常见问题
轴承低摩擦化、高速精密化浅析
一、引言
轴承是现代工业中不可或缺的关键基础零部件，被誉为机械装备的“心脏”，其承载能力将直接影响装备的技术水平，是衡量一个国家科技、工业实力的重要标准。但随着下游行业发展演进，传统滚动轴承愈发“不堪重负”。装备大型化、高速化成为趋势，更加严苛的运行工况和高可靠要求，对轴承技术提出了全新的挑战。
我国轴承产业经过40多年的发展，轴承产品和制造水平都有了长足的进步，已经具有相当的规模和发展基础。随着技术的进步和发展，对轴承的性能和要求也提出了越来越高的要求。本文主要从低摩擦和高速精密两个方面浅谈轴承技术发展趋势。
二、低摩擦化
摩擦学技术是轴承的核心技术，新一代轴承的显著技术特征是减摩设计。滚动轴承相对于滑动轴承，本身就属于“减摩轴承”。新一代减摩设计的挑战在于将原本已经极低的摩擦力矩再大幅降低，最高降幅甚至达到80%。
在新能源汽车应用中，要求低摩擦轴承来降低能耗损失；在航天应用需求中，要求轴承有耐低温摩性能等。
轴承摩擦不是恒定的，它取决于滚动体、滚道和保持架之间润滑膜中出现的某种摩擦现象。影响轴承低摩擦的技术指标主要包括宽径比、轴承间隙、轴承壁厚、以及适用于极端工况的特殊设计。
1）宽径比：对于径向轴承，宽径比（B/d）通常在0.35～1.5之间，而对于推力轴承，大小径比（D2/D1）通常取≤2。选择较大的值会增加轴承的承载能力，但同时会增加轴的变形和两轴承孔不同轴度的敏感性。
2）轴承间隙：轴承间隙对轴承的工作性能有重大影响。间隙过大可能导致磨损加剧和运转精度降低，而间隙过小则可能导致轴承过热和温升过高，需要留有足够大的配合间隙。一般无润滑轴承的直径间隙最好不小于0.075mm。
3）轴承壁厚：运转性能的影响随轴承体积的增加而愈加明显。在保证强度许可下，壁厚应尽可能小，以减少对运转性能的影响。
4）极端工况设计：在极端工况下，如低温真空环境，需要特殊设计的轴承以适应极低的温度和高压环境。例如，固体润滑滚动轴承在航天领域的应用，通过内外圈大功率联合制冷控温、径向及轴向联合电磁加载技术实现了极低温/宽温域、高真空等多种极端工况并存下的滚动轴承摩擦试验及摩擦系数高分辨率测量。
三、高速精密化
轴承的高速与低速并不是以轴承本身的转速来衡量，而是以其线速度来划分。线速度达到60米每秒的轴承可被认为是高速轴承。高速轴承通常表面更光滑，内圈和外圈之间的距离非常小，因此对轴承精度的要求更高。
影响轴承高速的主要因素包括轴承类型、尺寸、载荷、润滑方式、保持架的材料和类型、轴承载荷、预紧力、驱动方式、轴承游隙的大小以及轴承组合。
1）轴承类型和尺寸：不同类型的轴承在结构和材料上有所不同，尺寸越大，转动惯量也越大，这都会影响轴承的转速。
2）载荷：轴承所承受的载荷越大，摩擦阻力也越大，从而影响转速。
3）润滑方式：合适的润滑方式可以减少摩擦和磨损，提高轴承的转速。
4）保持架的材料和类型：也会影响轴承的转速。
5）轴承载荷：滚动轴承的极限转速在一定的载荷、润滑条件下达到的最高转速，与轴承类型、尺寸、方向、润滑方式、游戏、保持架结构、冷却条件等都有很大关系。
6）预紧力：过大的预紧力会导致滚动体与滚道面之间的接触应力增大，发热量提高，进而导致轴承内部预紧力进一步增大，使轴承更容易产生磨损，降低极限转速。
7）驱动方式：主轴驱动方式的不同会影响轴承的极限转速，如电主轴驱动时，如果同时使用外筒冷却，可能会导致轴承的内外圈温差变大，增加内部负荷，导致极限转速降低。
8）轴承游隙的大小：游隙的大小对轴承的运转性能和寿命有重要影响，适当的游隙可以提高轴承的承载能力和极限转速。
9）轴承组合：通过大量供油快速带走轴承产生的热量，可以提高极限转速。
四、结束语
以新能源汽车的电驱动系统的应用为例，轴承需要满足长寿命、耐蠕变、高转速、低摩擦、低振动的特性。启动力矩要求达0.002n.m，转速DmN值要求达180万mm·r/min。当前低摩擦轴承方面，SKF、NSK、JTEKT等全球市场占有率居于前列。在高速精密中小型轴承方面， SKF、NTN等全球市场占有率居于前列。
中国与世界先进企业的差距虽然逐渐缩小，但还需要努力做细做强。
