为什么塞一圈钢珠，轮子转得特别轻快？

让一根轴直接在孔里转动，轴的外表面和孔的内表面就在互相蹭：两个表面的纹路擦过对方，摩擦力拖住转动，把能量变成热和磨损。润滑过的钢对钢滑动，摩擦系数大约 0.1；干蹭时能到 0.45。转得越快、压得越紧，蹭掉的能量越多，轴会发热、变涩，孔会越磨越松。

轴承的思路只有一句话：用滚动代替滑动。在轴和支座之间夹进一圈钢珠，钢珠在两条滚道之间滚动。理想纯滚动时，钢珠与滚道相触的那一点相对速度为零——表面纹路不再互相错动，摩擦系数掉到 0.001 到 0.002（SKF 与 NSK 的滚动轴承手册都给出这个量级），在本演示设定下约为滑动时的七十分之一。真实的滚动轴承里仍同时存在滚动、滑动、润滑与密封的损耗（SKF 的摩擦模型把这些分开算），轴承只是减少摩擦，不是消灭摩擦。

拆开一个最普通的深沟球轴承，里面是四个部件：外圈装在支座的孔里不动；内圈紧套在轴上跟着转；一圈滚动体（钢珠）夹在两条滚道之间传递载荷；保持架把钢珠彼此隔开。轴上的力就是这样传出去的：轴压内圈，内圈通过接触点的钢珠压外圈，外圈交给支座。

径向载荷压下来时，并不是每颗钢珠平均受力。只有位于载荷方向 ±90° 以内的钢珠处在承载区；正对着载荷那颗最忙——斯特里贝克（Stribeck）在 1900 年前后给出经典结果：零游隙时最忙钢珠的载荷约为 Fᵣ/Z 这个参考值的 4.37 倍（Fᵣ 是外加径向载荷，Z 是钢珠数）（本演示用 9 颗钢珠离散计算，得 4.39）。内圈转起来，承载区并不跟着转：亮的区域始终朝下，钢珠只是轮流穿过它。

保持架不是轴与支座之间传递主要载荷的通道。相邻两颗钢珠在接触点的表面速度方向相反，如果没有保持架，它们会贴在一起互相反着蹭，又把滑动摩擦请了回来。保持架的兜孔把钢珠隔开、均匀引导，自己跟着钢珠的公转慢慢转。想看单颗钢珠怎样同时满足两处滚动的几何约束，见相关专题滚珠轴承。

力的方向还决定了选哪种轴承：深沟球轴承擅长径向力，也能捎带一点轴向力；推力轴承专吃轴向力，径向力反而会把它挤坏；圆锥滚子轴承两类力都能扛。装错了类型，轴承会发热、卡滞，甚至散架。

更细的操作

1. 滑动 vs 滚动。 在“自己试试”里切换“轴在孔里滑动”和“钢珠滚动”，看右侧摩擦计：μ 从 0.1 落到 0.0015，发热瓦数同时掉下来。插图里，滑动的两个表面纹路互相错动，滚动的钢珠接触点速度为零（理想纯滚动示意）。
2. 压多重的载荷？ 拖动载荷滑块。钢珠接触圈的亮度按载荷分配变化，但亮的区域始终在载荷方向附近，最忙的一颗永远正对着载荷线。
3. 拿走保持架。 点“拿走保持架”，钢珠挤到一起，接触点之间出现红色的互相摩擦标记；装回保持架，它们重新均匀散开。保持架分隔并引导钢珠，主要载荷仍通过钢珠与滚道传递。
4. 换个方向压。 把“载荷方向”从 0° 转到 90°，再换轴承类型：深沟球轴承也能承受轴向力，但本对照给它设定的轴向上限较低，因此同样大的示意载荷会亮红灯；这不表示它完全不能承受轴向力。推力轴承用于轴向，圆锥滚子轴承可用于组合载荷。这里的上限是教学假设，不是商品选型数据。

先猜一猜：哪颗钢珠最受力的？选好再看答案——这组零游隙教学模型里，把外加径向载荷分成九等份作参考，正对着载荷那颗约承担 4.4 份，最上面的那颗几乎不受力。

设钢珠角位置偏离载荷方向 ψ，零游隙时接触载荷按点接触的赫兹关系 Q(ψ) = Q_max·cos^3/2(ψ)，只有 |ψ| ≤ 90° 的钢珠受力。把每颗钢珠的载荷沿载荷方向投影求和，等于外加径向载荷 F_r。对连续分布积分可得 Q_max ≈ 4.37·F_r/Z（Z 为钢珠数）；取 Z = 9 离散求和，本演示算得 4.39。这是静态额定载荷校核（ISO 76 以最忙滚动体的接触应力定义额定载荷）的起点。

滚动轴承仍有一点点损耗：接触区里材料被压扁再弹开，有微滑与弹性滞回；保持架与钢珠、润滑脂本身都有阻力。所以 μ ≈ 0.001 而不是 0。它省下的不是全部摩擦，而是把“整段表面互相错动”变成“极小的局部变形”，量级上差了两个数量级。另外，滑动轴承在有完整油膜时（流体动压润滑）摩擦也能降到很低——轴承选型要看转速、载荷与工况，不是滚动永远胜出。

一块滑板轮里并排装着两个小轴承；电风扇、吸尘器电机、洗衣机滚筒、自行车花鼓、硬盘主轴（很多是流体动压轴承）都靠它们安静地转。数数家里的电机，再想想：许多转动部件利用滚动轴承，另一些则靠油膜或其他支承方式减少摩擦。