李兴林1 邓四二2 陈有光3
（1、杭州轴承试验研究中心，教授级高工、博导；2、河南科技大学教授、博导；3、上海市轴承技术研究所原副所长，教授级高工）
摘 要：针对轴承的低摩擦化和高速精密化，重点分析了影响低摩擦和高速精密的因素和要点，以新能源驱动电机为例，列出了对低摩擦和高速的要求。
关键词：轴承；低摩擦化；高速精密化
1 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性要求，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。
2 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擦性能等。
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（极限）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（极限）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因素（系数）高分辨率测量。
3 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。一般线速度达到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是在一定的载荷、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、游隙、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，增加内部载荷，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。
4 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(噪音)的特性。启动力矩要求达0.002 N.m以下，转速DmN值要求达180万mm·r/min以上。当前低摩擦轴承方面，SKF、NSK、JTEKT、人本等在全球市场上占有率居于前列。在高速精密中小型轴承方面， SKF、NTN、八环等在全球市场上占有率居于前列。
本文源自：中国轴承工业协会微信公众号
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