轴承是现代工业中不可或缺的关键基础零部件，被誉为机械装备的“心脏”，其承载能力将直接影响装备的技术水平，是衡量一个国家科技、工业实力的重要标准。但随着下游行业发展演进，传统滚动轴承愈发“不堪重负”。装备大型化、高速化成为趋势，更加严苛的运行工况和高可靠要求，对轴承技术提出了全新的挑战。
我国轴承产业经过40多年的发展，轴承产品和制造水平都有了长足的进步，已经具有相当的规模和发展基础。随着技术的进步和发展，对轴承的性能和要求也提出了越来越高的要求。本文主要从低摩擦和高速精密两个方面浅谈轴承技术发展趋势。
二、低摩擦化
摩擦学技术是轴承的核心技术，新一代轴承的显著技术特征是减摩设计。滚动轴承相对于滑动轴承，本身就属于“减摩轴承”。新一代减摩设计的挑战在于将原本已经极低的摩擦力矩再大幅降低，最高降幅甚至达到80%。
在新能源汽车应用中，要求低摩擦轴承来降低能耗损失；在航天应用需求中，要求轴承有耐低温摩性能等。
轴承摩擦不是恒定的，它取决于滚动体、滚道和保持架之间润滑膜中出现的某种摩擦现象。影响轴承低摩擦的技术指标主要包括宽径比、轴承间隙、轴承壁厚、以及适用于极端工况的特殊设计。
1）宽径比：对于径向轴承，宽径比（B/d）通常在0.35～1.5之间，而对于推力轴承，大小径比（D2/D1）通常取≤2。选择较大的值会增加轴承的承载能力，但同时会增加轴的变形和两轴承孔不同轴度的敏感性。
2）轴承间隙：轴承间隙对轴承的工作性能有重大影响。间隙过大可能导致磨损加剧和运转精度降低，而间隙过小则可能导致轴承过热和温升过高，需要留有足够大的配合间隙。一般无润滑轴承的直径间隙最好不小于0.075mm。
3）轴承壁厚：运转性能的影响随轴承体积的增加而愈加明显。在保证强度许可下，壁厚应尽可能小，以减少对运转性能的影响。
4）极端工况设计：在极端工况下，如低温真空环境，需要特殊设计的轴承以适应极低的温度和高压环境。例如，固体润滑滚动轴承在航天领域的应用，通过内外圈大功率联合制冷控温、径向及轴向联合电磁加载技术实现了极低温/宽温域、高真空等多种极端工况并存下的滚动轴承摩擦试验及摩擦系数高分辨率测量。
三、高速精密化
轴承的高速与低速并不是以轴承本身的转速来衡量，而是以其线速度来划分。线速度达到60米每秒的轴承可被认为是高速轴承。高速轴承通常表面更光滑，内圈和外圈之间的距离非常小，因此对轴承精度的要求更高。
影响轴承高速的主要因素包括轴承类型、尺寸、载荷、润滑方式、保持架的材料和类型、轴承载荷、预紧力、驱动方式、轴承游隙的大小以及轴承组合。
1）轴承类型和尺寸：不同类型的轴承在结构和材料上有所不同，尺寸越大，转动惯量也越大，这都会影响轴承的转速。
2）载荷：轴承所承受的载荷越大，摩擦阻力也越大，从而影响转速。
3）润滑方式：合适的润滑方式可以减少摩擦和磨损，提高轴承的转速。
4）保持架的材料和类型：也会影响轴承的转速。
5）轴承载荷：滚动轴承的极限转速在一定的载荷、润滑条件下达到的最高转速，与轴承类型、尺寸、方向、润滑方式、游戏、保持架结构、冷却条件等都有很大关系。
6）预紧力：过大的预紧力会导致滚动体与滚道面之间的接触应力增大，发热量提高，进而导致轴承内部预紧力进一步增大，使轴承更容易产生磨损，降低极限转速。
7）驱动方式：主轴驱动方式的不同会影响轴承的极限转速，如电主轴驱动时，如果同时使用外筒冷却，可能会导致轴承的内外圈温差变大，增加内部负荷，导致极限转速降低。
8）轴承游隙的大小：游隙的大小对轴承的运转性能和寿命有重要影响，适当的游隙可以提高轴承的承载能力和极限转速。
9）轴承组合：通过大量供油快速带走轴承产生的热量，可以提高极限转速。
四、结束语
以新能源汽车的电驱动系统的应用为例，轴承需要满足长寿命、耐蠕变、高转速、低摩擦、低振动的特性。启动力矩要求达0.002n.m，转速DmN值要求达180万mm·r/min。当前低摩擦轴承方面，SKF、NSK、JTEKT等全球市场占有率居于前列。在高速精密中小型轴承方面， SKF、NTN等全球市场占有率居于前列。
中国与世界先进企业的差距虽然逐渐缩小，但还需要努力做细做强。
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