滚动轴承保持架引导方式案例（二）：保持架引导方式的一般选用准则

在轴承实际选型，或根据应用工况设计轴承时，保持架的引导形式设计选型非常重要，选择保持架的引导方式主要根据以下五个方面考虑。

1：根据轴承运转速度

1.1 低、中速采用滚动体引导

低、中速轴承采用滚动体引导而非套圈引导，除了简单、适用、经济外，最主要的原因为：在该运转速度条件下，保持架与套圈引导面之间很难建立流体动力润滑油膜，边界润滑或干摩擦会导致较大温升与较快磨损。

1.2 高速、急加减速采用套圈引导

高速轴承采用套圈引导，主要原因为：1）“油润滑+高速”易在保持架引导面形成良好的流体动力全油膜润滑；2）与滚动体引导相比，可降低保持架对滚动体的拖动力。

1.2.1：外圈引导的特点有：

• 由于材料的不均匀或缺陷、加工与装配误差以及设计上的几何不对称等，将导致保持架存在质量偏心现象。在高速离心力的作用下，沿质量偏心方向的保持架外径引导面会首先贴靠外圈挡边而发生摩擦磨损，从而使保持架自行达到动平衡。
• 外圈引导与内圈引导相比，保持架的内、外径更大，在相同数量滚动体的条件下，保持架过梁更宽，因而强度增强；或者在相同保持架过梁宽度的条件下，可以装入更多的滚动体，使轴承的刚度与承载能力进一步提高。
• 外圈工作温度通常比内圈低，引导面摩擦产生的热量容易散发，润滑状态更有利。
• 内圈旋转时，外圈引导保持架的质心涡动轨迹比内圈引导更稳定。
• 由于外圈挡边半径小于滚道半径，在离心力的影响下，保持架引导面可能存在贫油的风险（可以在外圈挡边处设计径向油孔以保证引导面润滑的可靠性，如图1）。

图1：提高引导面润滑可靠度的外圈油孔设计

• 由于外圈挡边以及保持架外径引导面贴靠的影响，藉由离心力抛甩至外圈滚道的润滑剂不易流出，容易形成搅拌热（圆柱滚子轴承由于是直挡边，这一效应比弧形沟道的角接触球轴承及深沟球轴承更显著）。

1.2.2：内圈引导的特点有：

• 内圈引导与外圈引导相比，质量偏心会导致保持架内径引导面在离心力相反部位的接触磨损，使其动平衡越来越恶化（通过提高保持架的加工精度，进行精密严格动平衡，以及保证良好的润滑条件，由质量偏心导致的偏磨负面效应会大大降低）。
• 保持架引导面与内圈挡边的滑动线速度比外圈引导时低，因而摩擦磨损更小（在需要低摩擦力矩的低速应用场合表现更为突出）。
• 保持架尺寸与质量比外圈引导时小，节材且旋转时离心力降低（但装入的滚动体数量及轴承刚度、载荷容量也相应减小）。
• 存在轻载或变向载荷时，保持架内径引导面与内圈挡边间的润滑油黏性拖曳力形成了对保持架的拖动力，可降低滚动体打滑蹭伤等风险。
• 内圈直滚道引导时，在脂润滑条件下，轴承初期磨合时间短；在油润滑条件下，轴承内部的润滑油不会积存。

2：根据轴承润滑方式

2.1 脂润滑采用滚动体引导

脂润滑时，由于润滑脂是半固体半液体状，流动性较差，不易在保持架引导面与套圈挡边处形成持续有效润滑，因此通常采用滚动体引导。若套圈引导保持架的轴承采用脂润滑，应注意其转速性能会受到限制。

2.2 油润滑采用套圈引导

套圈引导适用于油润滑，且根据润滑方式不同而有相适配的选择。对于油浴、溅射等类的润滑，外圈或内圈引导均可；对于油气、喷射等类的润滑，以外圈引导为宜；对于环下润滑，则内圈引导是优先选项。

3：根据轴承保持架形式

3.1 冲压保持架采用滚动体引导

冲压保持架质量轻，强度中等，转动惯量小，易于驱动与引导。另外，冲压保持架截面尺寸小，可使润滑油路通畅；脂润滑时，方便向轴承内部填脂并具有更大的储脂空间，有利于保证和延长轴承的免维护周期或耐久性寿命。但冲压保持架在高速、急加减速以及变向等工况下刚度偏弱，不耐磨损。冲压保持架主要用于中小型及以下轴承，滚动体引导；也有部分类型轴承采用套圈引导，如圆柱滚子轴承的M型保持架为外圈引导，如图2所示。

