关于轴承的知识这篇文章很全面

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大家知道轴承（bearing）是一种什么样的机械零件吗？ 轴承被称作“机械行业的食粮”，是广泛应用于各种机器的重要零件。

轴承专栏第1讲我们将对轴承的基础知识、以及轴承的作用进行讲解。

1．轴承到底是什么？

轴承是一种帮助物体转动的零件。顾名思义，轴承就是支持在机器中转动的“轴”的零件。 使用轴承的机器有汽车、飞机、发电机等等。我们生活中常用的冰箱、吸尘器、空调等家用电器也使用轴承。在这些机器中，轴承负责对安装有车轮、齿轮、涡轮、转子等零件的“轴”提供支持，帮助轴顺畅地旋转。 由于各种机器中要使用很多的旋转“轴”，因此轴承就成了必不可少的零件，被人们称作“机械行业的食粮”。这种零件看起来不起眼，但其实非常的重要。如果没有它，我们将无法正常生活。

2．为什么重要？轴承的作用

为了使机器顺畅运行，轴承究竟发挥着怎样的作用？

它有两大作用。 ≪作用１≫ 减轻摩擦，使旋转更顺畅

旋转的“轴”和旋转支持部分一定会发生摩擦。轴承用在旋转的“轴”和旋转支持部分之间。

轴承可以减轻摩擦，使旋转更顺畅，减少能源消耗。这就是轴承的作用。

≪作用2≫ 保护旋转支持部分，使旋转的“轴”保持在正确位置

旋转的“轴”和旋转支持部分之间会承受很大的力。轴承可以防止旋转支持部分因这种力而损坏，使旋转的“轴”保持在正确的位置。

正是由于轴承的这些作用，我们才能长时间反复使用机器。

3．轴承的使用量有多大？如果没有轴承会怎么样？

究竟有多少轴承支撑着我们的生活？由于轴承不会被眼睛直接看到，因此大家很难想象吧？这里，我们以身边常见的汽车为例来介绍吧。小时候，大家是否玩过一种电池驱动的赛车玩具呢？很多人一定还记得，在车轮的支撑部分装有轴承。那么，1辆真正的汽车究竟需要多少个轴承呢？

图：汽车使用轴承的主要部位 ①动力装置（部件）

案例：交流发电机、涡轮增压器等

②转向装置（部件）

案例：转向器、泵等

③动力传递装置（部件）

案例：变速器、差动齿轮等

④行驶装置（部件）

案例：车轮、悬架等 高级汽车的轴承使用数可达约150个。

这些轴承全都发挥着重要作用。

如果汽车中没有轴承：

· 部件将无法顺畅旋转、消耗更多的能源

· 支持旋转的部分很快就会出故障

从而导致汽车无法安全、舒适地运行。

因此，我们的美好生活背后，有数不清的轴承在默默工作。 总结

轴承零件正为我们的生活而运转

正因为轴承是为我们的生活提供支持的重要零件，因此无论在哪个时代，对它的耐久性和精度都提出了很高的要求。并且，随着机械技术的不断发展，能适应严酷环境的更为特殊的新型轴承也将会被不断开发应用。

未来，轴承还将不断发展进步，为了我们的生活继续“运转”下去！

在第1讲中我们已经介绍过，轴承是减轻摩擦、实现物体顺畅（轻松）移动的工具。那么，轴承是何时诞生、如何进化、普及的呢？这一讲，就为大家介绍轴承出人意料的历史。

1．轴承起源于公元前？

在古代，人类为了减小摩擦想出了很多办法，下面我们来谈谈建造埃及金字塔时的事例。 由巨大的“重型石块”累积建造而成的巨大的金字塔令全世界无数人感到震撼。那么，古代人究竟是用什么方法搬运“重型石块”的呢？人们通过古埃及的壁画大致推测出了答案。

古埃及的多处壁画都描绘了建造金字塔的情形。其中，部分壁画显示出当时人们在“重型石块”的下方垫上圆木滚动搬运的场景。这可以推测出，古埃及人是通过圆木滚动来减小摩擦，以较小的力搬运“重型石块”的。

