深溝球軸承(DGBB)在運(yùn)行中因摩擦或外部熱源導(dǎo)致發(fā)熱，必然會(huì)引起鋼球和內(nèi)外圈的熱膨脹。由于鋼球的熱膨脹量通常大于滾道(受限于幾何約束和散熱)，這種膨脹會(huì)造成軸承的內(nèi)部游隙急劇減小或完全消失。游隙的減小是引發(fā)軸承性能惡化的關(guān)鍵點(diǎn)，它導(dǎo)致接觸應(yīng)力增大、摩擦力矩進(jìn)一步升高，最終形成惡性循環(huán)，加速軸承的磨損和失效，甚至引起抱軸卡死。
一、熱膨脹的物理原理與游隙變化
? 熱膨脹的必然性：
鋼球和軸承圈(內(nèi)外圈)的主要材料是軸承鋼，具有明確的熱膨脹系數(shù)。當(dāng)軸承因內(nèi)部摩擦(滾動(dòng)體與滾道、密封件)或外部熱源(電機(jī)、高溫環(huán)境)而升溫時(shí)，所有金屬部件的尺寸都將按比例增大，即發(fā)生熱膨脹。鋼球作為三維實(shí)體，其體積和直徑的膨脹是物理上必然的結(jié)果。
? 游隙減小的關(guān)鍵影響：
在DGBB中，鋼球直徑的膨脹會(huì)使鋼球與內(nèi)圈、外圈滾道之間的內(nèi)部徑向游隙急劇減小。在某些極端情況下，特別是內(nèi)圈通過(guò)緊密配合固定在軸上時(shí)，內(nèi)圈受熱膨脹量可能更大，導(dǎo)致游隙完全消除甚至產(chǎn)生預(yù)緊力。游隙的減小直接改變了軸承的受力狀態(tài)和接觸幾何。
? 惡性循環(huán)的形成：
游隙減小或產(chǎn)生預(yù)緊力 → 接觸應(yīng)力增大 → 摩擦力矩升高 → 進(jìn)一步發(fā)熱 → 鋼球和軸承圈膨脹加劇。這是一個(gè)自我加速的惡性循環(huán)，會(huì)迅速將軸承推向失效。
二、膨脹導(dǎo)致的應(yīng)力集中與性能劣化
? 接觸應(yīng)力的幾何放大：
當(dāng)內(nèi)部游隙減小時(shí)，鋼球與滾道之間的接觸區(qū)域會(huì)承受更高的應(yīng)力。這種應(yīng)力集中會(huì)加速滾道和鋼球表面的滾動(dòng)接觸疲勞。即使在正常載荷下，由于熱膨脹導(dǎo)致的應(yīng)力增加，也會(huì)使軸承的疲勞壽命大幅縮短。
? 摩擦力矩與溫升失控：
游隙的消失使鋼球在滾道中的滾動(dòng)摩擦部分轉(zhuǎn)化為滑動(dòng)摩擦，且壓力巨大，導(dǎo)致軸承的摩擦力矩遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值。高摩擦力產(chǎn)生大量熱能，使得溫升進(jìn)一步失控，加劇了第一段所述的惡性循環(huán)。最終，潤(rùn)滑脂在這種高溫高壓下迅速變質(zhì)失效，軸承可能因金屬與金屬的接觸摩擦而卡死或抱軸。
? 振動(dòng)和噪音增加：
內(nèi)部游隙的改變破壞了鋼球在滾道中的精確幾何定位。軸承在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的振動(dòng)和高頻噪音，嚴(yán)重影響設(shè)備的運(yùn)行精度和工作環(huán)境。
三、專業(yè)應(yīng)對(duì)與設(shè)計(jì)考量
? 選擇正確的游隙等級(jí)：
為了應(yīng)對(duì)工作溫度下的熱膨脹，專業(yè)的軸承選型通常需要選擇比常規(guī)游隙(如 CN組)更大的游隙等級(jí)(如 C3 或 C4 組)。預(yù)留更大的初始游隙，以確保在軸承達(dá)到穩(wěn)定工作溫度后，其最終工作游隙仍處于安全范圍內(nèi)。
? 潤(rùn)滑與散熱管理：
必須使用耐高溫、熱穩(wěn)定性好的潤(rùn)滑劑。同時(shí)，通過(guò)外部冷卻、油循環(huán)系統(tǒng)或優(yōu)化軸承座散熱設(shè)計(jì)，將工作溫度控制在安全范圍內(nèi)，從源頭上抑制鋼球和軸承圈的過(guò)度膨脹。
總結(jié)：
深溝球軸承發(fā)熱確實(shí)會(huì)導(dǎo)致鋼球和軸承圈膨脹，但這僅僅是開始。真正的危害在于膨脹造成的內(nèi)部游隙急劇減小。游隙的減小是導(dǎo)致應(yīng)力集中、溫升失控和早期疲勞失效的根本原因。專業(yè)的工程設(shè)計(jì)必須通過(guò)預(yù)留更大的初始游隙和嚴(yán)格的溫控來(lái)消除這種負(fù)面影響。本文內(nèi)容是上隆自動(dòng)化零件商城對(duì)“深溝球軸承”產(chǎn)品知識(shí)基礎(chǔ)介紹的整理介紹，希望幫助各行業(yè)用戶加深對(duì)產(chǎn)品的了解，更好地選擇符合企業(yè)需求的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，解決產(chǎn)品選型中遇到的困擾，如有其他的疑問(wèn)也可免費(fèi)咨詢上隆自動(dòng)化零件商城。
