新一代产品几何技术规范及其在我国轴承行业推广应用的必要性

杜晓宇，钞仲凯，张旭，张博文

(1.洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 471039；2.河南科技大学 机电工程学院，河南 洛阳 471003；3.河南省高性能轴承技术重点实验室，河南 洛阳 471039；4.滚动轴承产业技术创新战略联盟，河南 洛阳 471039)

产品几何技术规范(Geometrical Product Specification，GPS)是重要的基础性技术标准，其应用涉及机械、电子、仪器、汽车、家电、航空、航天等诸多领域。20世纪所使用的包括极限与配合、几何公差和表面粗糙度等，基本上是以几何学为基础的传统技术标准，或称为第一代GPS，其特点是概念简单易懂，但不能适应制造业信息化生产的发展和CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、CAQ(计算机辅助质量管理)、CAT(计算机辅助测试)等的实用化进程[1-2]。而基于计量学的新一代GPS是面向21世纪的技术语言，是实现制造业信息化生产的重要保障，已经引起了国内外的高度重视。

由于第一代GPS的局限性，其没有应用于轴承公差体系。但随着新一代GPS的不断完善，轴承公差体系正在与其“并轨”，在我国轴承行业推广应用新一代GPS十分必要。

1 新一代GPS标准体系

1.1 新一代GPS基础标准体系

国际标准化组织(ISO)于1996年组建了ISO/TC 213“尺寸规范和几何产品规范及检验技术委员会”，开展对新一代GPS的研究和标准制定工作。ISO/TC 213在ISO中占有重要地位，截至2018年7月，TC 213现行标准145项，在研标准21项，P成员国(积极成员国)25个，O成员国(观察员国)28个。

我国于1999年组建了与ISO/TC 213对口的SAC/TC 240“全国产品几何技术规范标准化技术委员会”，负责跟踪研究新一代GPS体系的基础理论及重要标准，并及时将有关国际标准转化为国家标准。截至2018年7月，SAC/TC 240现行标准127项。

根据ISO 14638:2015 Geometrical product specifications (GPS)-matrix model，新一代GPS标准体系包括尺寸、距离、形状、方向、位置、跳动、轮廓表面组织、区域表面组织和表面缺陷9个方面的内容，且每一方面还涵盖符号和标注、特性要求、特性特征、一致性、测试、测试设备和校准等内容。

目前，我国新一代GPS基础标准体系已基本完善，但仍存在国际标准转化速度较慢，对国际标准理解不够透彻，以及未能充分推广应用等问题。

1.2 滚动轴承专用GPS标准

2008年9月，滚动轴承领域和GPS领域的专家在奥地利维亚纳举行了研讨会，共商滚动轴承公差体系和新一代GPS体系的协调问题，从此拉开了新一代GPS在滚动轴承领域应用的序幕[3]。ISO 1101,ISO 14405-1,ISO/TS 17863等标准一起构成了滚动轴承公差体系与新一代GPS体系并轨的基石，并在随后几年得到不断更新[4-6]。

2014年7月，ISO 199:2014 Rolling bearings-thrust bearings-geometrical product specification (GPS) and tolerance values和ISO 492:2014 Rolling bearings-radial bearings-geometrical product specifications (GPS) and tolerance values发布，标志着新一代GPS开始正式应用于滚动轴承公差体系。目前，ISO/TC 4归口涉及公差的标准有22项，其中8项已采用了新一代GPS，另有6项修订中的标准也将采用新一代GPS。

2018年5月1日，等同采用国际标准的GB/T 307.1—2017《滚动轴承 向心轴承 产品几何技术规范(GPS)和公差值》和GB/T 307.4—2017《滚动轴承 推力轴承 产品几何技术规范(GPS)和公差值》正式实施。目前，正在修订的GB/T 305《滚动轴承 外圈上的止动槽和止动环 尺寸、产品几何技术规范(GPS)和公差值》和GB/T 12764《滚动轴承 无内圈冲压外圈滚针轴承 外形尺寸、产品几何技术规范(GPS)和公差值》也将采用新一代GPS。

2 在滚动轴承行业应用新一代GPS的益处

2.1 消除公差标注的歧义

新一代GPS公差标注相比传统公差标注更为清晰、准确，从而最大限度地消除了公差标注的歧义。仅以轴承尺寸公差为例予以说明。

角接触球轴承内圈单一宽度偏差ΔBs的标注(传统标注)如图1所示，其最大的问题在于未考虑套圈的非对称结构。目前广泛使用的ΔBs测量方法如图2所示，其在测量时无法将套圈端面的非对称区域考虑在内，故可能出现测量结果合格，却无法保证内圈端面与轴肩接触性质的情况。而新一代GPS体系可以较好地解决这一问题。