这种搬运方法与轴承中使用滚动体（滚子）的思路有异曲同工之妙。

滚动圆木减小摩擦的方法 这种人类设法减小摩擦的记载虽然年代、方法不同，但在世界各地均有发现。从这一点可以看出，在人类历史上，“通过减小摩擦顺畅搬运物品”这件事曾经是多么的重要。 2．带保持架的轴承是列奥纳多·达·芬奇发明的吗？ 列奥纳多·达·芬奇是文艺复兴时期意大利的天才艺术家。他与轴承有着很深的渊源，被称作“近代轴承之父”也毫不为过。

对万事都具有强烈好奇心的达·芬奇在机械设计领域曾留下巨大功绩。在他的手稿（创作记录）中，绘有机械中不可缺少的轴承的设计草稿。

他以无与伦比的创造力创造出可以大幅度减小摩擦的轴承结构。 该结构是一种在上下两片圆盘（滚道圈）间夹入滚动球（滚动体）的装置。令人惊异的是，这份设计草稿中描绘的轴承中还有防止滚动球相互接触的“保持架”。

这与现在使用的轴承的结构几乎完全相同。

根据列奥纳多·达·芬奇的设计草图、

由JTEKT技术人员复原的带保持架轴承 因此，由滚道圈、滚动体（“滚珠”或“滚子”）、保持架构成的“轴承的基本结构”大约在距今约500年前就发明出来。天才的列奥纳多·达·芬奇以他的创造力为轴承带来了革命性的进化。

