轴承应用实践05：轴承游隙对轴承寿命以及运行精度的影响

我们都知道同一类型的轴承具有不同的径向游隙等级，但是不同的等级是否可以互换？互换后对哪些结果有影响？你是否知道？

先来了解一下什么是径向游隙等级？再一起看看游隙对轴承寿命有什么影响？游隙如何影响运行精度？

什么是径向游隙等级？

轴承的确切径向游隙是内圈相对于外圈的可能径向位移。这个径向游隙取决于滚道的直径，滚子的直径。由于实际制造原因，轴承不会提供精确的径向游隙，而是符合ISO 5753规定范围的游隙。

径向游隙等级由轴承名称上的后缀表示。这些后缀，从小到大依次是：C1、C2、CN、C3、C4和C5。CN是标准游隙等级，在轴承型号中，一般省略不体现出来。使用22320 EK的示例:

·22320 EK/C1（游隙0,035~0,055 mm）

·22320 EC/C2（游隙0,055~0,080 mm）

·22320 EK（游隙0,080~0,110 mm  CN省略）

·22320 EK/C3（游隙0,110~0,140 mm）

·22320 EC/C4（ 游隙0,140~0,180 mm）

·22320 EC/C5（ 游隙0,180~0,230 mm）

径向游隙等级的选择应基于应用，如速度，负载，润滑，传热，过盈配合会导致的游隙减小，启动时的更高内外圈温差。

游隙对轴承寿命的影响

具有较大游隙的轴承（图1右边轴承），只有较少的滚动体支撑载荷。因此，每个滚动体的负荷以及最大负荷滚动体上的接触压应力也大得多。这种情况下，疲劳寿命将低于其他轴承。

图1：大游隙低寿命

当用ISO 281 方法计算额定轴承寿命时，轴承中的游隙应该等于零(无游隙，无预紧力)，对应于大约50%的滚子加载。

如果轴承没有游隙或游隙为负（预载荷），轴承上的总载荷将更大，但载荷最大的滚子上的载荷会比较低，因为载荷更好地分布在所有滚子上，这反而意味着轴承的疲劳寿命增加。

然而，如果预载荷过大，疲劳寿命会迅速下降；而当游隙过大时，疲劳寿命会相对比较缓慢的下降（如图1所描述）。

图2：轴承游隙变化与寿命关系

实际上，轴承寿命也并不完全如图2所描述那样简单，因为轴承座并不是完全刚性的。轴承座是具有一定柔性的，因为轴承外圈比较薄，所以轴承外圈会倾向于变为轴承座的形状，因此负载分布可能就变得完全不同(图3)。那么最大载荷就产生了变化。

图3：轴承的柔性变化对载荷的影响

游隙和预紧力也对摩擦有影响，从而对产生的热量也有影响。简单来说，游隙越小，摩擦力越大。摩擦力也随着预紧力的增加而迅速增加。

游隙对运行精度的影响

假设轴承具有比较大的游隙，而且轴承圈和滚子非常圆（如图4）。如果载荷始终在同一方向上（图4垂直向下的红色实线箭头），则内圈与外圈的相对位置将保持不变。但是，如果负载移动到3点钟位置(图4虚线轮廓箭头表示)，则内圈的中心将向上向右移动。在负载方向变化的情况下，轴承运行时的工作游隙越小，运行精度越好。

对于一些需要非常高运行精度的应用，具有更高运行精度的轴承可以安装有预紧力(负游隙)。根据安装方法和操作条件，轴承可以在轻微的预载荷下运行，而不会有进入过高预载荷区的风险。

图4：大游隙无变型的轴承负荷变化