當(dāng)你開啟一臺(tái)電風(fēng)扇，感受著徐徐涼風(fēng)；或是騎著自行車，在街道上暢快前行；又或者看到工廠里大型機(jī)器的飛速運(yùn)轉(zhuǎn)，你是否注意到，在這些機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的背后，有一個(gè)默默發(fā)揮關(guān)鍵作用的小部件 —— 軸承。它就像是機(jī)械世界里的 “幕后英雄”，雖然個(gè)頭不大，卻掌控著機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的順暢與穩(wěn)定。
在機(jī)械領(lǐng)域，軸承堪稱是不可或缺的基礎(chǔ)零部件，被譽(yù)為 “機(jī)械的關(guān)節(jié)”。毫不夸張地說，但凡涉及機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)備，大到飛機(jī)、輪船、高鐵，小到電機(jī)、手表、自行車，軸承都在其中扮演著至關(guān)重要的角色 。它支撐著旋轉(zhuǎn)軸，減少摩擦，確保設(shè)備能夠高效、穩(wěn)定地運(yùn)行。毫不夸張地說，沒有軸承，現(xiàn)代工業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)將會(huì)陷入停滯，我們的日常生活也會(huì)受到極大的影響。
小小軸承，結(jié)構(gòu)暗藏玄機(jī)
別看軸承個(gè)頭不大，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻十分精巧，猶如一個(gè)微型的機(jī)械宇宙，每個(gè)部件都有著不可替代的作用 。軸承的基本組成部分包括內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架。
內(nèi)圈通常與軸緊密配合，就像軸的貼身 “護(hù)衛(wèi)”，跟隨軸一起旋轉(zhuǎn)。它的材質(zhì)一般選用高碳鉻軸承鋼，如 GCr15，這種材料經(jīng)過熱處理后，硬度高達(dá) HRC60 - 64，具有出色的耐磨性和疲勞強(qiáng)度，能夠承受軸傳遞過來的各種力，確保軸在旋轉(zhuǎn)過程中的穩(wěn)定性 。
外圈則與軸承座或機(jī)械殼體孔成過渡配合，擔(dān)當(dāng)著支撐整個(gè)軸承系統(tǒng)的重任。它同樣采用高碳鉻軸承鋼制造，與內(nèi)圈一起為滾動(dòng)體提供了穩(wěn)定的滾道。
滾動(dòng)體是軸承的核心部件之一，它介于內(nèi)圈和外圈之間，通過滾動(dòng)來實(shí)現(xiàn)軸的順暢轉(zhuǎn)動(dòng)，將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，大大降低了摩擦力和能量損耗 。滾動(dòng)體的形狀多樣，常見的有鋼球和滾子（如圓柱滾子、圓錐滾子等） 。鋼球通常用于深溝球軸承等，其制造精度極高，表面光滑如鏡，能在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)保持良好的運(yùn)轉(zhuǎn)性能；滾子則適用于承受較大載荷的場合，如圓柱滾子常用于圓柱滾子軸承，它與滾道為線接觸，徑向承載能力大，適用于承受重負(fù)荷與沖擊負(fù)荷 。滾動(dòng)體的材料也多為高碳鉻軸承鋼，與內(nèi)、外圈相匹配，以保證整個(gè)軸承的性能。
保持架的作用是將滾動(dòng)體均勻地分隔開，防止它們相互碰撞和摩擦，同時(shí)引導(dǎo)滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)，改善軸承內(nèi)部的潤滑性能。保持架的設(shè)計(jì)有很多種類，常見的有金屬片、塑料或者纖維材料制成。金屬保持架強(qiáng)度高，適用于高速、重載的工況；塑料保持架則具有重量輕、噪音低、自潤滑性好等優(yōu)點(diǎn)，常用于一些對(duì)噪音和重量有要求的設(shè)備中，如家用電器、辦公設(shè)備等 。
不同類型的軸承，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也各有不同，以適應(yīng)各種復(fù)雜的工作條件。深溝球軸承是最常見的一種軸承，基本型由一個(gè)外圈、一個(gè)內(nèi)圈、一組鋼球和一組保持架構(gòu)成。它的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高，能夠承受徑向負(fù)荷或徑向和軸向同時(shí)作用的聯(lián)合負(fù)荷 ，廣泛應(yīng)用于家用電器、辦公設(shè)備、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，比如洗衣機(jī)、打印機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等設(shè)備中都能看到它的身影 。
