滚动轴承径向游隙标准的演变

张博文，奚强，杜晓宇，章元军

(1.洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 471039；2.河南省高性能轴承技术重点实验室，河南 洛阳 471039；3.滚动轴承产业技术创新战略联盟，河南 洛阳 471039；4.西安交通大学 经济与金融学院，西安 710061)

游隙是滚动轴承配合的一个重要技术参数，影响轴承的载荷分布、振动噪声、温升、使用寿命和机械运转精度等性能。游隙过大，承载滚动体数减少，接触应力增大，轴承承载能力降低，轴承运转精度降低，振动和噪声增大，使用寿命减小；游隙过小，轴承摩擦加剧，温度升高，使用寿命降低，甚至使轴承在运转中发生抱轴咬死现象。轴承游隙分为径向游隙和轴向游隙，二者均有相关标准，下文对滚动轴承径向游隙标准的演变过程进行介绍。

1 一般轴承径向游隙标准

1.1 采用前苏联标准

我国最早的滚动轴承径向游隙相关标准颁布于1958年,该标准为局颁标准汽37—1958《向心球和滚子轴承径向游隙》，其技术内容大部分采用前苏联标准。1961发布了局颁标准汽37—1961《单列向心球轴承的原始径向游隙》和《单列向心球轴承的原始径向游隙 辅助组4,5,6,7和8》，这2个标准中将单列向心球轴承的径向游隙分为检查径向游隙(在规定的检查载荷作用下测得的径向游隙)和计算径向游隙(无载荷时的径向游隙)。《单列向心球轴承的原始径向游隙》规定了内径为2.5～180 mm的单列向心球轴承基本组(0组)以及辅助组(1～3组)的径向游隙值；《单列向心球轴承的原始径向游隙 辅助组4,5,6,7和8》规定了内径为 2.5～80 mm单列向心球轴承辅助组(4～8组)的径向游隙值。除游隙值外，标准也给出了径向游隙的标注和测量方法，标注规则为：对于径向游隙为基本组的轴承，不标注游隙代号；对于精度为普通级，游隙为1组、2组和3组的轴承，轴承的游隙组别代号标注在精度等级代号右边；其他轴承游隙组别代号标注在精度等级代号左边。

以局颁标准汽37—1958为基础，同时参考局颁标准汽37—1961，1968年制定了机械部标准Q/Z 6—1968《单列向心球轴承 径向游隙》以及Q/Z 7—1968《单列向心短圆柱滚子轴承 径向游隙》。与汽37—1961相比，Q/Z 6—1968和Q/Z 7—1968扩大了尺寸范围、修改了径向游隙的标注方法并删掉了游隙的计算公式。

汽37—1961中仅规定了内径为 2.5～180 mm轴承的径向游隙，而国内批量生产的轴承内径已达到340 mm，而国外(如捷克和前东德)游隙标准的尺寸范围达到500 mm。为满足生产和使用要求，Q/Z 6—1968将尺寸范围扩大到内径为2.5～450 mm，其中内径为2.5～180 mm的轴承的检查游隙与测量载荷与前苏联标准OH2—1957一致，对于内径为200～450 mm的轴承，国内当时没有合适的检测仪器，故只列出了无载荷时的检查游隙值，其游隙值与前东德和捷克的标准一致。Q/Z 6—1968在附录中规定了轴承的计算游隙值，游隙值并未采用汽37—1958和汽37—1961的标准，而是根据ISO/R 201—1961 Radial ball bearings—Radial clearance给出了内径为 2.5～180 mm轴承的计算游隙值，而内径为200～450 mm轴承的计算游隙值则根据ISO/R 201—1961中所列数值的相互关系推算。为了验证该标准中检查游隙值的合理性，对国内外单列向心球轴承的径向游隙进行实测对比，国外轴承游隙比国内要大，其中SKF，FAG和RIV(意大利)公司的轴承尤为明显。国内外轴承的实际游隙与该标准游隙的对比见表1。

表1 国内外轴承实际游隙与Q/Z 6—1968标准的对比

由表1可知，国内直属轴承厂以及国外轴承公司的实测游隙基本符合标准，国内地方轴承厂由于缺少径向游隙测量仪器，实测游隙与标准有一定差异。对于轴承内径为 2.5～180 mm(前苏联标准OH2—1957与ISO/R 201—1961未给出内径为200 mm以上轴承的游隙)范围内的基本组游隙值，该标准与前苏联OH2—1957标准完全一致，与ISO R201—1961相比，在相同测量载荷下的基本组游隙，除个别尺寸段的最小或最大游隙值有1 μm的差别外，二者其他尺寸段的基本组游隙一致。