但是，即使发明出了轴承的基本构造，实际制造、量产仍不是那么容易的事。直到工业革命时期，轴承才广泛应用于机械。 3．轴承的普及从工业革命开始

18世纪中叶到19世纪的工业革命时期，钢铁开始大规模量产。因此，高强度的钢铁制轴承才得以大量生产，并开始在各个领域广泛应用。

其中，“使用轴承的车轴”就是在工业革命时期诞生的伟大发明之一。

首先发明的是滚动体使用“滚珠”的自行车车轴用滚珠轴承，并得到了广泛普及。此后，滚动体使用“滚子”的马车车轴用滚珠轴承也诞生了。

“使用轴承的车轴”的问世使得移动、搬运效率大大提升。

因此，当时的众多产业机械也开始积极引进轴承，为工业化的发展做出了极大贡献。

通过工业革命，轴承成了在背后支持工业发展的重要零件，也成了人们生活中不可或缺的工具。 总结 轴承的发展史就是人类文明进步的历史

如果没有轴承的发明，人类现在恐怕还在为搬运重物耗费巨大力气。并且，我们的生活中恐怕也不会有这么多的机器为我们提供便捷、舒适的服务。

轴承的诞生和进步对文明的发展产生了巨大影响。

可以说，轴承是前人智慧和技术的结晶，是推动“工业化发展史”的幕后英雄。

在第3讲中，我们将介绍轴承的结构及各构成零件的作用。

１．轴承的原理轴承通过滚动运动减轻摩擦

如图1所示，当“轴”开始旋转时，轴承内的多个“滚动体（“滚珠”或“滚子”）”会开始滚动。

轴承就是通过这种“滚动运动”来减轻摩擦的。

图1 轴承和滑动轴承的结构

与“滑动运动”的滑动轴承相比，“滚动运动”的轴承更能减轻摩擦，减少旋转能量的消耗。

那么，轴承结构是什么样的呢？下面就为大家详细介绍。 2． 轴承的结构

现代轴承虽然种类繁多，但其基本结构与约500年前列奥纳多·达·芬奇构思的轴承结构大致相同。 轴承的构成零件有：

● 滚道圈。..。..环状零件

● 滚动体。..。..在滚道圈间滚动的零件（滚动体有“滚珠”和“滚子”）

● 保持架。..。..为避免滚动体之间相互接触、使滚动体保持一定间隔的零件。

滚道圈

图2中所示的轴承叫做“径向轴承”，支持轴垂直的方向的所受的力。

滚珠轴承的滚动体使用“滚珠”，滚柱轴承的滚动体使用“滚子”。

图2 径向轴承的结构 滚道圈用于这种径向轴承。

组装到轴上的内侧的滚道圈叫做内圈。

外侧的滚道圈叫做外圈，外圈组装到外壳（※1：见图3）中。

※1 外壳

外壳是指组装轴承时与轴承外圈接触的零件。

图3 外壳 滚道圈

图4中所示的轴承叫做“推力轴承”，支持轴同方向的力。

滚道圈用于这种推力轴承。

组装到轴侧的滚道圈叫做轴圈。

组装到外壳侧的滚道圈叫做座圈。

图4 推力轴承的结构 为了实现顺畅旋转，轴承滚道圈中滚动体滚动的表面加工得十分光滑。

滚动体

如表1所示，滚动体有“滚珠”和“滚子”。 表1 滚动体的种类

根据支持的大小、旋转速度等轴承的使用条件，有各种不同类型的滚动体可供选择。 关于轴承的型式，我们将在第4讲轴承专栏中进行介绍，有兴趣的学员可参阅下一页内容。 保持架

如图5所示，当轴承内圈旋转时，滚动体也会开始滚动。此时，如果轴承中没有保持架，相邻的滚动体会互相接触。

接触表面两个滚动体的滚动方向相反，会对滚动体的滚动运动形成障碍。

图5 无保持架时滚动体的滚动运动 为防止这种情况，使用保持架将相邻的滚动体隔开，以使滚动体能够顺畅滚动。

根据支持力的大小、旋转速度等轴承的使用条件，有各种不同类型的保持架可供选择。

图6中所示为代表性的保持架种类。

图6 代表性的保持架 由此可见，滚道圈、滚动体、保持架各自发挥着不同的作用。这些作用相互配合，轴承才能顺畅旋转。然而，仅有这些构成零件，轴承仍然无法“稳定”地持续顺畅旋转。 下面，我们就为大家介绍轴承的另一个重要物品。 3．稳定旋转所需的润滑剂

为了保证轴承能“稳定”、顺畅地旋转，就必须减小滚动运动的摩擦，并防止零件的磨损。“润滑剂”便可以发挥这种作用。

轴承的“润滑剂”大多使用半固体状（膏状）的“润滑脂”和液体状的“润滑油”。

此外，“润滑剂”还有降低旋转轴承内部发热、延长轴承寿命的作用。

因此，“润滑剂”也是确保轴承“稳定”顺畅旋转的“重要物品”。 总结 确保轴承“稳定”、顺畅旋转的零件和润滑剂 轴承的零件包括滚道圈、滚动体、保持架，它们各自发挥着不同的作用，这些作用相互配合，轴承才能顺畅旋转。 并且，“润滑剂”能减小滚动运动的摩擦，防止零件磨损。 各个零件发挥自己的重要作用，轴承才能“稳定”地持续顺畅旋转。

1．轴承的分类

轴承会受到来自不同方向的力，因此可以根据“受力方向”对轴承进行分类。

首先我们来介绍一下轴承的受力。

图1所示为安装了轮胎的汽车车轮用轴承所受的力。

一种是承受汽车重量的力（图1中蓝色箭头所示），轴承须承受与车轴垂直的力。

此外，在汽车转弯时会发生离心力（图1中红色箭头所示），轴承会承受与车轴同方向的力。

图1 汽车车轮用轴承所承受的力 如上所示，轴承日常会承受来自不同方向的力。

因此，我们可以按照受力方向以及承受能力对轴承进行分类。 轴承承受的径向负荷和轴向负荷；轴承承受的力叫做“负荷”；与轴垂直的力叫做“径向负荷”；与轴同方向的力叫做“轴向负荷”。