图2：圆柱滚子轴承用M型保持架

3.2 实体保持架采用套圈引导或滚动体引导

实体保持架通常用于高强度场合与大尺寸轴承，其与冲压保持架相比，可以允许更高的工作转速和工作温度，并承受更重的载荷或振动、冲击、变向、变载等复杂载荷，但由于质量更大，因此驱动其也需要更大的拖动力；也由于材料强度更高，因此可以节省保持架的空间，使兜孔间距减小，增加滚动体数量，提高轴承载荷容量。以常用的黄铜实体保持架为例，其具有强度高，与轴承钢套圈为“低摩擦副”，“黏着”风险小，磨损特性好，磨屑少，耐腐蚀，加工精度容易保证，使用可靠度高等优越特点。

3.3 工程塑料保持架采用套圈引导或滚动体引导

工程塑料保持架通常都要填充其他材料（如玻璃纤维、碳纤维等）进行增强等改性处理，其与冲压、实体保持架相比，具有：

• 轻量化（转动惯量小，转矩波动小）

• 良好的强度与弹性（可装入更多的滚动体，受力变形后可恢复原状）

• 低噪声（具有振动阻尼作用）

• 适应滑动线速度高（表面光洁，耐磨损且磨屑不会像金属保持架磨屑一样对润滑油脂造成污染与劣化）

• 边界润滑性能良好（低摩擦，低温升，自润滑）

• 安全性高（即使碎裂后辗成薄片状仍能继续短时工作，不会造成突发性灾难事故）等显著优点。

3.3.1：通常用于滚动体引导的工程塑料保持架有：

• PA保持架。PA66保持架成本经济、综合性能优良，但耐温、尺寸稳定性较差，故难以适应滑动摩擦更大的套圈引导。PA46 保持架作为PA66保持架的“升级版”，其耐温、耐油、耐磨损、抗蠕变、抗疲劳等性能更好一些，在汽车交流发动机、变速箱、空调压缩机等轴承中应用效果良好。
• PTFE保持架。PTFE被称为“塑料王”，具有在工程塑料中摩擦因数最小（理想的无油润滑材料），耐温范围最宽（-196～260 ℃），抗老化性能最好，表面张力最小而不粘附任何物质，几乎不受任何化学试剂腐蚀等优异特点，故PTFE 保持架非常适用于耐腐蚀轴承、无磁轴承、火箭发动机轴承等。
• PPS 保持架。PPS 具有在工程塑料中少有的高硬度与高刚性，特别是高温时仍具有良好的化学稳定性（仅次于PTFE），即使在压缩机油、齿轮油、氨类制冷剂等环境下，其强度、硬度、刚性、耐磨等综合性能仍表现优异，因此PPS 保持架在高速压缩机等轴承中得到很好应用。

3.3.2：主要用于套圈引导的工程塑料保持架有：

• 酚醛保持架，具有材料密度低、多孔可浸油吸油、摩擦因数低等优异性能，非常适用于高速运转时的套圈引导，是以机床主轴轴承为代表的高速精密轴承的“标配”保持架。
• PEEK保持架，具有强度与弹性的完美结合，优异的耐高温性能及滑动摩擦特性，对交变应力下的抗疲劳性非常突出（在工程塑料中最好，可与合金材料媲美），尺寸稳定性优越（注塑成型收缩率小因而加工精度比一般工程塑料高很多，温、湿度变化对产品尺寸影响很小因而能很好满足高精度使用要求）。在机床轴承中，已用于专为油气润滑设计的超高速轴承的外圈引导保持架，低温升，低不可重复跳动，尤其是在微量润滑条件下表现优异。
• PI保持架，具有耐磨、自润滑、强度高等优点，其多孔结构经真空浸油处理后，广泛应用于长寿命航天器用陀螺电动机、导航仪、动量轮等轴承中。

4：根据轴承旋转套圈

5：根据带挡边的套圈

外圈带挡边时，外圈引导（如NU 型圆柱滚子轴承）；内圈带挡边时，内圈引导（如N 型圆柱滚子轴承）；2 个套圈都带挡边，则根据轴承的安装、运维等要求确定。也有不以套圈挡边作为引导面，而以无挡边的套圈滚道作为引导面的。由于滚道尺寸、形状加工精度与表面粗糙度比套圈挡边要求更严，对保持架的引导也更加精准平顺。采用套圈滚道引导，为最大限度增加滚子数量即轴承承载能力，保持架位置还可以趋于滚动体顶部（外圈引导时）或底部（内圈引导时）实现其内、外径尺寸极致化，如图3：瑞典SKF 开发的NUH…ECMH系列高承载圆柱滚子轴承。

图3：内圈滚道引导保持架的NUH…ECMH圆柱滚子轴承