作者:John Wallace, AST轴承运营副总裁
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手持式电动工具在汽车到航空航天的各种行业中是司空见惯的。在施工中，他们被专业建筑商和DIYERS使用。球轴承在这些工具的性能和可靠性中起着关键作用，并负责处理组合的装载条件（径向和轴向），高速操作，低摩擦，低噪音和振动以及高可靠性。
电动工具的全球市场接近260亿美元（美国约110亿美元）。无绳电动工具是增长最快的部门，具有工业和专业市场的消费者需求。为消费市场生产的产品普遍具有较低的价格点，质量较低，并将成分纳入“搁板”或落入“商品”类别。
在工业领域，电动工具是高度设计的产品，可以减少工人的疲劳，提高生产率和质量。它们通常用于所有类型的操作，如，驱动(紧固件)，钻孔，切割，成型，砂光，磨削，路由，抛光等等。
典型的工业旋转工具包括钻头、螺丝刀、螺母流道、冲击扳手和起子、磨床、磨砂机和抛光机。电动机和压缩空气是工厂环境中最常见的动力源类型。
轴承负荷:滚珠轴承可以同时支持径向和轴向载荷，使其成为电动工具需求的理想选择。然而，由于它们的内部结构具有相对较浅的滚道，主要的负载分量应该是径向的。在发生轴向载荷的情况下，止推轴承可以与径向滚珠轴承组合使用，以有效地支持这些负载。
噪音和振动:嘈杂和振动的工具会很快引起操作者的不适，特别是在工厂或生产环境中，因为这些环境的运动和操作是重复的。在球轴承的情况下，噪音和振动直接与环和球所用材料的质量、内部制造规格和严格的工艺控制有关。
在这些应用中使用的轴承应该按照电机质量(EMQ)噪声水平生产。EMQ标准不是统一的(除了中国有国家标准)，不同的制造商也不一样，但EMQ等级表明它们适用于电机。
从历史上看，电动机必须安静地运行，很少或没有振动，因此这个术语就产生了。制造商按照严格的规格生产轴承部件，并采用各种技术生产EMQ轴承。
很高兴地制作圆圈，附近完美的几何形状。几何公差控制特征，例如圆度，同心度，耗尽和并行性。带有差的几何形状的环轴承往往会产生较低的频率噪音和振动。
滚道(球滚动的轨道)是超级完成，以产生镜面般的表面。高质量的球也被使用，这意味着它们有良好的几何形状，如完美的球形。表面光洁度差的球或滚道往往产生更高频率的噪声和振动。
某些润滑剂也可以促进噪声水平。这些手动工具中使用的较小轴承需要“清洁”润滑脂。
EMQ轴承的制造商通常在最终润滑和包装之前使用专门设计的设备对轴承进行100%的噪音测试。
电动工具制造商必须适当地规定并对电动工具使用的轴承施加预紧力，以减少噪音和振动。轴承制造过程的最后一个步骤是单个轴承部件的装配:外圈、内圈、球和保持器(或球分离器)。当轴承组装时，有必要有一个控制量的内部间隙，或在环和球之间的松动。在大多数轴承目录中，这被称为径向运动。
在动力手动工具应用中，必须将该内部间隙除去一对轴承以适当运行。在一对轴承上施加轴向载荷 - 用于去除自由内部间隙 - 称为预载荷。
轴向预紧力的应用迫使球与滚道接触，建立一个接触角，使球组在均匀的周向平面内旋转。在高精度和高速电动工具的应用中，预加载是至关重要的，这些工具的转速可高达60000 RPM。
运行温度：电动工具的设计和制造必须使操作者能够长时间地使用。轴承必须正确安装，有适当的预紧力，有适当的润滑类型和润滑量，以便使运行温度降到最低。
轴承材料:所有轴承都应该使用由高纯度材料生产的部件制造。轴承环和球通常由SAE 52100铬钢生产。这种通过硬化的合金具有优异的疲劳强度和耐磨性，是无腐蚀环境中最具成本效益的选择。
在手动工具中，轴承通常在外壳或外壳内受到良好的保护。但是，如果存在暴露于水分或腐蚀性攻击的风险，建议使用与AISI 440C类似的马氏体不锈钢。这款400系列不锈钢提供了耐腐蚀性和疲劳寿命的最佳组合。它提供良好的耐腐蚀性，并且具有细小，均匀分散的碳化物，其导致噪声和振动水平低于440℃。该材料可以通过制造商不同地指定。
在某些情况下，由陶瓷材料制成的球，如氮化硅，是非常有益的。陶瓷球重量很轻，高度抛光，无磁性，表现出高硬度，并能抵抗大多数液体和化学品的攻击。陶瓷球大大提高了轴承的高速性能。由钢圈和陶瓷球制成的轴承通常称为混合轴承。虽然陶瓷球有一系列令人印象深刻的有益特性，但它们通常不用于手持电动工具。
润滑:润滑剂的选择可能是最容易被设计师和工程师忽略的规格。轴承的寿命取决于适当的润滑类型和数量。
在大多数情况下，手动工具中使用的小轴承在设备的使用寿命中只润滑一次。成千上万的润滑脂和油可以在各种条件和环境中发挥作用。
在选择润滑剂时，工作温度是首要考虑的因素。温度直接影响基础油的粘度，而粘度反过来又影响支撑负载的能力。
由于产品种类繁多，价格和供应方便，在做出最后的润滑剂选择之前，应咨询润滑专家和轴承制造商。
恶劣环境：在许多工业环境中，电动工具（以及可能轴承）连续地暴露于液体和各种类型的颗粒碎片。应在这些情况下使用密封或屏蔽轴承。密封件是将外来碎片从轴承内部保持并保持润滑剂的最佳选择。
最常用的轴承密封材料是丁腈橡胶。这种类型的密封通常采用丁腈橡胶粘接在钢嵌件上，钢嵌件固定在外圈的沟槽中。最高工作温度为240°f。这种类型的密封与内环接触，在污染环境中提供比金属屏蔽更好的保护。然而，这导致扭矩增加，并降低了轴承的最大转速能力，但在几乎所有情况下，这是一个设计折衷，以提高寿命。
某些润滑剂和化学品与橡胶反应。除了Buna-n和丁腈橡胶材料外，其他材料可用于更高的温度和耐化学性。这些包括F Teflon Fabric和Viton，具有良好的耐化学性和最大工作温度为400°F。
正如所证明的，有广泛的轴承选择，以考虑最佳的手动工具性能。工程师和设计师应咨询轴承应用专家，以协助计算承载能力、轴承寿命、配合和部件公差，以及评估环境因素，以适当指定轴承属性。
《华盛顿邮报》手动工具的轴承设计注意事项第一次出现在轴承的建议。
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