图2 径向负荷和轴向负荷 轴承的分类

根据轴承可以承受的力的方向和滚动体形状，轴承可以分为表1中所示的4个种类。 表1 轴承的分类

2．径向滚珠轴承

径向滚珠轴承是承受“与轴垂直的方向所受的力”的“球”轴承。深沟球轴承（滚珠轴承）

深沟球轴承是轴承中常用的种类。

深沟球轴承不仅可承受径向负荷，还可同时承受一定程度的双方向轴向负荷。

承受较大轴向负荷时，应使用后面介绍的角接触球轴承。 角接触球轴承

角接触球轴承可以同时承受径向负荷和单方向的轴向负荷。

承受双方向的轴向负荷时，应组合使用两个以上角接触球轴承。

图3 承受双方向轴向负荷的角接触球轴承组合 轴承承受“径向负荷”和“轴向负荷”时，滚道圈和滚动体之间承受的负荷方向与垂直于轴的方向的角度叫做接触角。

图4 承受“径向负荷”和“轴向负荷”的角接触球轴承的结构 接触角度一般分为15°、30°、40°，分别用字母C、A、B表示。

3．径向滚柱轴承

径向滚柱轴承是承受“与轴垂直的方向所受的力”的“滚子”轴承。径向滚柱轴承比径向滚珠轴承承受的负荷更大，根据滚子种类有不同的类型。如，圆柱滚子轴承，滚针轴承，圆锥滚子轴承，调心滚子轴承。

圆柱滚子轴承

滚动体使用“圆柱滚子”。圆柱滚子轴承比深沟球轴承承受的径向负荷更大。可以用于产生冲击的机器中。 滚针轴承

滚动体使用“针形滚子”。滚针轴承使用比圆柱滚子直径更小的针形滚子，如图5所示，这种轴承的截面高度较低，有助于实现机器的小型化和轻量化。

图5 圆柱滚子轴承和滚针轴承的截面高度比较 圆锥滚子轴承

滚动体使用圆锥台形的“圆锥滚子”。

圆锥滚子轴承在滚柱轴承中使用非常广泛，可以同时承受径向负荷和单方向的轴向负荷。

承受双方向的轴向负荷时，应组合使用两个以上圆锥滚子轴承。

图6 承受双方向轴向负荷的圆锥滚子轴承组合

调心滚子轴承

滚动体使用桶形的“球面滚子”，如图7所示，组装在“拥有球面的外圈滚道面”和“内圈滚道面”之间。因此，调心滚子轴承的内圈、滚动体、保持架可以在倾斜于外圈的状态下旋转。

图7调心滚子轴承的结构

如图8所示，调心滚子轴承在承受较大负荷、轴容易挠曲的机器中使用。

图8轴的挠曲 总结 根据承受力的方向和大小，有各式各样的“轴承种类”，可根据机器结构或使用方式选择适当的“轴承种类”。

除了这里介绍的种类以外，还有很多其他的“轴承种类”。

1. 汽车用轴承是如何使用的？ 在本次专栏中，我们将以汽车中将发动机动力传递给车轴的变速器和差动齿轮为例，来解说轴承是如何使用的。

图1 将发动机动力传递给车轴的装置 2. 变速器中使用的轴承

汽车所需的驱动力取决于行驶状况，比如快速运行时、或在坡道上需要较大驱动力时等等。

变速器是将发动机的动力转换为适合行驶的驱动力并传递给车轴的装置。在变速器内部，不同种类的轴承发挥着各自的特点，在汽 车零件中，也使用了很多的轴承。

变速器大致可以分为手动变速器和自动变速器两种类型。在使用手动变速器的汽车中，操作杆设置在驾驶席的位置。

图2 手动变速器用操作杆

操作人员手动操作变速杆，将发动机的动力转变为适合行驶状况的驱动力。

手动变速器由轴和齿轮构成，下面就对支持这些零件的轴承进行介绍。

图3 手动变速器的结构

图4 手动变速器的原理 支持轴的轴承

根据发动机的动力大小使用种类合适的轴承，对轴的旋转和齿轮产生的力进行支撑。

表1 支持轴的轴承

图5 支持轴的深沟球轴承 支持齿轮的轴承 在手动变速器中，齿轮始终相互啮合着旋转。

要将适合行驶的驱动力传递给车轴，就要通过操作杆选择适合该驱动力的齿轮（A）。所选齿轮（A）与轴连接，以与轴相同的速度旋转。

当行驶状况发生变化，需要将不同的驱动力传递给车轴时，则通过操作杆使与轴连接的齿轮（A）离开轴，并选择适合不同驱动力的齿轮（B）。所选齿轮（B）与轴连接，以与轴相同的速度旋转。

