不同类型的轴承及其应用

轴承是支撑和引导旋转或移动部件（例如轴）的机械部件。它减少了摩擦并允许更平稳的旋转，从而降低了能耗。轴承还将载荷从旋转元件传递到外壳或框架，并且该载荷可以是径向的、轴向的或两者的组合。此外，轴承将零件的运动限制在预定方向，确保稳定性和精度。

从自行车踏板的旋转到汽车发动机的运行，从打开冰箱门的简单动作到电风扇电机的平稳运行，所有这些都依赖于轴承来提高效率。轴承堪称机械的“关节”。

在这篇文章中，我们将带您观察轴承的结构并探索它们的不同类型。通过本指南，我们相信您将更有信心为您的特定应用选择合适的轴承。

轴承基础知识

在进入轴承世界之前，我们首先需要熟悉轴承的基本定义、关键术语和分类。让我们首先探讨构成轴承的关键元素。

轴承的结构

1. 轴承套圈/座圈

1) 对于向心轴承，轴承由容纳滚动体的内圈和外圈组成。这些环为滚动元件的移动提供结构和引导。

• The 内环 is the part that fits onto the rotating shaft and rotates along with it.
• The 外圈 is inserted into the housing and typically remains fixed, without rotating.

2) 对于推力轴承，使用术语“座圈”。

• The 轴座圈 is the one into which the shaft is inserted.
• The 住房竞赛 is the one that fits into the housing.

2.滚动元件

滚动元件是在环（或座圈）之间移动以减少摩擦的零件。它们承载负载并以最小的阻力传递负载。根据轴承的具体条件，例如支撑力的强度或旋转速度，使用不同类型的滚动元件，例如球或滚子。

	球	滚珠轴承
	圆柱滚子	滚子轴承
	滚针
	圆锥滚子（圆锥梯形）
	凸辊（桶形）

3. 笼子

保持架使滚动体保持均匀间隔，防止滚动体之间接触并确保平稳旋转。 下面显示了两种最常见的笼子类型。

除了这些主要部件之外，为了确保稳定、顺畅的旋转，润滑剂也是必不可少的。适当的润滑可延长轴承寿命并提高效率。根据操作条件，润滑剂可以是油基或脂基。此外，许多轴承都配备密封件或防护罩，以保护内部组件免受灰尘、碎屑或湿气的污染，同时还有助于保留轴承内的润滑剂，以实现最佳性能。

轴承的分类

轴承可以根据几个标准进行分类。以下是两种常见的分类。

1.按运动类型，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承。 滚动轴承使用滚动元件来减少摩擦。相比之下，滑动轴承没有滚动元件，依靠表面之间的滑动运动。

根据滚动体的形状，它们可以进一步分为两大类型：球轴承和滚子轴承。下表简要介绍了两者的主要特点。

特征	滚珠轴承	滚子轴承
触点类型	点接触	线路联系
负载能力	较低的负载能力	更高的负载能力
摩擦	提供低摩擦，因此能量损失很少	比滚珠轴承摩擦力更高，但总体摩擦力仍然较低
稳定	重负载下稳定性较差	增强稳定性并降低振动
成本	一般比较实惠	通常更贵
应用领域	适用于高速应用（例如电动机、风扇）	重型机械和汽车部件（例如变速箱、车轴）的理想选择

2、根据载荷方向，轴承可分为向心轴承和推力轴承。 向心轴承旨在支撑垂直于旋转轴的径向载荷。另一方面，推力轴承用于承受平行于旋转轴的轴向载荷。

轴承接触角

轴承中的接触角是指连接滚动体（球或滚子）与滚道（内圈和外圈）之间的接触点的线与垂直于轴承轴线的平面之间形成的角度。该角度对于确定轴承的承载能力至关重要，特别是与径向和轴向载荷相关的能力。

