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大家知道軸承（bearing）是一種什么樣的機械零件嗎？ 軸承被稱作“機械行業的食糧”，是廣泛應用于各種機器的重要零件。

軸承專欄第1講我們將對軸承的基礎知識、以及軸承的作用進行講解。

1．軸承到底是什么？

軸承是一種幫助物體轉動的零件。顧名思義，軸承就是支持在機器中轉動的“軸”的零件。 使用軸承的機器有汽車、飛機、發電機等等。我們生活中常用的冰箱、吸塵器、空調等家用電器也使用軸承。在這些機器中，軸承負責對安裝有車輪、齒輪、渦輪、轉子等零件的“軸”提供支持，幫助軸順暢地旋轉。 由于各種機器中要使用很多的旋轉“軸”，因此軸承就成了必不可少的零件，被人們稱作“機械行業的食糧”。這種零件看起來不起眼，但其實非常的重要。如果沒有它，我們將無法正常生活。

2．為什么重要？軸承的作用

為了使機器順暢運行，軸承究竟發揮著怎樣的作用？

它有兩大作用。 ?作用１? 減輕摩擦，使旋轉更順暢

旋轉的“軸”和旋轉支持部分一定會發生摩擦。軸承用在旋轉的“軸”和旋轉支持部分之間。

軸承可以減輕摩擦，使旋轉更順暢，減少能源消耗。這就是軸承的作用。

?作用2? 保護旋轉支持部分，使旋轉的“軸”保持在正確位置

旋轉的“軸”和旋轉支持部分之間會承受很大的力。軸承可以防止旋轉支持部分因這種力而損壞，使旋轉的“軸”保持在正確的位置。

正是由于軸承的這些作用，我們才能長時間反復使用機器。

3．軸承的使用量有多大？如果沒有軸承會怎么樣？

究竟有多少軸承支撐著我們的生活？由于軸承不會被眼睛直接看到，因此大家很難想象吧？這里，我們以身邊常見的汽車為例來介紹吧。小時候，大家是否玩過一種電池驅動的賽車玩具呢？很多人一定還記得，在車輪的支撐部分裝有軸承。那么，1輛真正的汽車究竟需要多少個軸承呢？

圖：汽車使用軸承的主要部位 ①動力裝置（部件）

案例：交流發電機、渦輪增壓器等

②轉向裝置（部件）

案例：轉向器、泵等

③動力傳遞裝置（部件）

案例：變速器、差動齒輪等

④行駛裝置（部件）

案例：車輪、懸架等 高級汽車的軸承使用數可達約150個。

這些軸承全都發揮著重要作用。

如果汽車中沒有軸承：

· 部件將無法順暢旋轉、消耗更多的能源

· 支持旋轉的部分很快就會出故障

從而導致汽車無法安全、舒適地運行。

因此，我們的美好生活背后，有數不清的軸承在默默工作。 總結

軸承零件正為我們的生活而運轉

正因為軸承是為我們的生活提供支持的重要零件，因此無論在哪個時代，對它的耐久性和精度都提出了很高的要求。并且，隨著機械技術的不斷發展，能適應嚴酷環境的更為特殊的新型軸承也將會被不斷開發應用。

未來，軸承還將不斷發展進步，為了我們的生活繼續“運轉”下去！

在第1講中我們已經介紹過，軸承是減輕摩擦、實現物體順暢（輕松）移動的工具。那么，軸承是何時誕生、如何進化、普及的呢？這一講，就為大家介紹軸承出人意料的歷史。

1．軸承起源于公元前？

在古代，人類為了減小摩擦想出了很多辦法，下面我們來談談建造埃及金字塔時的事例。 由巨大的“重型石塊”累積建造而成的巨大的金字塔令全世界無數人感到震撼。那么，古代人究竟是用什么方法搬運“重型石塊”的呢？人們通過古埃及的壁畫大致推測出了答案。

古埃及的多處壁畫都描繪了建造金字塔的情形。其中，部分壁畫顯示出當時人們在“重型石塊”的下方墊上圓木滾動搬運的場景。這可以推測出，古埃及人是通過圓木滾動來減小摩擦，以較小的力搬運“重型石塊”的。