此时，离开轴的齿轮（A）和轴的旋转速度不同。

为了使齿轮和轴以不同的转速旋转，在齿轮和轴之间装入了滚针轴承（针形滚子和保持架的组件），在齿轮内径面（内侧面）和轴的外径面（外侧面）之间滚动。

图6 变速齿轮和轴的转速

图7 支持齿轮的轴承（针形滚子和保持架的组件） 3. 差动齿轮中使用的轴承

汽车左右转弯时，会降低内侧车轴的转速，提高外侧车轴的转速。

差动齿轮是将来自变速器的驱动力转换为更大的驱动力，并传递给左右车轴实现不同转速的装置。

图8 汽车转弯时车轮的旋转 差动齿轮安装在小齿轮轴（变速器侧的轴）和车轴侧轴上的齿轮垂直啮合。轴承对轴的旋转和齿轮产生的力进行支撑。

图9 差动齿轮的原理

图10 差动齿轮的结构 支持轴的圆锥滚子轴承 组合安装的圆锥滚子轴承同时支持径向负荷和双方向的轴向负荷，确保齿轮的正确啮合，将大驱动力传递给左右车轴。

图11 低扭矩圆锥滚子轴承 总结

本次专栏介绍了将发动机动力传递给车轴的装置中使用的轴承，但在汽车中，还有很多其他部位也使用大量轴承。每个轴承发挥各自的特点，提高了汽车的行驶性能和安全性。

为了进一步提高汽车的安全性和舒适性，今后对轴承在性能和可靠性方面的要求将不断提高。

我们将介绍在 “能源制造”、“原材料制造”、“产品加工” 这3个领域的机器中使用的轴承。

1．能源制造中使用的轴承 - 风力发电机

发电机是为我们的生活制造能源的设备。风力发电机已在全球范围内得到普及。

由于安装在高处的风力发电机检修难度高，因此就要求轴承具备高可靠性（故障极少）和长寿命。

风力发电机中使用了很多轴承，在这里，我们将对接受风力向发电机传递旋转力的 “主轴用轴承” 进行介绍。

图1 安装在高处的风力发电机

图2 风力发电机的结构 主轴用轴承

风力发电机利用风力使主轴旋转，并将这种旋转力传递给发电机进行发电。

主轴用轴承除了要支撑叶片和旋转部分的重量外，还要承受大小和方向不规则变化的风力。

因此，风力发电机的主轴用轴承主要使用能够支撑大的力、且调心性优异的调心滚子轴承。

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■什么是调心性？

调心性是指内圈、滚动体、保持架可以在倾斜于外圈的状态下顺畅旋转的特性。

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为了支撑大的力，主轴用轴承通常使用超过1m的大型调心滚子轴承。

图3 风力发电机主轴用大型调心滚子轴承 2．原材料制造中使用的轴承 – 钢铁轧机

钢铁轧机是原材料制造机械的代表性设备，它可以根据不同用途制作出不同形状的钢铁材料，下面我们就对这种设备进行介绍。

图4 钢铁材料的常见形状

在轧机中，钢铁材料通过旋转的2个轧辊间被加压轧制。另外，正如“趁热打铁”这句成语所说，钢铁材料很多时候都是在高温状态下进行轧制的。因此，这种情况下轴承便需要在高温条件下承受大力使轧辊旋转。

