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滚动轴承（Rolling Bearing）是将运转的轴座与轴之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，进而减少磨损的一种精密的机械元件。[1]其在工作时依靠主要组成元件间的滚动来支承转动零件，并且一般在低速场合下进行应用。[3][4]滚动轴承大体上由外圈、内圈、滚动体和保持架等部分组成，[2]特点主要为摩擦阻力小、径向及轴向间隙小以及容易选用和互换等，但其抗冲击能力较差，高速工作时容易发生振动。[5]滚动轴承的制造材料可以分为特殊轴承钢、陶瓷材料、合金等，要根据其用途选用合适的材料来制造。[2]具体可将滚动轴承分为滚子轴承、球轴承、向心轴承、推力轴承、向心推力轴承、调心轴承以及非调心轴承等。[2][6]由于滚动轴承的种类各式各样，所以在各类轴承中要选择出一种适应各自技术要求的常规滚子轴承是一件复杂的事情。此时便要对各类轴承借以代号来进行表示，以便于为了将具有各式特点的轴承相统一。滚动轴承的代号主要是由基本代号、前置代号和后置代号所组成。[7]并且滚动轴承在工作时容易发生失效，基本分为塑性变形、疲劳点蚀、磨粒磨损和胶合，以上都会对轴承的使用寿命产生极大影响。[8]
优点
滚动轴承具有很多优点，例如工作时仅产生较小的摩擦阻力，启动迅速、效率高、轴向尺寸较小、安装和维修方便，较低的价格等，具体为：[3]
摩擦阻力小，因此起动灵敏、效率高、升温较低，并且润滑方便，维护保养容易。[5]其径向间隙小，具有较高的旋转精度，可用预紧的方法来调整间隙。[5]其具有较小的轴向间隙，一些滚动轴承可以承受径向和轴向载荷，使机器变得简单紧凑。[5]滚动轴承是标准件，可由专业化的生产厂家进行批量生产活动，以便于选用和互换。[5]
缺点
在机械设计中要依据工作条件和需求进而选用合适的滚动轴承，提升生产效率并保障安全性。[3]
滚动轴承的抗冲击能力较差。[5]高速工作时容易出现噪声。[5]使用寿命低，结构不能剖分。[5]不利于在高速重载的情况下使用。[3]
组成结构
滚动轴承作为一种组合标准件，其主要由内圈、外圈、滚动体和保持架等模块所组成，为满足特定的应用需求，有的轴承会加入或减少部分部件，例如：没有内圈、没有外圈、外圈和内圈都没有；有防尘盖、密封圈或者包含固定套筒以便用于安装和调节。[2]各个模块的具体定义为：[9]
外圈
装在轴承座的孔内，固定不动，其最大直径为轴承的外径。[9]滚动轴承的外圈外径一般与机架座孔或者轴承座相互配合进行装配。[2]
内圈
装在轴上，随轴转动，其内孔直径为轴承的内径。[9]内圈一般与轴颈相互配合进行装配。大部分情况下，轴承的外圈不动，内圈随着轴进行转动。但同时存在内圈固定，外圈旋转或者内外圈同时按照各自的转速进行转动的状况。[2]
滚动体
装在内、外圈之间的滚道中，其形状有圆球、圆柱、圆锥和滚针等。当内外圈相对运动时，滚动体则会在内外圈上面的凹槽之间进行滚动，这样可以限制滚动体的轴向运动，并且其中滚道通常要在制造过程中进行淬硬处理以便降低接触应力，延长滚动轴承的寿命，提升工作效率。[2][9]
保持架
用来将滚动体均匀隔开，但有些滚动轴承没有保持架。[9]轴承保持架形状不复杂，只是兜孔多，位置要求准确。这一零件长期以来一直采用离心铸造方法生产，兜孔不铸出，所以毛坏加工量大，导致材料利用率低。[10]
特殊轴承钢
滚动轴承的内圈、外圈、滚动体的硬度、接触疲劳强度、耐磨性、抗冲击韧性都要高，通常选用特种轴承钢，常用的材质为GCr15、SiMnGCr6以及GCr9等，经过热处理，其硬度可达到60-65HRC。对于某些特定的应用，例如汽车轮轴承、滚动轴承零件等，通常采用感应淬火钢制造。为了改善滚动轴承的接触疲劳性能，应对其加工表面进行研磨和抛光。大多数情况下，保持架都是由低碳钢板冲压而成，或者是由有色金属、塑料等材质制成。[2]
陶瓷材料