這種搬運方法與軸承中使用滾動體（滾子）的思路有異曲同工之妙。

滾動圓木減小摩擦的方法 這種人類設法減小摩擦的記載雖然年代、方法不同，但在世界各地均有發現。從這一點可以看出，在人類歷史上，“通過減小摩擦順暢搬運物品”這件事曾經是多么的重要。 2．帶保持架的軸承是列奧納多·達·芬奇發明的嗎？ 列奧納多·達·芬奇是文藝復興時期意大利的天才藝術家。他與軸承有著很深的淵源，被稱作“近代軸承之父”也毫不為過。

對萬事都具有強烈好奇心的達·芬奇在機械設計領域曾留下巨大功績。在他的手稿（創作記錄）中，繪有機械中不可缺少的軸承的設計草稿。

他以無與倫比的創造力創造出可以大幅度減小摩擦的軸承結構。 該結構是一種在上下兩片圓盤（滾道圈）間夾入滾動球（滾動體）的裝置。令人驚異的是，這份設計草稿中描繪的軸承中還有防止滾動球相互接觸的“保持架”。

這與現在使用的軸承的結構幾乎完全相同。

根據列奧納多·達·芬奇的設計草圖、

由JTEKT技術人員復原的帶保持架軸承 因此，由滾道圈、滾動體（“滾珠”或“滾子”）、保持架構成的“軸承的基本結構”大約在距今約500年前就發明出來。天才的列奧納多·達·芬奇以他的創造力為軸承帶來了革命性的進化。