图5 钢铁轧机的结构 工作辊用轴承

工作辊使用四列圆锥滚子轴承来支承轧制时产生的非常大的径向负荷和两个方向的轴向负荷。

图6 工作辊用四列圆锥滚子轴承 支承辊用轴承

虽然工作辊在轧制时会因承受较大的负荷而容易变形，但支承辊可以抑制其变形。支承辊使用支承大径向负荷的四列圆柱滚子轴承和支承轴向负荷的多列圆锥滚子轴承。

图7 支承辊用轴承 3．产品加工中使用的轴承 – 加工中心（机床）

最后为大家介绍的是产品加工设备。

根据用途加工各种形状的产品及零件的设备叫做“机床”。

其中，通过计算机控制进行加工的加工中心近年来迅速普及。

加工中心可以实现人工难以做到的精密、细微加工，而且可以大幅缩短加工时间。

图8 产品加工用机床

为了避免因加工中的发热而导致工件尺寸变化及加工精密性降低，加工中心的主轴（安装刀具的主轴）需要使用升温幅度小的轴承。

图9 加工中心的结构和主轴

◆主轴用轴承

主轴使用角接触球轴承，同时承受加工时的径向负荷和轴向负荷。

图10 主轴用角接触球轴承 此款采用陶瓷作为轴承材料。

这种陶瓷轴承在高速旋转时的升温幅度小，能够抑制工件的尺寸变化。并且，这种轴承还能将导致发热主要因素的润滑油仅以适当的量供给到必要的部位，并迅速排出。

＜总结＞为我们的生活提供支持的轴承

制造能源的机器、制造材料的机器、加工产品的机器在我们平时的生活中并不常见。

但是，这次介绍的加工产品的机器中都使用了很多轴承。

这些轴承不光支承着力旋转，也为我们的生活提供着强大的支持。 

1.什么是特殊使用环境用特殊材料和润滑剂的轴承？ 普通轴承的零件使用金属材料制成，并使用润滑油或润滑脂作为润滑剂。但是，这些普通轴承如果在 产生电气；产生磁力；容易受酸碱等腐蚀等的环境中使用，很快就会损坏，无法顺畅旋转。

为确保能在上述环境中使用，特殊使用环境用特殊材料和润滑剂的轴承应用而生。 2.为“美好生活”提供支持 - 空调用轴承

图1空调室外机 空调室外机中装有将空气送出室外的风扇，支撑这个风扇的是轴承。

近年来，可随意控制电机转速（变频）的电机日渐增多，由于其特性，在工作时会因高频电流而产生电压。

当电压积累到超过一定量，电流会流经轴承内部，可能会导致轴承故障。该现象称为“电蚀”。

因此，需要采用以绝缘性能优异的（电流不易通过）陶瓷作为滚珠（滚动体）的轴承。

图2 室外机风扇用轴承 另外，陶瓷轴承还被用于在基础相关设施和医院等地使用的重要设备机械用电机，防止突发性的设备故障。 3.为“健康生活”提供支持 - 医疗设备用轴承 图3MRI（磁共振诊断装置）

图4MRI用电机 随着老龄化的日趋严重，人们对健康的关注度不断加强，医疗设备在全世界范围内不断增加。

MRI（磁共振诊断装置）利用强磁性力拍摄内脏器官和血管，对身体内部进行检查。

如果在MRI的强磁性下使用普通轴承，会对磁场产生干扰，无法进行精密检查。另外，轴承也无法顺畅旋转。

因此，用于MRI时，需要使用不受强磁性影响的轴承。

图5 MRI电机用陶瓷轴承 轴衬的滚道圈和滚珠（滚动体）使用不易受磁性影响的陶瓷，保持架使用润滑性能优异的树脂，为精密的医疗检查作出了贡献。 4.为“身心充实的生活”提供支持 - 滑板轴承 奥运会选手使用的滑板中，采用了根据选手的期望而全新开发的轴承。

滑板的4个轮子各使用2个轴承（共8个）。

图6 滑板的车轮

滑板中安装了使用陶瓷滚珠并对滚道圈和保持架实施特殊表面处理的轴承，提升了“旋转轻巧”、“旋转流畅”、“骑乘舒适性”等感受。另外，还能使速度保持到比赛结束，让运动员可以挑战更高难度的技巧。由此，为成功完成高难度技巧动作“脚跟翻”作出了贡献。

图7 单排轮滑板用轴承＜使用陶瓷球的轴承＞

审核编辑 ：李倩