在某些高速场合，为了减少球体和滚轮的惯性负荷，必须对滚动零件的表面进行高强度的淬火。这些部件将由诸如氮化硅这样的轻质、高抗压强度的陶瓷材料制成。20世纪六十年代到七十年代，国外对陶瓷轴承进行了大量的研究。陶瓷具有高强度，高耐磨，高刚性；并且耐腐蚀，耐高温，电绝缘性好，不导磁；具有许多金属材料所没有的低密度特性。氮化硅、氧化锆、氧化铝等陶瓷材料中以氮化硅的综合性能最佳，是陶瓷轴承的理想材料。陶瓷轴承在航天、航空、真空等领域有着广泛的应用；也同时在高速高精度、高温强磁场或有防腐要求的环境中得到大量应用。[2]
合金
滚动体的类型
滚动轴承的种类有很多，依据滚动体的类型可将其分为：滚子轴承、球轴承。[6]
承受的载荷
调心性能
依据调心性能则可以将其分为：调心轴承、非调心轴承。[6]
滚动轴承向心轴承球轴承深沟球轴承单列双列磁电机轴承角接触球轴承单列双列成对双联3点、4点接触球轴承调心球轴承滚子轴承圆柱滚子轴承长圆柱滚子轴承滚针轴承圆锥滚子轴承单列双列成对双联调心滚子轴承推力轴承球轴承深沟球轴承单向双向推力角接触球轴承滚子轴承推力圆柱滚子轴承推力滚针轴承推力圆锥滚子轴承推力调心滚子轴承
工作中要选择滚动轴承类型时，应根据轴承所承受载荷的大小、方向和性质来看。例如球轴承一般在转速较高、所承受的工作载荷较小以及旋转精度高时选用；滚子轴承一般要在转速较低、承受的工作载荷较大以及存在冲击载荷时则选用。[6]
载荷条件
滚动轴承工作时所承受的外界载荷的大小，方向和性质是选择轴承类型的主要依据。球轴承一般应用在运行比较平稳的工作场合下并且承受较小的载荷情况时；当工作时容易受到冲击并且需要承受较大的载荷时，应该选用滚子轴承；深沟球轴承可以承受径向载荷，所以在会受到径向载荷的工作环境中会选用深沟球轴承，特别应该注意：圆柱滚子轴承和滚针轴承不能承受轴向载荷，所以在承受轴向的工作载荷时，应该选用推力轴承；若工作中要同时承受径向和轴向的载荷时，应该选用角接触轴承或者圆锥滚子轴承。[4]
轴承的转速
极限转速通常表示为滚动轴承在一定的载荷和润滑条件下允许的最高转速。球轴承的极限转速比滚子轴承的极限转速高。在高速或旋转精度要求较高的应用场合时，应该选用球轴承；在低速的工作环境下，应该选用滚子轴承。[4]
调心性能
轴承的寿命会受到附加载荷的影响，所以各种轴承使用时允许的偏斜角应控制在允许范围内，从而避免其使用寿命的降低。为了大幅改善滚动轴承的工作情况，应选用调心轴承来以避免其加工、安装误差及轴的挠曲变形所引起角偏差。[4]
安装及拆卸
轴承座无剖分面，但需沿轴向安装或拆卸轴承零件时，宜采用内外可分离轴承（例如：圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承）。在长轴上安装轴承时，应采用内圈孔为1:12 的圆锥滚子轴承，以便方便拆卸。[11]
经济性要求
一般来说，深沟球轴承价格最低，其要比滚子轴承价格低上一些。轴承的价格与其精度成正比。所以在选择轴承时，为了在满足使用要求的前提下，尽可能地降低制造成本，就必须详细了解各类轴承的价格。[11]
相关代号
由于滚动轴承的种类各式各样，所以在各类轴承中要选择出一种适应各自技术要求的常规滚子轴承是一件复杂的事情。此时便要对各类轴承借以代号来进行表示，以便于为了将具有各式特点的轴承相统一。滚动轴承的代号主要是由基本代号、前置代号和后置代号所组成，其中基本代号的各个组成如图所示。[7]
基本代号
基本代号包含轴承类型、尺寸系列和内径，其作为基础部分表示了滚动轴承的相应特征。[3]它由轴承的内径代号、尺寸系列代号和类型代号组成，按顺序自右向左依次排列。[6]
基本代号五四三二一类型代号尺寸系列代号内径代号宽（高）度系列代号直径系列代号
尺寸系列的组成为：轴承的直径系列代号和宽(高)度系列代号，表示形式为两位数字。具体表示具有相同内径和结构的滚动轴承在外径和宽度上的变化系列，用基本代号右起第三位数字表示。[3]直径系列代号表示结构、内径相同的滚动轴承的外径变化的系列值。[6]
轴承内径