图1 角接触球轴承ΔBs的标注(传统标注)Fig.1 Indication(traditional indication) of ΔBs for angular contact ball bearing

图2 角接触球轴承ΔBs的测量方法Fig.2 Testing method of ΔBs for angular contact ball bearing

图3 角接触球轴承ΔBs的标注(GPS标注)Fig.3 Indication(GPS indication) of ΔBs for angular contact ball bearing

图4 角接触球轴承内圈宽度最小外接尺寸的示意图Fig.4 Diagram of minimum circumscribed size for inner ring width of angular contact ball bearing

图5 挠曲内圈宽度的最小外接尺寸Fig.5 Minimum circumscribed size for width of bent inner ring

图6 局部尺寸Fig.6 Local size

2.2 有利于实现数字化制造

传统几何技术规范基于几何学，已不能支持CAD，CAM，CAQ，CAT等数字技术的快速发展。新一代GPS实现了几何学到计量学的飞跃，使设计、生产和检验基于同一技术平台，可提升产品质量，降低生产成本，保证交货周期，提高客户满意度。

2.3 国际通用的技术语言

就传统轴承公差标注而言，轴承用户必须查阅轴承专用公差标准后才能理解。且传统轴承公差规范多以文字形式进行定义，在涉及国际贸易时，语言障碍很可能会影响供需双方对公差规范的理解。而轴承公差体系与新一代GPS并轨后，轴承用户只需掌握通用的新一代GPS标准，即可理解轴承公差标注。新一代GPS是国际通用的技术语言，其必将为各国、各行业之间的技术交流带来便利。

3 在我国滚动轴承行业推广应用新一代GPS的必要性

新一代GPS体系已较为完备，且具有巨大的优越性。无论是为追赶国外先进企业，还是出于我国企业自身需求，在我国滚动轴承行业推广应用新一代GPS都十分必要。

国外先进企业在新一代GPS的应用上已领先我国企业。舍弗勒公司和斯凯孚公司作为在ISO滚动轴承标准体系中采用新一代GPS的推动者，对新一代GPS理论和应用都理解得较为透彻，舍弗勒公司已在其公开发行的《精密轴承样本(2016)》和《外球面球轴承单元样本(2017)》中纳入了新一代GPS。日本轴承行业对新一代GPS跟进也很迅速，日本国家标准JIS B 1514-1:2017[8]和JIS B 1514-2:2017[9]已发布实施；日本光洋(KOYO)也在其产品样本中纳入了新一代GPS。

就我国轴承企业自身需求来看，应用新一代GPS也势在必行。一方面，随着SAC/TC 240不断将新一代GPS国际标准转为我国国家标准，越来越多的主机厂将会采用新一代GPS体系，轴承企业只有紧跟新一代GPS体系，才能有更好发展；另一方面，我国轴承企业需要以应用新一代GPS为契机，全面提升设计、生产和检验的数字化、精细化水平，实现对国外先进企业的弯道超车。

4 结束语

由于滚动轴承公差的特殊性，其没有采用第一代GPS体系；而现在要跨过第一代GPS，直接融入新一代GPS体系，这实际上是要一次实现“采用GPS”和“采用新一代GPS”这两大跨越，对于整个轴承行业来说都是一个巨大的挑战。为加快新一代GPS在我国轴承行业的推广应用，应做好以下两方面的工作：

1)继续完善我国的新一代GPS基础标准体系。目前ISO/TC 213标准修订频繁，新制定标准也很多，我国标准转化速度难以跟上，且对一些基础理论理解不够深刻。例如，ISO 1101近年来历经了2004年版、2012年版和2017年版，但我国现行的GB/T 1182—2008等同采用的仍是2004年版的ISO 1101(目前GB/T 1182正在修订，将直接采用2017年版的ISO 1101)。只有基础标准及时更新，国内主机企业广泛应用了新一代GPS，才能推动我国轴承行业加快应用新一代GPS。

2)加强对新一代GPS标准的宣贯力度。全国滚动轴承标准化技术委员会(SAC/TC98)要继续积极宣贯GB/T 307.1和GB/T 307.4等标准，各大专院校也应及时向学生教授最新的GPS知识。