但是，即使發明出了軸承的基本構造，實際制造、量產仍不是那么容易的事。直到工業革命時期，軸承才廣泛應用于機械。 3．軸承的普及從工業革命開始

18世紀中葉到19世紀的工業革命時期，鋼鐵開始大規模量產。因此，高強度的鋼鐵制軸承才得以大量生產，并開始在各個領域廣泛應用。

其中，“使用軸承的車軸”就是在工業革命時期誕生的偉大發明之一。

首先發明的是滾動體使用“滾珠”的自行車車軸用滾珠軸承，并得到了廣泛普及。此后，滾動體使用“滾子”的馬車車軸用滾珠軸承也誕生了。

“使用軸承的車軸”的問世使得移動、搬運效率大大提升。

因此，當時的眾多產業機械也開始積極引進軸承，為工業化的發展做出了極大貢獻。

通過工業革命，軸承成了在背后支持工業發展的重要零件，也成了人們生活中不可或缺的工具。 總結 軸承的發展史就是人類文明進步的歷史

如果沒有軸承的發明，人類現在恐怕還在為搬運重物耗費巨大力氣。并且，我們的生活中恐怕也不會有這么多的機器為我們提供便捷、舒適的服務。

軸承的誕生和進步對文明的發展產生了巨大影響。

可以說，軸承是前人智慧和技術的結晶，是推動“工業化發展史”的幕后英雄。

在第3講中，我們將介紹軸承的結構及各構成零件的作用。

１．軸承的原理軸承通過滾動運動減輕摩擦

如圖1所示，當“軸”開始旋轉時，軸承內的多個“滾動體（“滾珠”或“滾子”）”會開始滾動。

軸承就是通過這種“滾動運動”來減輕摩擦的。

圖1 軸承和滑動軸承的結構

與“滑動運動”的滑動軸承相比，“滾動運動”的軸承更能減輕摩擦，減少旋轉能量的消耗。

那么，軸承結構是什么樣的呢？下面就為大家詳細介紹。 2． 軸承的結構

現代軸承雖然種類繁多，但其基本結構與約500年前列奧納多·達·芬奇構思的軸承結構大致相同。 軸承的構成零件有：

● 滾道圈。..。..環狀零件

● 滾動體。..。..在滾道圈間滾動的零件（滾動體有“滾珠”和“滾子”）

● 保持架。..。..為避免滾動體之間相互接觸、使滾動體保持一定間隔的零件。

滾道圈

圖2中所示的軸承叫做“徑向軸承”，支持軸垂直的方向的所受的力。

滾珠軸承的滾動體使用“滾珠”，滾柱軸承的滾動體使用“滾子”。

圖2 徑向軸承的結構 滾道圈用于這種徑向軸承。

組裝到軸上的內側的滾道圈叫做內圈。

外側的滾道圈叫做外圈，外圈組裝到外殼（※1：見圖3）中。

※1 外殼

外殼是指組裝軸承時與軸承外圈接觸的零件。

圖3 外殼 滾道圈

圖4中所示的軸承叫做“推力軸承”，支持軸同方向的力。

滾道圈用于這種推力軸承。

組裝到軸側的滾道圈叫做軸圈。

組裝到外殼側的滾道圈叫做座圈。

圖4 推力軸承的結構 為了實現順暢旋轉，軸承滾道圈中滾動體滾動的表面加工得十分光滑。

滾動體

如表1所示，滾動體有“滾珠”和“滾子”。 表1 滾動體的種類

根據支持的大小、旋轉速度等軸承的使用條件，有各種不同類型的滾動體可供選擇。 關于軸承的型式，我們將在第4講軸承專欄中進行介紹，有興趣的學員可參閱下一頁內容。 保持架

如圖5所示，當軸承內圈旋轉時，滾動體也會開始滾動。此時，如果軸承中沒有保持架，相鄰的滾動體會互相接觸。

接觸表面兩個滾動體的滾動方向相反，會對滾動體的滾動運動形成障礙。

圖5 無保持架時滾動體的滾動運動 為防止這種情況，使用保持架將相鄰的滾動體隔開，以使滾動體能夠順暢滾動。

根據支持力的大小、旋轉速度等軸承的使用條件，有各種不同類型的保持架可供選擇。

圖6中所示為代表性的保持架種類。

圖6 代表性的保持架 由此可見，滾道圈、滾動體、保持架各自發揮著不同的作用。這些作用相互配合，軸承才能順暢旋轉。然而，僅有這些構成零件，軸承仍然無法“穩定”地持續順暢旋轉。 下面，我們就為大家介紹軸承的另一個重要物品。 3．穩定旋轉所需的潤滑劑

為了保證軸承能“穩定”、順暢地旋轉，就必須減小滾動運動的摩擦，并防止零件的磨損。“潤滑劑”便可以發揮這種作用。

軸承的“潤滑劑”大多使用半固體狀（膏狀）的“潤滑脂”和液體狀的“潤滑油”。

此外，“潤滑劑”還有降低旋轉軸承內部發熱、延長軸承壽命的作用。

因此，“潤滑劑”也是確保軸承“穩定”順暢旋轉的“重要物品”。 總結 確保軸承“穩定”、順暢旋轉的零件和潤滑劑 軸承的零件包括滾道圈、滾動體、保持架，它們各自發揮著不同的作用，這些作用相互配合，軸承才能順暢旋轉。 并且，“潤滑劑”能減小滾動運動的摩擦，防止零件磨損。 各個零件發揮自己的重要作用，軸承才能“穩定”地持續順暢旋轉。

1．軸承的分類

軸承會受到來自不同方向的力，因此可以根據“受力方向”對軸承進行分類。

首先我們來介紹一下軸承的受力。

圖1所示為安裝了輪胎的汽車車輪用軸承所受的力。

一種是承受汽車重量的力（圖1中藍色箭頭所示），軸承須承受與車軸垂直的力。

此外，在汽車轉彎時會發生離心力（圖1中紅色箭頭所示），軸承會承受與車軸同方向的力。

圖1 汽車車輪用軸承所承受的力 如上所示，軸承日常會承受來自不同方向的力。

因此，我們可以按照受力方向以及承受能力對軸承進行分類。 軸承承受的徑向負荷和軸向負荷；軸承承受的力叫做“負荷”；與軸垂直的力叫做“徑向負荷”；與軸同方向的力叫做“軸向負荷”。