角接觸球軸承可以同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，其滾動(dòng)體受力點(diǎn)上下兩點(diǎn)的連線與徑向方向有一定夾角，這使得它在承受軸向力方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢 。接觸角越大，軸向承載能力越高。單列角接觸球軸承只能承受一個(gè)方向的軸向載荷，通常成對(duì)使用；雙列角接觸球軸承能承受較大的以徑向載荷為主的徑向、軸向雙向聯(lián)合載荷和力矩載荷 。角接觸球軸承常用于機(jī)床主軸、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等對(duì)精度和承載能力要求較高的場合。
圓柱滾子軸承的滾動(dòng)體是圓柱滾子，與滾道為線接觸，徑向承載能力大，主要承受徑向負(fù)荷，適合高速旋轉(zhuǎn) 。根據(jù)套圈有無擋邊，可分為 NU、NJ、NUP、N、NF 等單列圓柱滾子軸承，及 NNU、NN 等雙列圓柱滾子軸承 。內(nèi)圈或外圈無擋邊的圓柱滾子軸承，其內(nèi)圈和外圈可以向軸向作相對(duì)移動(dòng)，可作為自由端軸承使用；在內(nèi)圈和外圈的某一側(cè)有雙擋邊，另一側(cè)的套圈有單個(gè)擋邊的圓柱滾子軸承，可以承受一定程度的一個(gè)方向軸向負(fù)荷 。圓柱滾子軸承常用于機(jī)床、鐵路車輛、電機(jī)等設(shè)備中。
空間有限，如何精準(zhǔn)匹配？
在機(jī)械設(shè)計(jì)的世界里，空間就像是一場 “螺螄殼里做道場” 的挑戰(zhàn)，而軸承的選擇則是這場挑戰(zhàn)中的關(guān)鍵一環(huán)。不同的機(jī)械設(shè)計(jì)猶如風(fēng)格各異的舞臺(tái)，為軸承的選擇設(shè)定了截然不同的空間限制條件 。
以小型電機(jī)為例，它就像是一個(gè)緊湊的 “小盒子”，內(nèi)部空間十分有限，這對(duì)軸承的尺寸和結(jié)構(gòu)提出了嚴(yán)苛的要求 。在這種情況下，深溝球軸承常常成為首選。它結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧，能夠在有限的空間內(nèi)高效地工作 。比如常見的微型風(fēng)扇電機(jī)，其內(nèi)部空間狹小，深溝球軸承憑借著自身緊湊的結(jié)構(gòu)，不僅成功 “入駐”，還能在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，穩(wěn)定地支撐轉(zhuǎn)軸，確保風(fēng)扇葉片平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，為我們送來清涼的微風(fēng) 。
而大型工業(yè)設(shè)備則像是一個(gè)龐大的 “巨人”，雖然看似空間充裕，但實(shí)際上也有其獨(dú)特的考量因素 。像大型礦山機(jī)械的傳動(dòng)軸，需要承受巨大的載荷，此時(shí)圓柱滾子軸承就派上了用場 。這類軸承的滾子與滾道為線接觸，徑向承載能力強(qiáng)，盡管尺寸相對(duì)較大，但在大型設(shè)備寬敞的空間里，能夠充分發(fā)揮其承載優(yōu)勢，保障設(shè)備在重載工況下穩(wěn)定運(yùn)行 。
那么，如何才能根據(jù)空間大小、形狀以及軸的尺寸等因素，精準(zhǔn)地選擇合適結(jié)構(gòu)和尺寸的軸承呢？這就需要我們像精明的 “空間規(guī)劃師” 一樣，仔細(xì)考量每一個(gè)細(xì)節(jié) 。
首先，要關(guān)注軸承安裝部位的徑向空間 。如果徑向空間有限，就應(yīng)優(yōu)先選擇徑向截面高度較小的軸承 。比如滾針軸承，它的滾子細(xì)長，徑向尺寸小，適用于徑向安裝尺寸受限制的支承結(jié)構(gòu) 。在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的某些零部件中，由于空間緊湊，滾針軸承能夠巧妙地嵌入其中，實(shí)現(xiàn)高效的轉(zhuǎn)動(dòng)支撐 。又如薄壁軸承，它通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證一定承載能力的前提下，減小了徑向尺寸，也常用于對(duì)空間要求苛刻的場合 。
其次，軸向空間也是不容忽視的因素 。當(dāng)軸向空間受到限制時(shí)，可采用寬度尺寸較小的軸承 。一些特殊設(shè)計(jì)的角接觸球軸承，通過優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在保證良好承載性能的同時(shí)，減小了軸向?qū)挾?，滿足了特定設(shè)備對(duì)軸向空間的嚴(yán)格要求 。
軸的尺寸更是與軸承的選擇緊密相關(guān) 。通常情況下，小軸選用球軸承，因?yàn)榍蜉S承的結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，能夠適配小尺寸的軸 ；大軸則選用滾子軸承，滾子軸承的承載能力強(qiáng)，能夠更好地支撐大軸在工作時(shí)承受的各種載荷 。例如，在小型電動(dòng)工具的電機(jī)軸上，由于軸徑較小，深溝球軸承能夠輕松與之配合，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高效運(yùn)轉(zhuǎn) ；而在大型起重機(jī)的傳動(dòng)軸上，軸徑較大且承受巨大的扭矩和徑向力，圓柱滾子軸承則憑借其強(qiáng)大的承載能力，成為保障起重機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵 。
