在高速、高精度的自动化设备中，轴承选型是决定系统性能与稳定性的基石。一个微小的疏忽就可能导致温升超标、振动加剧，甚至灾难性的失效。作为工程师，我们必须超越简单的样本选型，从机理层面进行系统性考量。

轴承类型的选择：角接触球 vs. 深沟球

在面对高速应用时，工程师首先会面临角接触球轴承（Angular Contact Ball Bearing, ACBB）与深沟球轴承（Deep Groove Ball Bearing, DGBB）的选择。

  • 深沟球轴承 (DGBB)：例如常见的6000系列，其设计初衷是承受径向载荷，也能承受一定的双向轴向载荷。它的优势在于成本低、通用性强。但在高速下，其内部滚动体与沟道的接触状态不稳定，容易产生“打滑”现象，导致温升和磨损。因此，它适用于中低速、对刚性要求不高的场合，如输送线滚轮、普通电机等。

  • 角接触球轴承 (ACBB)：例如7000系列，是高速主轴、精密转台的首选。其核心特点是存在一个接触角（通常为15°或25°），使得它能同时承受径向和单向轴向载荷。通过成对安装（背对背DB、面对面DF、串联DT），可以提供极高的系统刚度和精确的轴向定位。接触角越大，轴向承载能力越强，但极限转速会相应降低。对于追求极致转速的电主轴，通常选用15°接触角的小钢球精密轴承。

润滑方式：温升控制的关键

高速运转必然产生热量，润滑的核心任务不仅是减小摩擦，更重要的是散热。

  • 脂润滑 (Grease Lubrication)：优点是结构简单、密封方便、维护周期长。但其致命弱点是散热能力差。润滑脂在高速下会被搅动，产生“搅油发热”，同时无法有效将内部热量导出。因此，脂润滑的DN值（详见后文）通常有上限，一般在80万以下。选择高速润滑脂时，需关注其基础油粘度、稠化剂类型和工作温度范围。

  • **油润滑 (Oil Lubrication)**：是高速应用的不二之选。

    • 油浴/飞溅润滑：结构相对简单，但油量控制不精确，搅油发热依然存在。
    • 油气润滑 (Oil-Air Lubrication)：这是CNC加工中心等超高速主轴的标配。通过压缩空气将精确计量的微量润滑油持续、稳定地吹送到轴承内部。它有两个核心优势：1）实现了最低限度的润滑，极大降低了搅油阻力；2）流动的压缩空气带走了大量热量，起到了主动冷却的作用。采用油气润滑，轴承的DN值可以轻松突破200万。当然，其代价是需要一套复杂的供油供气系统。

预紧力 (Preload)：刚性与寿命的平衡艺术

对于角接触球轴承，为了消除内部游隙、提高旋转精度和系统刚性，必须施加轴向预紧力。预紧是把双刃剑：

  • 预紧不足：轴承在载荷作用下内部游隙依然存在，滚动体受力不均，高速下易产生振动和异响，影响加工精度。
  • 预紧过大：内部接触应力剧增，摩擦力矩变大，导致温升急剧升高，严重缩短轴承寿命。

常见的预紧方式为定位预紧，即通过精密磨削的隔圈或轴/壳体台阶的尺寸，在轴承安装锁紧后，使其获得一个固定的预紧力。这个力的大小通常由设备的设计要求决定，轴承制造商会提供轻（L）、中（M）、重（H）等级的预制预紧配对轴承。装配时，使用扭力扳手精确控制锁紧螺母的扭矩是保证预紧力准确施加的关键。

核心指标：DN值的理解与应用

DN值是衡量轴承高速性能最直观、最重要的指标。

DN = Dm × n

  • **Dm**：轴承的节圆直径（(内径d + 外径D) / 2），单位mm。
  • **n**：轴承的转速，单位rpm。

DN值综合了轴承尺寸和转速两个因素。尺寸越大、转速越高的轴承，其滚动体线速度也越高，对润滑、冷却、动平衡的要求也越苛刻。在选型手册中，不同系列、不同润滑方式的轴承都有其极限DN值。这是一个硬性约束，我们在设计选型时必须遵守，并留出足够的设计余量（通常为20%）。

经验参考：

  • 脂润滑：DN值 < 800,000
  • 油气润滑：DN值可达 1,500,000 ~ 3,000,000

综上所述，高速轴承的选型是一个系统工程，需要综合权衡转速、载荷、刚性、温升和成本。它不仅仅是选择一个型号，更是选择一套包含润滑、装配、散热在内的完整技术方案。