圖2 徑向負荷和軸向負荷 軸承的分類

根據軸承可以承受的力的方向和滾動體形狀，軸承可以分為表1中所示的4個種類。 表1 軸承的分類

2．徑向滾珠軸承

徑向滾珠軸承是承受“與軸垂直的方向所受的力”的“球”軸承。深溝球軸承（滾珠軸承）

深溝球軸承是軸承中常用的種類。

深溝球軸承不僅可承受徑向負荷，還可同時承受一定程度的雙方向軸向負荷。

承受較大軸向負荷時，應使用后面介紹的角接觸球軸承。 角接觸球軸承

角接觸球軸承可以同時承受徑向負荷和單方向的軸向負荷。

承受雙方向的軸向負荷時，應組合使用兩個以上角接觸球軸承。

圖3 承受雙方向軸向負荷的角接觸球軸承組合 軸承承受“徑向負荷”和“軸向負荷”時，滾道圈和滾動體之間承受的負荷方向與垂直于軸的方向的角度叫做接觸角。

圖4 承受“徑向負荷”和“軸向負荷”的角接觸球軸承的結構 接觸角度一般分為15°、30°、40°，分別用字母C、A、B表示。

3．徑向滾柱軸承

徑向滾柱軸承是承受“與軸垂直的方向所受的力”的“滾子”軸承。徑向滾柱軸承比徑向滾珠軸承承受的負荷更大，根據滾子種類有不同的類型。如，圓柱滾子軸承，滾針軸承，圓錐滾子軸承，調心滾子軸承。

圓柱滾子軸承

滾動體使用“圓柱滾子”。圓柱滾子軸承比深溝球軸承承受的徑向負荷更大。可以用于產生沖擊的機器中。 滾針軸承

滾動體使用“針形滾子”。滾針軸承使用比圓柱滾子直徑更小的針形滾子，如圖5所示，這種軸承的截面高度較低，有助于實現機器的小型化和輕量化。

圖5 圓柱滾子軸承和滾針軸承的截面高度比較 圓錐滾子軸承

滾動體使用圓錐臺形的“圓錐滾子”。

圓錐滾子軸承在滾柱軸承中使用非常廣泛，可以同時承受徑向負荷和單方向的軸向負荷。

承受雙方向的軸向負荷時，應組合使用兩個以上圓錐滾子軸承。

圖6 承受雙方向軸向負荷的圓錐滾子軸承組合

調心滾子軸承

滾動體使用桶形的“球面滾子”，如圖7所示，組裝在“擁有球面的外圈滾道面”和“內圈滾道面”之間。因此，調心滾子軸承的內圈、滾動體、保持架可以在傾斜于外圈的狀態下旋轉。

圖7調心滾子軸承的結構

如圖8所示，調心滾子軸承在承受較大負荷、軸容易撓曲的機器中使用。

圖8軸的撓曲 總結 根據承受力的方向和大小，有各式各樣的“軸承種類”，可根據機器結構或使用方式選擇適當的“軸承種類”。

除了這里介紹的種類以外，還有很多其他的“軸承種類”。

1. 汽車用軸承是如何使用的？ 在本次專欄中，我們將以汽車中將發動機動力傳遞給車軸的變速器和差動齒輪為例，來解說軸承是如何使用的。

圖1 將發動機動力傳遞給車軸的裝置 2. 變速器中使用的軸承

汽車所需的驅動力取決于行駛狀況，比如快速運行時、或在坡道上需要較大驅動力時等等。

變速器是將發動機的動力轉換為適合行駛的驅動力并傳遞給車軸的裝置。在變速器內部，不同種類的軸承發揮著各自的特點，在汽 車零件中，也使用了很多的軸承。

變速器大致可以分為手動變速器和自動變速器兩種類型。在使用手動變速器的汽車中，操作桿設置在駕駛席的位置。

圖2 手動變速器用操作桿

操作人員手動操作變速桿，將發動機的動力轉變為適合行駛狀況的驅動力。

手動變速器由軸和齒輪構成，下面就對支持這些零件的軸承進行介紹。

圖3 手動變速器的結構

圖4 手動變速器的原理 支持軸的軸承

根據發動機的動力大小使用種類合適的軸承，對軸的旋轉和齒輪產生的力進行支撐。

表1 支持軸的軸承

圖5 支持軸的深溝球軸承 支持齒輪的軸承 在手動變速器中，齒輪始終相互嚙合著旋轉。

要將適合行駛的驅動力傳遞給車軸，就要通過操作桿選擇適合該驅動力的齒輪（A）。所選齒輪（A）與軸連接，以與軸相同的速度旋轉。

當行駛狀況發生變化，需要將不同的驅動力傳遞給車軸時，則通過操作桿使與軸連接的齒輪（A）離開軸，并選擇適合不同驅動力的齒輪（B）。所選齒輪（B）與軸連接，以與軸相同的速度旋轉。