对于轴承径向游隙的组别代号和标注方法，国际上没有统一的规定，径向游隙组别代号主要有2种形式，前东德、日本以及FAG,SKF等公司采用字母C并在其后添加阿拉伯数字来表示辅助组游隙代号，基本组游隙在标注中一般省略，未规定相应的代号；而一些国外、国际标准中直接使用阿拉伯数字来表示径向游隙组别代号，见表2。为便于标准的推广，Q/Z 6—1968参考ISO/R 201—1961中代号的规定，将基本组的组别代号规定为0，辅助组的代号为2,3,4。

表2 国外、国际标准中径向游隙的组别代号

世界各国对径向游隙代号的标注主要有2种形式，前西德、前东德、瑞典、瑞士以及日本等国家的标注方法为：径向游隙为基本组时不标注游隙代号，游隙为辅助组时将代号标注在轴承基本代号右边，而捷克和前苏联的标注方法为：径向游隙为基本组时不标注游隙代号，游隙为辅助组时将代号标注在轴承基本代号左边。Q/Z 6—1968中对标注的规定与第2种标注方法基本一致，仅增加了轴承为G级精度时，应同时标注出精度等级代号G与径向游隙组别代号这一规定。

1.2 采用国际标准

1981年，国际标准化组织ISO/TC 4正式发布了ISO 5753—1981 Rolling bearings-Radial clearance，我国在等效采用该国际标准的基础上增加了部分内容， 1984年通过了国家标准GB/T 4604—1984《滚动轴承 径向游隙》。ISO 5753—1981中规定了向心球轴承、调心球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承和调心滚子轴承的径向游隙，其游隙值主要参考了ISO/R 201—1961，ISO/R 465—1965 Self aligning roller bearings—Radial clearance，ISO/R 1038—1969 Cylindrical roller bearings—Radial clearance和ISO/R 1646—1970 Self-aligning ball bearings—Radial clearance，这4项标准规定了4个组别的径向游隙，依次为2组、基本组、3组和4组，而在实际生产中有时需要选用比第4组更大的游隙，故而在ISO 5753—1981中增加了第5组游隙，游隙值主要根据国外标准以及一些国外公司样本得来。ISO 5753—1981中调心滚子轴承、圆柱滚子轴承和调心球轴承的前4组径向游隙仍与ISO/R 465—1965,ISO/R 1038—1969,ISO/R 1646—1970中的规定一致，而向心球轴承的径向游隙与ISO/R 201—1961有较大改动，ISO/R 201—1961中规定了向心球轴承径向游隙的制造极限值和接收极限值，而ISO 5753—1981中仅给出了一种游隙值作为接收极限。ISO/R 1038—1969中规定了内径d<200 mm的圆柱孔圆柱滚子轴承的径向游隙，每一组游隙又分为可互换与不可互换两栏，对于前者，套圈混杂配对之后仍采用该游隙值，对于后者，轴承配套交货时采用该游隙值。同一尺寸段的圆柱孔圆柱滚子轴承不可互换一栏的游隙范围比可互换一栏要窄，其最小值比可互换一栏的最小值大10 mm或15 mm，其最大值比可互换一栏的最大值小10 mm或15 mm(内径为24～30 mm轴承游隙的不可互换一栏最大值比可互换一栏小5 mm)。ISO 5753—1981将圆柱孔圆柱滚子轴承径向游隙的尺寸范围扩大至内径为450 mm。在当时国际上并没有成熟的滚针轴承径向游隙标准，仅FAG公司的样本中规定了NA结构(有内外圈和保持架)滚针轴承的径向游隙采用圆柱滚子轴承不可互换一栏的游隙值，前西德将这一规定作为意见提交至ISO/TC 4并采纳。

ISO 5753—1981中没有规定径向游隙的标注，原因是各国对标注的规定差异较大，若统一规定，不便于实际生产的使用，我国国家标准GB/T 4604—1984在采用此国际标准的基础上，增加了对径向游隙标注的规定，游隙的组别代号与JB/T 2351—1978《球轴承 径向游隙》、JB/T 2353—1978《滚子轴承 径向游隙》标准以及国外公司样本的对比见表3。

