在现代机器人与医疗器械设计中，旋转关节与执行器的性能直接影响着系统的精确度、平稳性与可靠性。这些精密运动单元的核心在于轴承技术，尤其是微型滚珠轴承与薄截面滚珠轴承，它们以不同的方式为紧凑、高效、精准的机械运动提供了关键支持。本文将深入探讨这两类轴承如何满足旋转关节与执行器的严苛要求，并阐明其独特的设计优势与应用场景。

一、 精密轴承在运动控制中的核心作用

在复杂的机器人关节和医疗器械执行器中，轴承承担着多重核心功能：支撑旋转部件、承受径向与轴向载荷、确保运动轴线的精确对中，并最大限度地减少运动摩擦。高质量轴承带来的低摩擦特性，不仅能提升系统的能量效率与响应速度，还能显著降低磨损与发热，延长设备使用寿命。尤其在手术机器人、高精度自动化设备等对运动平稳性和定位精度有极致要求的领域，轴承的性能表现往往成为设计成败的关键。

二、 微型滚珠轴承：极致紧凑空间内的精妙运动解决方案

微型滚珠轴承，常被称为“仪表轴承”，专为空间极度受限的应用场景而设计。其外径范围通常为数毫米至约35毫米，甚至更小，能够完美嵌入微型机器人关节、灵巧手末端执行器、内窥镜驱动单元或微型高转速电机之中。

尽管体积小巧，微型轴承的制造公差却极为严苛，这确保了其在微小尺度下仍能实现极为平稳、安静的运行，振动与噪音几乎可以忽略不计。这一点在手术工具或实验室自动化设备中至关重要，任何微小的抖动都可能影响操作结果。

这类轴承通常采用高强度不锈钢或铬钢材料制造，并可根据需求选用陶瓷滚珠等特殊材质，以满足非磁性、耐腐蚀或更高转速的要求。在结构配置上，微型轴承提供开放式、屏蔽式或密封式等多种选择。密封或屏蔽设计能有效阻挡污染物并保持润滑，特别适合在洁净室或存在微粒风险的环境中工作。带法兰的设计则为精准的轴向定位与安装提供了便利。

在应用中，微型轴承的引入使工程师能够在极小的空间内实现复杂的多自由度运动。例如，在机器人手指关节或微型外科器械的腕部，多个微型轴承协同工作，支撑着精密连杆与转轴，以最小的惯性和摩擦力实现灵活、精准的运动。这不仅有助于降低驱动功率、延长便携设备的电池续航，也从根本上支持了设备整体的轻量化与微型化趋势。

三、 薄截面滚珠轴承：大直径、轻量化旋转关节的理想选择

薄截面滚珠轴承的设计哲学截然不同。其核心特征在于，无论轴承直径如何增大，其横截面（即内外圈的厚度）始终保持在一个恒定且纤薄的数值上（通常仅数毫米）。这使得设计师能够选用大直径轴承以获得更好的结构稳定性和承载能力，同时无需担心因轴承过厚而增加部件的整体体积与重量。

薄截面轴承的直径范围宽广，可从数十毫米延伸至数百毫米，恰好满足了机器人肩、肘、髋等大关节，以及医疗成像设备旋转机架等大型部件对旋转支撑的需求。其“大而薄”的特性，使得旋转关节在保证刚性和负载能力的同时，能够保持轻巧、紧凑的外形轮廓。

为适应复杂的受力情况，薄截面轴承衍生出多种内部几何结构：深沟球型主要承受径向载荷；角接触型可应对径向与轴向联合载荷，并常成对使用以提供双向推力；四点接触型则能在一个轴承内承受双向轴向载荷与径向载荷，从而在某些场合替代双轴承配置，进一步节省空间。

材料方面，薄截面轴承同样采用优质钢材或特种不锈钢，并可进行表面涂层处理或采用混合陶瓷球设计，以提升耐腐蚀性、降低摩擦或实现非磁性。集成式密封也是常见选项。

在旋转关节设计中，薄截面轴承的优势尤为突出。它允许工程师设计出惯性更低、响应更快的轻量化关节，直接提升了机器人的动态性能与能效。更重要的是，其宽大的内孔为布线、布管提供了天然通道，使得驱动线缆、传感器线缆或流体管路可以直接穿过关节中心，极大地简化了整体结构设计，避免了线缆在旋转过程中的缠绕问题，这对于实现仿人机器人或高集成度手术机械臂的紧凑设计至关重要。

四、 技术选型与应用场景综述

微型滚珠轴承与薄截面滚珠轴承虽同属精密滚珠轴承家族，却服务于不同的设计维度与性能焦点。

微型轴承是空间极度珍贵场景下的王者。当设计的核心挑战是在方寸之间（如外径小于35毫米的范围内）实现可靠、平滑且精确的旋转运动时，微型轴承几乎是唯一的选择。它常见于微型执行器、灵巧手关节、高精度编码器、微型驱动电机以及各类手持式或植入式医疗器械的驱动单元中。

薄截面轴承则是在需要大直径旋转支撑，同时又对空间厚度与整体重量有严格限制的应用中不可或缺。当旋转平台、机器人基座关节、大型扫描设备旋转环等部件需要在保证结构刚度和承载力的前提下，尽可能降低轴向尺寸、减轻重量并实现内部布线时，薄截面轴承便展现出其无可替代的价值。

在实际的复杂系统中，这两类轴承常常协同工作。例如，一台先进的手术机器人系统，其大范围运动的臂部旋转关节可能采用薄截面轴承以优化空间与布线；而执行精细操作的末端手术器械腕部，则可能依赖一系列微型轴承来实现多方向的精准微动。这种组合应用，使设计师能够在不同尺度与功能模块上，分别选用最优的轴承解决方案，从而构建出性能卓越、结构紧凑的完整机电系统。

在选择过程中，工程师需综合权衡载荷（径向与轴向）、转速、精度要求、安装空间、环境条件（如清洁度、湿度）、重量限制以及是否需要内孔走线等诸多因素。理解微型轴承与薄截面轴承各自的特长与局限，是确保旋转关节与执行器设计成功，最终实现设备高性能、高可靠性的关键一步。

王新莹当选中国轴承工业协会第十届理事会副理事长

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