接触角较大的轴承更适合承受轴向载荷（平行于轴承轴线的载荷）。另一方面，接触角较小的轴承对于主要径向载荷应用更为有效。

不同类型的轴承

基于上一节讨论的轴承分类，我们将以上图为主要框架，系统地考察常见轴承的主要类型。

 1. 向心球轴承

顾名思义，向心球轴承是主要设计用于有效处理径向载荷（垂直施加到轴上的力）的球轴承。通常，它们的接触角小于 15°。向心球轴承有许多子类型。在这里，我们重点关注三个常见的问题。

深沟球轴承

• 最常用的轴承类型，通常作为单个单元安装，因此安装相对容易，并且需要最少的维护。

• 内圈和外圈具有滚道形深槽，使轴承能够同时承受径向载荷和来自两个方向的有限轴向载荷。

应用：非常适合主要具有径向载荷和中等轴向支撑的应用，提供高速和多功能性。它们通常用于电动机、风扇、鼓风机、电动工具和家用电器。

角接触球轴承

• 内圈和外圈滚道相对于轴承轴线倾斜，形成通常在 15° 到 45° 之间的接触角。然而，在许多工程和工业应用中，角接触球轴承被归类为向心球轴承的子集。除了径向载荷之外，这种配置还允许它们在一个方向上承受更大的轴向载荷。

• 它们可以成对布置（背对背、面对面或串联），以支撑来自两个方向的轴向载荷并增强刚性。

应用：用于发生径向和轴向联合载荷的场合，特别是需要较高的轴向载荷能力和精度时。它们常见于泵、压缩机、汽车零部件、数控加工工具主轴、工业机器人和精密机械。

自调心球轴承

• 自调心球轴承有两列球，与单列轴承相比，可提供更好的稳定性和更高的承载能力。

• 外圈是球形的，允许内圈、保持架和球在轴承内部自由倾斜。该功能使轴承能够自动调节，以补偿因安装误差或轴弯曲引起的不对中，从而提高效率、减少磨损并延长轴承的使用寿命。

• 这些轴承主要设计用于承受径向载荷，但也可以支撑轻轴向载荷。

应用：在轴偏转或对准问题常见的情况下很有价值，例如输送系统、轧钢厂和农业机械。

2. 向心滚子轴承

Radial roller bearings are roller bearings that can support a force perpendicular to the shaft. They can support an even greater load than radial ball bearings, and there are four major bearing types that are made to suit the type of roller.

圆柱滚子轴承

• 使用圆柱滚子作为滚动元件，滚子与滚道进行线性接触。与球轴承相比，这种设计使其能够承受更重的径向载荷。

• 它们具有低摩擦系数，适合非常高速的应用。它们的最高运行速度仅次于深沟球轴承。

• 它们有单排、双排和全互补类型，也有分体式版本，以便于安装和拆卸。

应用：常用于高速、重径向载荷环境，如传动轴、轧机和采矿设备。

滚针轴承

• 顾名思义，滚针轴承具有类似针的细长滚子。这种设计使它们能够支撑高径向载荷，同时保持紧凑和轻便。

• 在许多应用中，滚针轴承不带内圈或外圈，特别是在空间有限且重量减轻很重要的情况下。在这种情况下，轴和外壳充当滚道。这些表面必须进行高精度加工，并具有与标准轴承滚道相似的硬度水平，以确保适当的性能。

应用：常见于径向空间有限的领域，例如内燃机、摩托车、航空航天部件和机器人。

圆锥滚子轴承

• 这些轴承具有锥形滚子，安装在形状像空心圆锥体部分的座圈之间。如果延伸，滚子的轴和滚道将在公共点处相遇。

• 它们的锥形设计使它们能够承受除径向载荷之外的更高的轴向载荷。它们可以承受的轴向载荷大小取决于接触角；更大的角度增加了轴向负载能力。

• 按安装滚子数量可分为单排、双排、四排等不同类型。

应用：适用于刚性和稳定性至关重要的汽车轮毂、变速箱、建筑设备和精密机械。

调心滚子轴承

• 采用适合球形外滚道的桶形滚子，提供更大的接触面积以支撑重径向载荷。

• 外滚道的球形设计使轴承能够自对准，自动纠正轴和外壳之间的任何不对中。

• 它们可以承受两个方向的重径向载荷和中等轴向载荷。

应用：重型应用，同时存在径向和轴向载荷，以及潜在的轴不对中。常见用途包括建筑设备、采矿机械、大型工业齿轮箱、纸浆和造纸厂以及风力涡轮机。

3.推力球轴承

• In contrast to radial ball bearings, thrust ball bearings are a special type of ball bearing with a 90
  ° contact angle, designed to withstand only axial loads.