表3 国内外标准中径向游隙的代号

除游隙标注外，GB/T 4604—1984还在ISO 5753—1981的基础上增加了对双列圆柱滚子轴承游隙的规定。当时ISO/TC 4对该类轴承的游隙还没有形成统一的意见，也没有对应的ISO标准，国外标准中也仅DIN 620—1968中有相关内容，DIN 620—1968将此类轴承的游隙分为C1，C2，0，C3，C4共5个组别，其游隙值根据单列圆柱孔圆柱滚子轴承的游隙确定，仅在后者的基础上加宽了游隙带。FAG,SKF公司采用了DIN 620—1968对双列圆柱滚子轴承游隙的规定，FAG公司还增加了C5组游隙。虽然样本中对各个组别的游隙值均做了规定， FAG公司在圆锥孔双列圆柱滚子的制造中只采用C1组游隙，而SKF公司除通常按C1组游隙制造外，也可按C2组游隙制造。JB/T 2353—1978中将双列圆柱滚子轴承的游隙分为3个组别，依次为2组、0组和3组，其第3组游隙值与DIN 620—1968,FAG和SKF的C2组游隙值基本相同，第0组游隙的最大值与后者C1组的最大值相差不多，但最小值比后者C1组的最小值要小。而第2组游隙值与当时FAG和SKF的圆柱孔圆柱滚子轴承C1组游隙近似，游隙的范围较窄，这就要求滚子和滚道必须有较高的精度等级，在设计和工艺上都合适，故GB/T 4604—1984采用了DIN,FAG和SKF的C1，C2组游隙值，以附录形式列于标准中。

1991年，ISO/TC4对ISO 5753—1981进行了修订并发布了ISO 5753:1991，此次修订中圆柱滚子轴承(单列)的游隙改动较大，首先是取消了该类轴承可互换与不可互换的区别，前西德等国提出：圆柱滚子轴承套圈虽然可互换，但轴承装在不同设备的轴或外壳内，没有相应的措施保证可互换性，并且在使用中并不能改善机械的性能，要求轴承可互换反而会带来对套圈分组生产和分选测量的大量额外工作，增加生产成本，此次修订对圆柱滚子轴承的径向游隙重新进行了规定，采用一种游隙值替代原来的可互换和不可互换2种游隙值，在此过程中，前西德提供了详细的游隙值计算说明材料，日本、英国和美国也提出了自己的建议，ISO/TC4综合各国意见最终决定第2～4组游隙值采用前西德的建议，第5组游隙采用英国的建议。新标准中的游隙值比ISO 5753—1981中可互换的游隙范围窄，比原不可互换的游隙范围宽，而且仍适用于滚针轴承。另外，ISO 5753:1991将原国际标准中的向心球轴承改为深沟球轴承，因为外球面球轴承也属于向心球轴承但是其游隙规定在ISO 9628中，同时根据中国等6个国家的意见，将尺寸范围扩大至1 250 mm。除此之外，还将已经失去使用意义的基本组改为N组。

1994年，我国等效采用了ISO 5753:1991并转化为我国国家标准GB/T 4604—1993。虽然ISO 5753:1991将基本组改为N组，我国仍将基本组规定为0组，原因是若使用N组，必将影响轴承的标注，可能与公差等级代号标注矛盾。此外GB/T 4604—1993沿用了GB/T 4604—1984中的规定，而ISO 5753:1991中未规定机床用双列圆柱滚子轴承径向游隙。GB/T 4604—1984已经实施多年，生产厂家和用户已经广泛采用和认同双列圆柱滚子轴承的游隙值，根据生产厂家要求，本部分内容未进行修改。德国标准DIN 5412/4也沿用了DIN 620/4—1968中双列圆柱滚子轴承径向游隙这一部分内容，FAG公司在实际生产中也一直采用着这2项标准中的游隙值。此外，有关标注的内容GB/T 4604—1993中不再列出，而是在代号方法标准中进行规定。

2001年，ISO/TC4对ISO 5753:1991进行了确认，之后我国修改并采用了该国际标准，并于2006年发布了GB/T 4604—2006。与GB 4604—1993相比，除标准格式外，主要修改了径向游隙的定义以及滚针轴承的径向游隙。GB/T 4199—2003对径向游隙的定义进行了规定，GB/T 4604—2006引用了这一定义。由于重系列滚针轴承已淘汰，相关标准也已作废，故本标准删除了有关重系列滚针轴承的叙述。

2009年，ISO/TC4对ISO 5753:1991进行了修订，将标准分为2部分：ISO 5753-1:2009 Rolling bearings—Internal clearance—Part 1:Radial internal clearance for radial bearings和ISO 5753-2:2009 Rolling bearings—Internal clearance—Part 2:Axial internal clearance。ISO/TC4根据各成员国意见，在ISO 5753:1991的基础上增加了圆柱孔和圆锥孔长弧面滚子轴承、圆锥孔圆柱滚子轴承的径向游隙值，扩大了深沟球轴承、调心球轴承、圆柱滚子轴承和滚针轴承的尺寸范围。

