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李興林¹　鄧四二²　陳有光³

（1、杭州軸承試驗研究中心，教授級高工、博導；2、河南科技大學(xué)教授、博導；3、上海市軸承技術(shù)研究所原副所長(cháng)，教授級高工）

摘　要：針對軸承的低摩擦化和高速精密化，重點(diǎn)分析了影響低摩擦和高速精密的因素和要點(diǎn)，以新能源驅動(dòng)電機為例，列出了對低摩擦和高速的要求。

關(guān)鍵詞：軸承；低摩擦化；高速精密化

1　引言  

軸承是現代工業(yè)中不可或缺的關(guān)鍵基礎零部件，被譽(yù)為機械裝備的“心臟”，其承載能力將直接影響裝備的技術(shù)水平，是衡量一個(gè)國家科技、工業(yè)實(shí)力的重要標準。但隨著(zhù)下游行業(yè)發(fā)展演進(jìn)，傳統滾動(dòng)軸承愈發(fā)“不堪重負”。裝備大型化、高速化成為趨勢，更加嚴苛的運行工況和高可靠性要求，對軸承技術(shù)提出了全新的挑戰。

我國軸承產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，軸承產(chǎn)品和制造水平都有了長(cháng)足的進(jìn)步，已經(jīng)具有相當的規模和發(fā)展基礎。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，對軸承的性能和要求也提出了越來(lái)越高的要求。本文主要從低摩擦和高速精密兩個(gè)方面淺談軸承技術(shù)發(fā)展趨勢。

 ‌2　低摩擦化

摩擦學(xué)技術(shù)是軸承的核心技術(shù)，‌新一代軸承的顯著(zhù)技術(shù)特征是減摩設計。‌滾動(dòng)軸承相對于滑動(dòng)軸承，‌本身就屬于“減摩軸承”。‌新一代減摩設計的挑戰在于將原本已經(jīng)極低的摩擦力矩再大幅降低，‌最高降幅甚至達到80%。

‌在新能源汽車(chē)應用中，要求低摩擦軸承來(lái)降低能耗損失；在航天應用需求中，要求軸承有耐低溫摩擦性能等。

軸承摩擦不是恒定的，它取決于滾動(dòng)體、滾道和保持架之間潤滑膜中出現的某種摩擦現象。影響軸承低摩擦的技術(shù)指標主要包括寬徑比、‌軸承間隙、‌軸承壁厚、‌以及適用于極端（極限）工況的特殊設計。

‌1）寬徑比：‌對于徑向軸承，‌寬徑比（‌B/d）‌通常在0.35～1.5之間，‌而對于推力軸承，‌大小徑比（‌D2/D1）‌通常取≤2。‌選擇較大的值會(huì )增加軸承的承載能力，‌但同時(shí)會(huì )增加軸的變形和兩軸承孔不同軸度的敏感性。

‌2）軸承間隙：‌軸承間隙對軸承的工作性能有重大影響。‌間隙過(guò)大可能導致磨損加劇和運轉精度降低，‌而間隙過(guò)小則可能導致軸承過(guò)熱和溫升過(guò)高，‌需要留有足夠大的配合間隙。一般‌無(wú)潤滑軸承的直徑間隙最好不小于0.075mm。

‌3）軸承壁厚：運轉性能的影響隨軸承體積的增加而愈加明顯。‌在保證強度許可下，‌壁厚應盡可能小，‌以減少對運轉性能的影響。

‌4）極端（極限）工況設計：‌在極端工況下，‌如低溫真空環(huán)境，‌需要特殊設計的軸承以適應極低的溫度和高壓環(huán)境。‌例如，‌固體潤滑滾動(dòng)軸承在航天領(lǐng)域的應用，‌通過(guò)內外圈大功率聯(lián)合制冷控溫、‌徑向及軸向聯(lián)合電磁加載技術(shù)實(shí)現了極低溫/寬溫域、‌高真空等多種極端工況并存下的滾動(dòng)軸承摩擦試驗及摩擦因素（系數）高分辨率測量。

‌3　高速精密化

軸承的高速與低速并不是以軸承本身的轉速來(lái)衡量，而是以其線(xiàn)速度來(lái)劃分。一般線(xiàn)速度達到60米每秒的軸承可被認為是高速軸承。高速軸承通常表面更光滑，內圈和外圈之間的距離非常小，因此對軸承精度的要求更高。影響軸承高速的主要因素包括軸承類(lèi)型、‌尺寸、‌載荷、‌潤滑方式、‌保持架的材料和類(lèi)型、‌軸承載荷、‌預緊力、‌驅動(dòng)方式、‌軸承游隙的大小以及軸承組合。

‌1）軸承類(lèi)型和尺寸：‌不同類(lèi)型的軸承在結構和材料上有所不同，‌尺寸越大，‌轉動(dòng)慣量也越大，‌這都會(huì )影響軸承的轉速。

‌2）載荷：‌軸承所承受的載荷越大，‌摩擦阻力也越大，‌從而影響轉速。

‌3）潤滑方式：‌合適的潤滑方式可以減少摩擦和磨損，‌提高軸承的轉速。

‌4）保持架的材料和類(lèi)型：‌也會(huì )影響軸承的轉速。

‌5）軸承載荷：‌滾動(dòng)軸承的極限轉速是在一定的載荷、‌潤滑條件下達到的最高轉速，‌與軸承類(lèi)型、‌尺寸、‌方向、‌潤滑方式、‌游隙、‌保持架結構、‌冷卻條件等都有很大關(guān)系。     

‌6）預緊力：‌過(guò)大的預緊力會(huì )導致滾動(dòng)體與滾道面之間的接觸應力增大，‌發(fā)熱量提高，‌進(jìn)而導致軸承內部預緊力進(jìn)一步增大，‌使軸承更容易產(chǎn)生磨損，‌降低極限轉速。

‌7）驅動(dòng)方式：‌主軸驅動(dòng)方式的不同會(huì )影響軸承的極限轉速，‌如電主軸驅動(dòng)時(shí)，‌如果同時(shí)使用外筒冷卻，‌可能會(huì )導致軸承的內外圈溫差變大，‌增加內部載荷，‌導致極限轉速降低。  

‌8）軸承游隙的大?。?zwnj;游隙的大小對軸承的運轉性能和壽命有重要影響，‌適當的游隙可以提高軸承的承載能力和極限轉速。

‌9）軸承組合：‌通過(guò)大量供油快速帶走軸承產(chǎn)生的熱量，‌可以提高極限轉速。

‌4　結束語(yǔ)

以新能源汽車(chē)的電驅動(dòng)系統的應用為例，‌軸承需要滿(mǎn)足長(cháng)壽命、‌耐蠕變、‌高轉速、‌低摩擦、‌低振動(dòng)(噪音)的特性。啟動(dòng)力矩要求達0.002 N.m以下，轉速DmN值要求達180萬(wàn)mm·r/min以上。當前低摩擦軸承方面，SKF、NSK、JTEKT、人本等在全球市場(chǎng)上占有率居于前列。在高速精密中小型軸承方面， SKF、NTN、八環(huán)等在全球市場(chǎng)上占有率居于前列。    

本文源自：中國軸承工業(yè)協(xié)會(huì )微信公眾號

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