duì)較低，但對(duì)成本較為敏感的普通工業(yè)設(shè)備中，可以選擇標(biāo)準(zhǔn)游隙或稍大游隙的陶瓷軸承，在滿足基本使用要求的同時(shí)，降低設(shè)備的采購成本 。
總結(jié)與展望