长弧面滚子轴承最早仅SKF公司生产，后来INA，FAG和Timken公司也陆续开始生产，所以有必要在标准中规定其径向游隙值。当时SKF公司将圆柱孔长弧面滚子轴承的径向游隙分为C1组、C2组、常规组、C3组、C4组和C5组6个组别，圆锥孔长弧面滚子轴承的径向游隙分为C2组、常规组、C3组、C4组和C5组5个组别，在此基础上，ISO 5753 1:2009中圆柱孔长弧面滚子轴承的径向游隙删去了C1组，保留了其他5个组别，圆锥孔长弧面滚子轴承的径向游隙分组与SKF公司一致，在游隙值上，ISO 5753 1:2009与SKF公司基本一致，径向游隙的最小值比SKF小，最大值比SKF大。

根据英国等成员国的建议，ISO 5753 1:2009扩大了一些轴承的内径尺寸范围(表4)，以满足市场需求。

表4 ISO 5753新旧标准尺寸范围对比

2012年，我国等同采用了ISO 5753 1:2009并转化为国家标准GB/T 4604.1—2012，与GB/T 4604—2006相比，删除了原标准附录A机床用双列圆柱滚子轴承径向游隙，原因是该部分内容已列入GB/T 27559—2011《滚动轴承 机床主轴用圆柱滚子轴承》。此外，GB/T 4604.1—2012中将基本组组别代号由原来的0组改为N组，已与国际标准一致。

2 外球面球轴承径向游隙标准

国家标准GB/T 4604.1—2012中的径向接触沟型球轴承径向游隙并不包含外球面球轴承，原因是虽然外球面球轴承基本结构形式与深沟球轴承类似，但其安装方式与深沟球轴承有较大差异，其径向游隙值一般比相同尺寸的深沟球轴承要大。早在1991年，轴承行业专门制定了标准JB/T 5304—1991，规定了圆柱孔和圆锥孔外球面球轴承的2组、基本组和3组3个组别的径向游隙值。其中圆柱孔外球面球轴承基本组径向游隙的最小值以GB/T 4604—1984表1中基本组的平均游隙为基础确定，基本组径向游隙最大值为GB/T 4604—1984表1中3组的最大值；2组、3组分别与GB/T 4604—1984表1中的0组、4组游隙值一致。而圆锥孔外球面球轴承的基本组、2组、3组径向游隙分别与GB/T 4604—1984表1中4组、基本组、5组游隙值一致。2007年，根据当时外球面球轴承的生产需要，将JB/T 5304—1991修订为JB/T 5304—2007，增加了对两端平头结构外球面球轴承以及非标外球面球轴承径向游隙的规定。

国际标准ISO 9628:1992 Rolling bearings—Insert bearings and eccentric looking collars—Bouodary dimensions中仅规定了2系列圆柱孔外球面球轴承的N组和3组径向游隙值，2006年对该标准进行了修订，扩大了尺寸段。

2010年，我国在JB/T 5304—2007的基础上制定了GB/T 25766—2010《滚动轴承 外球面球轴承 径向游隙》。标准中沿用了JB/T 5304—2007中对圆柱孔和圆锥孔外球面球轴承的2组、基本组和3组游隙值的规定，仅将组别代号基本组改为0组。除此之外，删去了对两端平头结构外球面球轴承游隙的规定。

3 结束语

1958年至今，径向游隙标准经历了多次修订(表5)，标准适用的轴承类型由最初单一的单列向心球轴承发展到现在的多种类型，尺寸范围也逐渐增大，适用范围越来越广。随轴承行业的发展，轴承的类型、工况越来越多样化，尺寸范围也越来越广，这些都会影响到游隙的选取。风力发电机偏航变桨轴承若采用正游隙则会因为冲击载荷而影响寿命，故而一般选择零游隙或负游隙。而对于同样应用于风力发电机的发电机组主轴轴承，除双列圆锥滚子轴承(45°接触角)采用零游隙或负游隙外，其他结构多采用正游隙。1代、2代轿车轮毂轴承一般采用正游隙，但3代轿车轮毂轴承由于其结构特点，多采用负游隙。

表5 滚动轴承径向游隙标准发展历程

今后滚动轴承径向游隙的标准在修订时，应考虑以下几点：首先是增加轴承类型，以满足生产需求，虽然目前一些结构或工况特殊的轴承在其设计手册或产品标准中给出了游隙值，但仍应有一个相对完整、成系列的规定，以指导和引领行业发展；其次是扩大各类型轴承的尺寸范围，使各尺寸的轴承产品在选择游隙时有据可依；还要增加对负游隙的规定，目前一些产品标准中仅说明应采用负游隙，但对具体的游隙值未作出规定。