此時，離開軸的齒輪（A）和軸的旋轉速度不同。

為了使齒輪和軸以不同的轉速旋轉，在齒輪和軸之間裝入了滾針軸承（針形滾子和保持架的組件），在齒輪內徑面（內側面）和軸的外徑面（外側面）之間滾動。

圖6 變速齒輪和軸的轉速

圖7 支持齒輪的軸承（針形滾子和保持架的組件） 3. 差動齒輪中使用的軸承

汽車左右轉彎時，會降低內側車軸的轉速，提高外側車軸的轉速。

差動齒輪是將來自變速器的驅動力轉換為更大的驅動力，并傳遞給左右車軸實現不同轉速的裝置。

圖8 汽車轉彎時車輪的旋轉 差動齒輪安裝在小齒輪軸（變速器側的軸）和車軸側軸上的齒輪垂直嚙合。軸承對軸的旋轉和齒輪產生的力進行支撐。

圖9 差動齒輪的原理

圖10 差動齒輪的結構 支持軸的圓錐滾子軸承 組合安裝的圓錐滾子軸承同時支持徑向負荷和雙方向的軸向負荷，確保齒輪的正確嚙合，將大驅動力傳遞給左右車軸。

圖11 低扭矩圓錐滾子軸承 總結

本次專欄介紹了將發動機動力傳遞給車軸的裝置中使用的軸承，但在汽車中，還有很多其他部位也使用大量軸承。每個軸承發揮各自的特點，提高了汽車的行駛性能和安全性。

為了進一步提高汽車的安全性和舒適性，今后對軸承在性能和可靠性方面的要求將不斷提高。

我們將介紹在 “能源制造”、“原材料制造”、“產品加工” 這3個領域的機器中使用的軸承。

1．能源制造中使用的軸承 - 風力發電機

發電機是為我們的生活制造能源的設備。風力發電機已在全球范圍內得到普及。

由于安裝在高處的風力發電機檢修難度高，因此就要求軸承具備高可靠性（故障極少）和長壽命。

風力發電機中使用了很多軸承，在這里，我們將對接受風力向發電機傳遞旋轉力的 “主軸用軸承” 進行介紹。

圖1 安裝在高處的風力發電機

圖2 風力發電機的結構 主軸用軸承

風力發電機利用風力使主軸旋轉，并將這種旋轉力傳遞給發電機進行發電。

主軸用軸承除了要支撐葉片和旋轉部分的重量外，還要承受大小和方向不規則變化的風力。

因此，風力發電機的主軸用軸承主要使用能夠支撐大的力、且調心性優異的調心滾子軸承。

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■什么是調心性？

調心性是指內圈、滾動體、保持架可以在傾斜于外圈的狀態下順暢旋轉的特性。

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為了支撐大的力，主軸用軸承通常使用超過1m的大型調心滾子軸承。

圖3 風力發電機主軸用大型調心滾子軸承 2．原材料制造中使用的軸承 – 鋼鐵軋機

鋼鐵軋機是原材料制造機械的代表性設備，它可以根據不同用途制作出不同形狀的鋼鐵材料，下面我們就對這種設備進行介紹。

圖4 鋼鐵材料的常見形狀

在軋機中，鋼鐵材料通過旋轉的2個軋輥間被加壓軋制。另外，正如“趁熱打鐵”這句成語所說，鋼鐵材料很多時候都是在高溫狀態下進行軋制的。因此，這種情況下軸承便需要在高溫條件下承受大力使軋輥旋轉。

