第二节
齿轮箱生命周期与轴承应用技术

前面讲述了齿轮箱轴承应用技术在齿轮箱技术和轴承技术之间所处的地位。要对齿轮箱轴承应用技术进行阐述，必须首先了解轴承应用技术在齿轮箱整个生命周期中的哪些环节需要被使用。

一、齿轮箱设计过程中的轴承应用技术

齿轮箱的设计流程已经十分成熟，总体上分为三个阶段：传动装配设计阶段、齿轮设计阶段、轴系统设计阶段。本节通过对这三个齿轮箱设计阶段的介绍来看轴承应用技术在其中的位置。

需要指出的是，上述三个阶段并非顺序单向进行的。实际的设计过程往往是初步选定，然后再深入计算校核，最后反复迭代的过程。在每次选定、迭代的过程中，很多参数也影响了最终轴承的选择。

（一）传动装配设计阶段

齿轮箱的总体设计是从外界工况要求开始的。当一个传动需要使用齿轮箱时，首先对齿轮箱提出变速要求，这是齿轮箱的核心功能。工况需求会给出输入轴的转速、转矩，同时给出所需的输出轴的转速以及相应的转矩。这些输入、输出的要求是设计齿轮箱的功率、传动比的边界条件。

在这个阶段，工况要求也会给出齿轮箱的装配方式、尺寸限值等条件。这些条件是设计齿轮箱的外形以及内部结构的边界条件。

在这个过程中，齿轮箱工程师根据要求完成了电机的选择，传动比的确定，各个轴的转速、功率、转矩的计算以及一些其他参数的计算。通过这些计算大致确定齿轮箱的基本内部结构。同时，与轴承相关的一些参数也被选定，比如传动级数、轴数量、每根轴的转速、基本布置等相关因素。这些在第一个步骤完成的计算结果将成为轴承选择部分的前提条件。

在这个阶段，根据装配尺寸要求，齿轮箱工程师可以大致完成一个初步的齿轮箱结构布置方式。这些布置方式影响轴承将来的位置等情况。

本书重点不在齿轮箱设计，因此诸多计算、设计等过程不予展开。但是做齿轮箱轴承应用技术工作时应该知道，齿轮箱设计最初阶段的一些选择将是后续轴承选择的边界条件，这些参数的计算是后续轴承选择的基础。

（二）齿轮设计阶段

从原始参数开始对减速器中的齿轮箱进行计算，获得一些主要参数，再通过这些参数求取齿轮传动的中心距，然后得到各个齿轮的各项具体参数，从而进行齿轮的设计。在齿轮的设计环节，齿轮的中心距，齿轮的啮合位置能影响整个轴系统中的受力位置，对后续轴承受力产生影响，从而也影响了轴承的选型。

（三）轴系统设计阶段

齿轮箱工程师在进行总体结构设计时，传动零件、轴、轴承是十分关键的。同时其他周围的零件结构和尺寸选择将受到这些零件的影响。因此，在齿轮箱总体结构设计阶段，首先确定主要零件，然后从齿轮箱内部向外逐步进行。

在总体结构设计部分，首先确定齿轮箱内传动轮廓及相对位置，其中包括确定传动件的中心线、齿顶圆、节圆、轮缘以及齿轮宽等轮廓；然后根据相应的间距要求确定齿轮箱壁的位置；进而进行轴的结构设计。

至此，轴的直径尺寸已经确定，齿轮的受力情况也已经确定，这样就可以根据齿轮箱内每一个轴系统上的轴系受力、转速等要求对轴承进行选型设计。

当然，轴系统零部件的选型、校核除了轴承以外还有相关其他零部件，如键、密封件等方面的技术，非本书讨论范围，此处不赘述。

完成上述校核计算与初步设计就可以绘制齿轮箱的总体结构图。

在总体设计过程中，还有一个很重要的环节就是润滑设计，这个环节的设计也与轴承密切相关。

完成齿轮箱总体设计后，再分别进行零部件图样的绘制和设计，最后完成齿轮箱设计说明。至此，齿轮箱的设计工作完成。

从上面的介绍中不难看出，齿轮箱从一开始的传动设计，到后面的轴系统设计，很多因素都会对齿轮箱和轴承的选型造成影响。这些影响包括轴承的选型和轴承的布置，具体而言就是在外界载荷确定的情况下选择哪个型号的轴承，对选择好的轴承进行校核计算，完成轴承在轴系统中的配置工作。

在实际工程中，经常把设计人员的设计工作想象成实际工艺实施过程的图样模拟。对于轴承也是一样，在齿轮箱设计中，要在众多的轴承中选择可以满足要求的轴承，先进行计算，然后在图样上把轴承“装”在轴上。

在这个阶段，齿轮箱轴承应用技术中的选型、校核、轴承配置技术是齿轮箱工程师进行设计不可缺少的知识储备。

二、齿轮箱装配过程中的轴承应用

当齿轮箱完成设计之后，零部件进入工厂，由相关技术人员进行齿轮箱组装。良好的安装工艺是保证轴承正常运行的关键。齿轮箱的安装过程包括齿轮的安装、轴的安装、密封件的安装等。这些零部件中结构相对复杂的就是轴承。轴承安装是齿轮箱安装一个十分关键的环节。因此，了解正确的轴承安装技巧和方法，对于齿轮箱性能的保障十分重要。

在这个阶段中，轴承的安装技术是现场技术人员和操作人员必须储备的知识。

三、齿轮箱使用、维护以及故障分析中的轴承应用技术

齿轮箱投入使用后需要进行相应的维护与维修。在齿轮箱的使用过程中，如果能够实现一些运行状态参数的监控与监测，则有利于齿轮箱的预测性维护与故障诊断。因此，齿轮箱轴承应用技术中的状态监测与故障诊断技术将在这个环节中得到应用。

在维护、维修过程中，轴承是一个十分关键的零部件，也是一个故障高发的零部件。当齿轮箱轴承出现故障时，需要对轴承故障进行失效分析，会用到轴承失效分析技术。进行轴承失效分析之前有时需要拆卸轴承，为避免拆卸造成轴承的次生损坏，就需要掌握正确的轴承拆卸技术。

在齿轮箱的使用过程中，如果其他零部件出现失效需要进行更换时，在不得已的情况下可能对轴承进行拆卸和重新安装，因此齿轮箱轴承的安装和拆卸技术将在这个环节中得到应用。

综上所述，齿轮箱从设计到维护，再到最终生命周期的完结，至少经历几个不同的阶段，如图1-1所示。而在这些不同阶段中，齿轮箱轴承应用技术范畴下的不同方面会得到应用。这些不同方面的技术一起构成了齿轮箱轴承应用技术的主体。