第一节
轴承概述

一、轴承的发展史

轴承作为旋转机械中最重要的零部件，其历史可以追溯到古埃及时期。人类最早使用的“轴承”通常是以直线运动形式减小摩擦，以便于挪动重量巨大的物体。那时候，轴承的概念仅仅是一个原理模型，这样的应用最早可以追溯到修建胡夫金字塔时期。

早期人们在车辆中需要使用一定的装置来减少轮轴与轮毂的摩擦，最简单的轴套轴承就在那个时候广泛应用。1760年，英国人约翰·哈里森（John Harrison）在制作海上航行使用的精密计时钟的过程中，发明了带有保持架的滚动轴承。这是最早投入使用的带保持架的滚动轴承。

带保持架的滚动轴承诞生之后，在大规模生产时，工程师们遇到的最大困扰就是如何大批量地生产出高精度的钢球及滚子。1883年，德国人弗里德里希·费舍尔发明了一种可以大量生产高精度钢球的球磨机。这一发明被认为是后来滚动轴承工业的开端，随着这一发明的应用，滚动轴承迅速扩展到全世界。1905年，弗里德里希·费舍尔创建了FAG（Fischers Aktiengesellschaft，费舍尔股份有限公司），后被舍弗勒集团收购。

1895年，亨利·铁姆肯（Henry Timken）发明了圆锥滚子轴承，并于1898年获得圆锥滚子轴承专利。1899年铁姆肯滚子轴承公司（现为铁姆肯公司）成立，从此为客户带来了可承受较大复合载荷的滚子轴承。

当时市场上有了可以承受径向载荷、轴向载荷以及复合载荷的轴承，但是对于方向变动载荷或者是需要调心的载荷承载还是问题。1907年，瑞典人斯文·温奎斯特（Sven Gustaf Wingquist）发明了调心球轴承，并成立了SKF公司（Svenska Kullargerfabriken，瑞典轴承工厂）。后来SKF又发明了调心滚子轴承。

至此，滚动轴承的主要品类都已诞生，现代轴承工业代表品牌及其生产已经成型。时至今日，这些轴承类型仍然是工程领域使用的主要滚动轴承类型。

二、摩擦与轴承

轴承的主要作用是减少机械转动时相互接触又相对运动的表面摩擦。摩擦通常分为静摩擦、滑动摩擦和滚动摩擦。

当两个相互接触的物体有相对运动趋势而并未出现相互之间的位置改变时，接触表面的阻力就是静摩擦力。

当物体相对运动的趋势增大到一定程度，克服了静摩擦的最大值时，便出现了相对运动以及相对位置的改变。这个静摩擦的最大值就是最大静摩擦力。而当相互接触的物体相对发生运动时，其摩擦力就是滑动摩擦，或者滚动摩擦。

除了接触表面的正压力以外，决定接触表面摩擦力大小的条件还包括接触表面的粗糙度、硬度以及润滑条件。而摩擦系数用来描述接触表面在一定正压力下产生摩擦阻力的程度。一般地，滑动摩擦系数为0.1～0.2，滚动摩擦系数为0.001～0.002。由此可见，滚动摩擦与滑动摩擦相比具有更小的摩擦系数。

三、轴承分类

正是由于摩擦形式的不同，轴承可以分为滚动轴承和滑动轴承。

滚动摩擦是滚动轴承内部滚动体与滚道之间主要的摩擦形式，而滑动摩擦是滑动轴承两个轴承圈之间的摩擦形式，二者对比见表3-1。

在一般的齿轮箱中，滚动轴承应用较广泛，是本书要介绍的内容。本书后续内容如果没有特殊指出，均代表滚动轴承。

滚动轴承的种类虽然繁多，但都已成为“标准件”，具有统一的编号形式，使用时按样本选用即可。

（一）按轴承的尺寸大小分类

轴承的大小是按其公称外径尺寸大小来确定的，具体分类见表3-2。

（二）按承受载荷方向、公称接触角及滚动体形状分类

1.公称接触角的定义

公称接触角（简称接触角， α ）是指滚动体与滚道接触区中点处滚动体载荷向量与轴承径向平面之间的夹角。由于一般滚动体载荷作用在接触区的中心与接触表面垂直，所以接触角即指接触面中心与滚动体中心的连线与轴承径向平面之间的夹角。

通过滚动体中心与轴承轴线垂直的平面称为轴承的径向平面；包含轴承中心线的平面称为轴向平面。

图3-1为几种类型轴承接触角的表示方法。

2.分类

根据GB/T 271—2017《滚动轴承 分类》，将滚动轴承按其所能承受的载荷方向或接触角的不同分为向心轴承和推力轴承；按滚动体形状不同分为球轴承和滚子轴承。综合以上分类，其基本类型见表3-3。

（三）按轴承的结构分类

按结构的不同，滚动轴承有很多分类形式，常见类型见表3-4。

（四）几种特殊工况下使用的轴承

当设备运行在特殊环境中或具有特殊运行要求的场合时，需用配置符合要求的特殊轴承。常见的几种特殊轴承见表3-5。

四、滚动轴承的基本结构、组成部件以及各部位的名称

一般的滚动轴承都有轴承圈、滚动体、保持架三个最基本的组成部分。其中轴承圈包括轴承外圈和内圈。

不同设计的轴承还可能包含密封件、润滑、各种形式的挡圈等结构。图3-2所示为深沟球轴承的各个组成部分。

（一）常用系列部件及各部位的名称

常用的深沟球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、角接触球轴承、调滚子轴承和推力球轴承的结构及各部位的名称如图3-3所示。

