设备的“关节”与“骨骼” —— 轴承与轴系设计中的静默艺术

轴承是支撑旋转运动的核心，其选型与安装质量直接决定设备的寿命、精度与噪音。非标设计中，标准轴承的“非标用法”是工程师功力的体现。

1. 深沟球轴承：通用但非万能

结构简单，主要承受径向载荷及双向轴向载荷，高速性能好。

• 应用误区：

  • 当推力轴承用： 承受纯轴向载荷时，其性能与寿命远不及推力球轴承。

  • 无预紧的精密传动： 在有高刚性要求的同步轮、齿轮轴支撑中，应使用角接触球轴承“背对背”或“面对面”组配并施加预紧，而非两个深沟球轴承简单并列，否则轴系刚性不足，运动晃动。

• 关键设计： 内外圈必须轴向固定（如轴肩+卡簧、端盖压紧），防止跑圈磨损。

2. 角接触球轴承：精密传动的核心

可同时承受径向和单向轴向载荷，接触角（15°/25°/40°）越大，轴向承载能力越强。

• 经典组合与应用：

  • “背对背”组配： 提供力矩刚性，抵抗倾覆力矩，适用于悬臂轴、蜗杆等。

  • “面对面”组配： 提供角度刚性，对轴的热伸长适应性更好。

  • 预紧力： 轻预紧、中预紧能消除游隙，提高系统固有频率，但会增加温升。预紧力通过配磨隔套或使用双联轴承实现。

• 典型场景： 主轴（电/气）、高精度滚珠丝杠支撑端、蜗杆蜗轮减速机输入轴。

3. 滚针轴承与交叉滚子轴承：紧凑空间解决方案

• 滚针轴承： 径向截面极小，承载能力高，但转速较低，对安装孔的形位公差要求极严，必须淬硬磨削。

• 交叉滚子轴承： 将两套滚道垂直交叉排列于一轴承之内，能同时承受径向、轴向及力矩载荷，省去两个轴承的复杂对心，直接用于旋转工作台、机器人关节，是“一体化轴系”的典范。

4. 轴系设计“黄金法则”

1. 定心与固定： 明确轴承内圈与轴、外圈与孔的配合性质（过盈/间隙）。旋转圈通常采用过盈配合（如k6），固定圈可采用间隙配合（如H7）。

2. 热膨胀补偿： 对于长轴或温升大的场合，轴系一端轴承必须轴向浮动（如使用滚针轴承的NU型圆柱滚子轴承），允许轴热膨胀伸缩，避免轴承卡死。

3. 润滑与密封： 油脂寿命计算不可忽略。高速用油润滑，需设计油路；防尘用接触式（骨架油封）或非接触式（迷宫密封）结构。

4. 安装工艺性： 设计时考虑轴承如何安装（压入、热装）、拆卸（油孔、退卸套）。避免出现“装得上，拆不下”的死角。

总结： 轴承选型是科学，轴承应用是艺术。非标设计师必须超越样本上的基本参数，从整个轴系的刚度、热变形、安装维护全链路进行思考，才能使“关节”强健而持久。