轴承的内径通常指轴承内圈的内径d，其用右起第一、二位数字来表示基本代号。经常用内径d=10-480mm的轴承内径表示方法。[3]其内径一般是5的倍数，对于内径为22mm、28mm、32mm以及d<10mm和d>500mm的轴承，则用内径毫米数直接表达，但是与组合代号之间要用“/”隔开，如深沟球轴承62/22，表示内径d=22mm。[6]
宽度系列
轴承的宽度系列用右起的第四位数字来表示基本代号，通常指具有相同的结构、内径和外径的滚动轴承，但是宽度为一系列不同的尺寸。以阿拉伯数字或大写字母表示类型代号，特殊情况下则可以省略。[3]
内径d的尺寸10~17mm20~480mm（22、28、32mm除外）500mm以上（含22、28、32mm)10mm12mm15mm17mm内径代号0123内径/5的商00000/内径
前置代号用字母表示用来说明成套轴承部件的特点，若轴承无须作此说明,则可以将前置代号省略。[3]
后置代号
后置代号用字母和字母-数字的组合来表示，可以看情况利用符号“-”和“/” 将其在基本代号后面隔开。[3]
塑性变形
滚动轴承在工作时受到较大的静止载荷或冲击载荷，恰巧此时的状态为低速、摆动或者不转动时，滚动轴承的内外圈滚道或者滚动体上将会发生由外力所引起的局部的塑性变形，进而对轴承工作时的稳定性产生影响，即在工作时出现振动、运转精度下降或产生噪音等现象，此时的滚动轴承便发生了塑性变形。[8]
疲劳点蚀
滚动轴承在工作时既需要承受载荷又要进行旋转，其内外套圈之间存在着一定的相对运动，滚动体在抽成工作时既自转又围绕轴承中心进行公转，此时载荷会经过滚动体从一个套圈传递到另一个套圈上。滚动轴承在受到径向载荷的作用下，轴承内圈会下移，滚动体的下半部分受力而上半部分不受力，进而最下面的滚动体和套圈滚道接触点处的弹性变形最大，并且此处两者受到的载荷最大。[8]
在滚动轴承的内圈运动时，滚动体表面上一点和内外圈是处于接触一脱离一再接触一 再脱离的状态，此时两者每接触一次就会产生一次接触应力。在这种情况下进行长时间的工作后，滚动体、内外圈的滚道上就会出现疲劳点蚀。[8]
磨粒磨损
在尘土较多的环境下工作的滚动轴承经常会发生磨损失效。主要原因是此时装置的润滑效果不明显或者密封不严，滚动体与套圈会产生磨粒磨损。如果润滑效果不显著，伴随着滑动磨损，也会发生黏着磨损，同时会引起表面的升温、胶合，甚至轴承内部元件例如滚动体的回火。发热及黏着磨损将会随着温度的提升愈来愈严重。况且大多滚动轴承的工作环境非常恶劣，工作期间周围会有大量的尘土，这时由于密封不严等原因，更会让尘土、杂质进入滚动轴承中，此时杂质等也会通过不干净的润滑油进入滚动轴承中，滚动轴承的磨粒磨损失效由此发生。[8][12]
胶合
滚动轴承发生胶合现象一般是由于瞬时的环境或自身温度过高，工作时承受了较大载荷，表面或内部油膜发生破裂，乃至无法保障供油时，轴承内部主要承受载荷的区域其接触表面材料发生黏附、转移或脱落，进而造成轴承的损伤。由于工作中的滚动轴承大部分工作环境较为恶劣，所以经常会发生高速重载的情况，在此时则会因此情况下发生摩擦表面的发热进而使温度急升高，导致了轴承元件产生回火现象，情况严重时将产生胶合，这时滚动轴承便发生胶合失效。[8][13]
恰当的装配与拆卸
一般来讲，轴上的零件需要依据一定的顺序进行安装或者拆卸，用合理的方法来装拆可以一定程度上保障安装精度。滚动轴承在安装拆卸时需要利用专门的工具进行操作，较大的轴承可以利用压力机进行装配，中小尺寸的轴承可以直接在套筒的辅助下利用手锤进行安装。[14]
润滑条件的维护保养
机器的定期维修
由于滚动轴承的工作环境往往比较恶劣，所以必须对机器进行定期的检查和维护，仔细地核查滚动轴承是否完好以便及时地维修、替换。由于在安装过程中会产生一定的误差，所以滚动轴承不一定会位于轴上的最佳位置，需要按时对轴系的位置和轴承的游动间隙进行调整。[14]
参考资料 14
- 参考 1
- 参考 2
- 参考 3
- 参考 4
- 参考 5
- 参考 6
- 参考 7
- 参考 8
- 参考 9
- 参考 10
- 参考 11
- 参考 12
- 参考 13
- 参考 14