（二）密封装置

很多小型球轴承以及一些调心滚子轴承等有各种密封装置，用于封住内部的油脂和防止外面的粉尘进入（所以也称为“防尘盖”），并分一面或两面两种。在GB/T 272—2017《滚动轴承 代号方法》以及JB/T 2974—2004《滚动轴承代号方法的补充规定》中规定：用字母和数字标注在规格型号后面，一面的称为Z型，两面的称为2Z型。常用的有：“-Z”（轴承一面带防尘盖，例如6210-Z）、“-2Z”（轴承两面带防尘盖，例如6210-2Z）、“-RZ”（轴承一面带非接触式骨架橡胶密封圈，例如6210-RZ）、“-2RZ”（轴承两面带非接触式骨架橡胶密封圈，例如6210-2RZ）；“-RS”（轴承一面带接触式骨架橡胶密封圈，例如6210-RS）、“-2RS”（轴承两面带接触式骨架橡胶密封圈，例如6210-2RS）等符号，如图3-4所示。

（三）保持架

保持架在轴承中是用于分隔引导滚动体运行的零件。它可以防止滚动体之间的金属直接接触带来的摩擦和发热；同时为润滑提供了空间；对于分离式的轴承在安装和拆卸过程中也起到了固定滚动体的作用。

保持架有用于球轴承的波浪式和柱式，以及用于圆锥轴承的花篮式、筐式等多种形式，波浪式的材质一般用钢材冲压制成，花篮式的材质则有实体黄铜、工程塑料、钢或球墨铸铁、钢冲压板、铜冲压板等多种。其形状如图3-5所示，保持架所用材料的字母和数字代号见表3-6。

（四）滚动体

滚动体按其形状分类，有球形、圆柱形（含短圆柱形、长圆柱形和针形）、锥形（实际为圆台形）、球面形（鼓形）和针形等几种（见图3-6）。

五、滚动轴承代号

（一）代号的三个部分名称及包含的内容

GB/T 272—2017《滚动轴承 代号方法》规定了滚动轴承代号的编制方法。其中规定滚动轴承代号由前置代号、基本代号和后置代号共3个部分组成，其排列见表3-7。由于第1部分（前置代号）对于识别整套轴承意义不大，所以下面仅介绍第2和第3部分所包含的内容。

（二）基本代号和所包含的内容

1.结构类型代号

基本代号中的结构类型代号用数字或字母符号表示，各自所代表的内容见表3-8，对应示例如图3-7所示。

2.尺寸系列代号

基本代号中的尺寸系列代号用两位数字表示，前一位是轴承的宽度（对向心轴承）或高度（对推力轴承）系列代号，后一位是轴承的直径（外径）系列代号，例如“58”表示该轴承的宽度系列为5、直径系列为8的向心轴承，详见表3-9。

在与结构类型代号合写成组合代号（轴承系列代号）时，前一位是0的，可省略（另有其他可省略的情况，详见表3-10）。

宽度、高度、直径（外径）的实际尺寸数值，将根据其代号从相关表中查得。

3.内径系列代号

基本代号中的内径尺寸系列代号用数字表示，根据尺寸大小的不同，表示方法也有所不同，详见表3-10，其中 d 为轴承内径。

4.常用的轴承组合代号

轴承的结构类型代号和尺寸系列代号合在一起组成轴承的组合代号。常用的轴承组合代号见表3-11，表中用括号“（　）”括起来的数字表示在组合代号中可以省略。

（三）轴承后置代号及其含义

滚动轴承后置代号用于表示轴承的内部结构、密封防尘、外部形状变化，保持架结构、材料改变，以及轴承零部件材料改变、公差等级、游隙等方面的内容，用字母或数字加字母符号表示。现将与常用轴承有关的密封防尘、外部形状变化，以及保持架结构、材料改变等方面的内容介绍如下。

1.密封、防尘与外部形状变化代号

密封、防尘与外部形状变化代号用字母或数字加字母表示，见表3-12。

2.保持架材料代号

保持架材料代号见表3-6。但当轴承的保持架采用表3-13所列的结构和材料时，不编制保持架材料改变的后置代号。

3.公差等级代号

公差等级代号用字母或数字加字母表示，见表3-14。较常用的为0级（普通级）、6级、6X级、5级、4级和2级。其中0级尺寸公差范围最大，称为普通级，用于普通用途的机械（例如一般用途的电动机）；之后按这一前后顺序，尺寸公差范围依次减小，或者说精度等级依次提高。公差范围的具体数值见附录J及相关表册。

4.游隙代号

游隙代号用字母加数字表示（0组只用数字“0”），如不加说明，是指轴承的径向游隙（详见第二章），见表3-15。

（四）常用轴承代号速记图

常用轴承代号类型和尺寸系列内容速记“关系图”如图3-8所示。