• 它们有单向或双向配置，具体取决于负载是单向还是双向。

应用：我适用于以中等转速沿轴施加轴向载荷的应用，例如汽车离合器、变速箱、转台和转向系统。

4.推力滚子轴承

• 推力滚子轴承设计用于承受高轴向载荷，具有三种类型的滚子：圆柱形、圆锥形和球形。

• 圆柱推力滚子轴承offer good axial load capacity with minimal radial support and are relatively cheap.

• 圆锥推力滚子轴承can accommodate slight misalignment during operation and support varying axial and radial loads depending on the cone angle. They carry greater thrust loads than thrust ball bearings but are more expensive to produce.

• S调心推力滚子轴承 are designed to take heavy axial loads in one direction and accommodate some radial loads as well. They are self-aligning and are thus unaffected by mounting errors and shaft deflection.

应用：这些轴承用于高负载环境，例如齿轮箱、重型机械和船舶推进系统，这些环境中可能同时存在轴向和径向负载。

5. 滑动轴承

• 滑动轴承是最简单的轴承类型，通过轴承表面（也称为衬套或套筒）和轴之间的直接接触来运行，没有任何滚动元件。

• 它们依靠润滑来减少表面之间的摩擦和磨损。为了确保平稳运动，通常使用低摩擦系数的材料，例如各种铜合金。

•  滑动轴承适用于旋转、滑动、摆动和往复运动。它们重量轻、经济高效且运行安静。

应用：非常适合具有潜在错位或振动的低速、重载应用，例如工业起重机和农业机械。

6. 流体轴承

• 流体轴承通过在外壳和旋转表面之间形成一层流体薄膜来发挥作用。该薄膜将运动部件分开，防止金属与金属直接接触，从而减少磨损并延长轴承的使用寿命。静压轴承和动压轴承是此类轴承的两种类型。

• In 静压轴承, the fluid film is maintained by an external pump that supplies pressurized fluid (usually oil or air) into the bearing, ensuring a continuous film, even at low or zero speeds.. This allows hydrostatic bearings to support heavy loads and maintain low friction under various operating conditions.they also offer precise control, making them an excellent choice for machining spindles, gas turbines, and aircraft control systems, where stability and precision are crucial.

•  流体动压轴承 rely on the shaft’s motion to create the fluid film. As the shaft rotates, it pulls the fluid into the gap between the surfaces, generating pressure and forming the lubricating film that supports the load. Hydrodynamic bearings are suited for moderate to high-speed applications, such as pumps, turbines, marine systems, and industrial equipment.

7.磁力轴承

• 这些轴承利用电磁场悬浮并稳定旋转轴，使其无需物理接触即可运行。这消除了摩擦和磨损，实现几乎免维护的运行。它们大致分为两种类型：主动和被动磁力轴承。

• 主动磁力轴承 (AMB)use electromagnets and sensors to continuously monitor and adjust the shaft's position in real-time. A control system processes sensor data and adjusts magnetic forces to maintain stability. AMBs are highly precise and can support very high speeds, making them suitable for advanced industrial applications.

•  被动磁力轴承 rely on permanent magnets to support the load. They are simpler and do not require a control system or external power source but offer less control and flexibility compared to AMBs. Passive magnetic bearings are often used in applications where simplicity and reliability are more important than precision.