圖5 鋼鐵軋機的結構 工作輥用軸承

工作輥使用四列圓錐滾子軸承來支承軋制時產生的非常大的徑向負荷和兩個方向的軸向負荷。

圖6 工作輥用四列圓錐滾子軸承 支承輥用軸承

雖然工作輥在軋制時會因承受較大的負荷而容易變形，但支承輥可以抑制其變形。支承輥使用支承大徑向負荷的四列圓柱滾子軸承和支承軸向負荷的多列圓錐滾子軸承。

圖7 支承輥用軸承 3．產品加工中使用的軸承 – 加工中心（機床）

最后為大家介紹的是產品加工設備。

根據用途加工各種形狀的產品及零件的設備叫做“機床”。

其中，通過計算機控制進行加工的加工中心近年來迅速普及。

加工中心可以實現人工難以做到的精密、細微加工，而且可以大幅縮短加工時間。

圖8 產品加工用機床

為了避免因加工中的發熱而導致工件尺寸變化及加工精密性降低，加工中心的主軸（安裝刀具的主軸）需要使用升溫幅度小的軸承。

圖9 加工中心的結構和主軸

◆主軸用軸承

主軸使用角接觸球軸承，同時承受加工時的徑向負荷和軸向負荷。

圖10 主軸用角接觸球軸承 此款采用陶瓷作為軸承材料。

這種陶瓷軸承在高速旋轉時的升溫幅度小，能夠抑制工件的尺寸變化。并且，這種軸承還能將導致發熱主要因素的潤滑油僅以適當的量供給到必要的部位，并迅速排出。

＜總結＞為我們的生活提供支持的軸承

制造能源的機器、制造材料的機器、加工產品的機器在我們平時的生活中并不常見。

但是，這次介紹的加工產品的機器中都使用了很多軸承。

這些軸承不光支承著力旋轉，也為我們的生活提供著強大的支持。?

1.什么是特殊使用環境用特殊材料和潤滑劑的軸承？ 普通軸承的零件使用金屬材料制成，并使用潤滑油或潤滑脂作為潤滑劑。但是，這些普通軸承如果在 產生電氣；產生磁力；容易受酸堿等腐蝕等的環境中使用，很快就會損壞，無法順暢旋轉。

為確保能在上述環境中使用，特殊使用環境用特殊材料和潤滑劑的軸承應用而生。 2.為“美好生活”提供支持 - 空調用軸承

圖1空調室外機 空調室外機中裝有將空氣送出室外的風扇，支撐這個風扇的是軸承。

近年來，可隨意控制電機轉速（變頻）的電機日漸增多，由于其特性，在工作時會因高頻電流而產生電壓。

當電壓積累到超過一定量，電流會流經軸承內部，可能會導致軸承故障。該現象稱為“電蝕”。

因此，需要采用以絕緣性能優異的（電流不易通過）陶瓷作為滾珠（滾動體）的軸承。

圖2 室外機風扇用軸承 另外，陶瓷軸承還被用于在基礎相關設施和醫院等地使用的重要設備機械用電機，防止突發性的設備故障。 3.為“健康生活”提供支持 - 醫療設備用軸承 圖3MRI（磁共振診斷裝置）

圖4MRI用電機 隨著老齡化的日趨嚴重，人們對健康的關注度不斷加強，醫療設備在全世界范圍內不斷增加。

MRI（磁共振診斷裝置）利用強磁性力拍攝內臟器官和血管，對身體內部進行檢查。

如果在MRI的強磁性下使用普通軸承，會對磁場產生干擾，無法進行精密檢查。另外，軸承也無法順暢旋轉。

因此，用于MRI時，需要使用不受強磁性影響的軸承。

圖5 MRI電機用陶瓷軸承 軸襯的滾道圈和滾珠（滾動體）使用不易受磁性影響的陶瓷，保持架使用潤滑性能優異的樹脂，為精密的醫療檢查作出了貢獻。 4.為“身心充實的生活”提供支持 - 滑板軸承 奧運會選手使用的滑板中，采用了根據選手的期望而全新開發的軸承。

滑板的4個輪子各使用2個軸承（共8個）。

圖6 滑板的車輪

滑板中安裝了使用陶瓷滾珠并對滾道圈和保持架實施特殊表面處理的軸承，提升了“旋轉輕巧”、“旋轉流暢”、“騎乘舒適性”等感受。另外，還能使速度保持到比賽結束，讓運動員可以挑戰更高難度的技巧。由此，為成功完成高難度技巧動作“腳跟翻”作出了貢獻。

圖7 單排輪滑板用軸承＜使用陶瓷球的軸承＞

審核編輯 ：李倩