应用：磁力轴承非常适合需要高速、高精度和最少维护的应用，例如涡轮机械、能源系统和医疗设备。

选择金属轴承时的注意事项

1. 负载

1）如果载荷主要是径向的（垂直于轴），则使用向心轴承；如果载荷主要是轴向的（与轴方向相同），请使用推力轴承。轴向载荷也称为推力载荷。  

2）如果轴承载荷较轻，则采用球轴承；如果负载较重，请使用滚柱轴承。  

3) 如果同时承受径向载荷和轴向载荷（联合载荷），轻的联合载荷需要使用深沟球轴承或角接触球轴承，而重的联合载荷需要使用圆锥滚子轴承。

4) 如果从两个方向施加较大的轴向载荷，可以组合两个或多个轴承，或使用双列轴承。

2、转速

1）一般来说，对于高速应用，深沟球轴承、角接触轴承和圆柱滚子轴承是合适的选择。对于较低速度的工况，圆锥滚子轴承和推力球轴承比较合适。

2）对于同一类型的轴承，尺寸越小，允许转速越高。选择轴承时，请确保运行速度在轴承的极限速度范围内，以免损坏。

3) 请注意，轴承的极限转速不仅受轴承类型和尺寸的影响，而且受其公差、保持架类型和材料、润滑剂类型和用量、润滑方法等因素的影响也很大。在。因此，如果您打算在高转速下使用轴承，请在做出决定之前咨询Chiggo。

3. 准确度

1) ISO 标准和其他标准定义了边界尺寸精度（与轴承的配合和安装有关）和运行精度（涉及轴承的精度）的具体公差。轴承的旋转运动）在每个精度内类。

2) 对于大多数一般应用，0 级轴承足以提供足够的性能。

3) 对于旋转跳动精度要求较高的应用，应使用5级、4级或2级精密轴承。

4、刚性

1）轴承的刚性是指轴承在载荷作用下抵抗变形的能力。它直接受到接触面积和轴承内部游隙的影响。滚子轴承较大的接触面积（线接触）将载荷分布在更宽的表面上，因此，与点接触的球轴承相比，它们提供了更大的刚性。

2) 角接触球轴承、圆锥滚子轴承等轴承可以通过调整接触角或采用背靠背（DB）或面对面（DF）等配置来增加刚性。值得注意的是，DB 配置通常比 DF 配置提供更高的刚性。

3）内部游隙（滚动体与滚道之间的空间）也会影响刚性。较小的间隙允许更多的滚动元件接触滚道，增加接触面积，从而增加轴承的刚度。

4) 应用预加载将内部间隙稍微减小负值可确保所有滚动元件与滚道均匀接触。这种均匀的接触最大限度地减少了每个滚动元件弹性变形的变化，从而实现更均匀的载荷分布和增强的刚度。然而，必须仔细设置预紧力以避免负面影响，例如使用寿命缩短、温度升高或潜在的轴承故障（卡住）。

5. 其他的

1)径向空间限制：如果可用的径向空间有限，请选择专为紧凑环境设计的轴承，例如滚针轴承或滚针和保持架组件。

2) 振动和噪声水平：对于具有严格振动和噪声要求的应用，例如消费电子或音频设备，深沟球轴承是一个不错的选择。

3) 环境条件：对于恶劣环境（例如多尘、腐蚀性或潮湿条件），请使用密封、屏蔽或由耐腐蚀材料制成的轴承（例如不锈钢或涂层轴承） ）以防止污染物并确保耐用性。

4) 润滑和维护：在维护困难的应用中，请选择能够长时间保持润滑的密封或自润滑轴承，从而减少频繁维修的需要并最大限度地减少停机时间。

5) 安装和对中：选择轴承时，允许的不对中至关重要。 自调心球轴承采用球形外圈滚道设计，可适应较小的角度不对中（1-2度），使其适用于可能存在轴偏转或不对中的应用。

另一方面，带有圆柱或球面滚子的调心滚子轴承可以处理较大的不对中（2-3 度或更大）。此功能在遭受显着轴偏转、热膨胀或动态操作条件的应用中特别有用。 

结论

机械轴承是旋转设备和机械组件中的关键部件。它们有助于支撑操作力、减少摩擦并确保平稳、高效的操作。

选择正确类型的轴承时，您需要考虑负载能力、振动、噪音、尺寸等因素。还有许多其他细节可能会影响您的决定。如果您仍然不确定哪种轴承最适合您的需求，请随时咨询我们的工程师以获得专家建议。