滾動軸承保持架引導方式及典型案例

楊曉蔚

（1.河南科技大學 高端軸承摩擦學技術與應用實驗室，河南 洛陽 471003；2.中浙高鐵軸承有限公司，浙江 衢州 324000）

在滾動軸承保持架的幾大功能中，其引導功能（引導并帶動滾動體在正確的滾道上運行）非常重要，特別是對于高速軸承，幾乎是決定性的制約因素之一。

在軸承中，保持架與套圈和滾動體之間都存在間隙，可在徑向、軸向、周向及角向“自由游動”，因此是受運動約束最少，自由度最大的零件。此“自由游動”特性在軸承低速運轉時影響不大，但當軸承越處于高速運轉時，其運動平順性與穩定性受到的干擾就越大。保持架在隨之陡增的摩擦力、碰撞力、離心力及慣性力等載荷的疊加作用下，將導致軸承產生嚴重的摩擦、磨損、溫升、燒粘、變形、振動、噪聲甚至失效等問題。因此，需要對保持架實施一定形式的引導，以抑制或減小這種不利影響，使軸承仍能夠正常工作。

所謂的保持架引導，即在軸承運轉過程中，保持架通過與套圈擋邊（或滾道）、滾動體的貼靠、碰撞，從而實現對滾動體運動的修正。保持架的引導功能及相關性能與其引導方式密切相關。尤其是在高速軸承設計與應用中，保持架引導方式是一項極其重要的內容，需要給予重點關注，甚至開展專門研究與試驗驗證，才能滿足要求。

1 保持架引導方式及其適用工況

通常所說的保持架引導方式，準確地說是“保持架被動引導的方式”，即保持架被套圈或滾動體引導并驅動的方式——當滾動體進入軸承承載區時，由于兩套圈滾道間摩擦力的驅動作用，滾動體的公轉速度大于保持架的轉速，此時由滾動體推動保持架運轉。同時也存在“保持架主動引導的方式”，即由保持架引導滾動體運動——當滾動體進入軸承非承載區時，由于游隙的存在，滾動體不承受載荷，其公轉速度降低，此時則切換至由保持架帶動并引導滾動體運動。

保持架的引導方式主要有：1）滾動體引導、外圈（擋邊或滾道）引導、內圈（擋邊或滾道）引導，如圖1 所示；2）“滾動體引導+外圈引導”、“滾動體引導+內圈引導”、“外圈引導+內圈引導”等混合引導方式，如圖2所示。其中，內、外圈引導又統稱為套圈引導。

圖1 保持架主要引導方式Fig.1 Main guiding mode of cage

圖2 保持架混合引導方式Fig.2 Mix guiding mode of cage

1.1 滾動體引導

滾動體引導是最為普遍采用的保持架引導方式——除了滿裝滾動體軸承，只要有保持架，都存在這一引導方式，其適用于中低速、正常載荷的工況。

滾動體引導主要為金屬（低碳鋼板、銅板、不銹鋼板等）沖壓保持架（簡稱沖壓保持架）和聚酰胺66 及46（簡稱PA66 及PA46）、聚苯硫醚（簡稱PPS）、聚四氟乙烯（簡稱PTFE）等工程塑料保持架，大尺寸軸承則采用金屬（銅合金、鋁合金、合金結構鋼等）實體保持架（簡稱實體保持架）。

1.2 套圈引導

套圈引導與滾動體引導相比，可以為保持架提供更精確的引導，還能抑制保持架的振動，有利于軸承安靜運行。因此，套圈引導主要適用于高速、急加減速及中重載荷、振動較大的工況。

套圈引導以實體保持架和酚醛層壓布管保持架（簡稱酚醛保持架）為主，亦有聚醚醚酮（簡稱PEEK）、聚酰亞胺（簡稱PI）等工程塑料保持架，還有部分采用沖壓保持架。

2 保持架引導方式的一般選用準則

2.1 根據軸承運轉速度

2.1.1 低、中速采用滾動體引導

低、中速軸承采用滾動體引導而非套圈引導，除了簡單、適用、經濟外，最主要的原因為：在該運轉速度條件下，保持架與套圈引導面之間很難建立流體動力潤滑油膜，邊界潤滑或干摩擦會導致較大溫升與較快磨損。

2.1.2 高速、急加減速采用套圈引導

高速軸承采用套圈引導，主要原因為：1）“油潤滑+高速”易在保持架引導面形成良好的流體動力全油膜潤滑；2）與滾動體引導相比，可降低保持架對滾動體的拖動力。

其中，外圈引導的特點有：

1）由于材料的不均勻或缺陷、加工與裝配誤差以及設計上的幾何不對稱等，將導致保持架存在質量偏心現象。在高速離心力的作用下，沿質量偏心方向的保持架外徑引導面會首先貼靠外圈擋邊而發生摩擦磨損，從而使保持架自行達到動平衡。

2）外圈引導與內圈引導相比，保持架的內、外徑更大，在相同數量滾動體的條件下，保持架過梁更寬，因而強度增強；或者在相同保持架過梁寬度的條件下，可以裝入更多的滾動體，使軸承的剛度與承載能力進一步提高。

3）外圈工作溫度通常比內圈低，引導面摩擦產生的熱量容易散發，潤滑狀態更有利。

4）內圈旋轉時，外圈引導保持架的質心渦動軌跡比內圈引導更穩定。

5）由于外圈擋邊半徑小于滾道半徑，在離心力的影響下，保持架引導面可能存在貧油的風險（可以在外圈擋邊處設計徑向油孔以保證引導面潤滑的可靠性，如圖3所示日本KOYO 所開發用于最高轉速性能的High ability軸承［2］）。

圖3 提高引導面潤滑可靠度的外圈油孔設計Fig.3 Design of outer ring oil hole to improve lubrication reliability of guiding surface

6）由于外圈擋邊以及保持架外徑引導面貼靠的影響，藉由離心力拋甩至外圈滾道的潤滑劑不易流出，容易形成攪拌熱（圓柱滾子軸承由于是直擋邊，這一效應比弧形溝道的角接觸球軸承及深溝球軸承更顯著）。

內圈引導的特點有：

1）內圈引導與外圈引導相比，質量偏心會導致保持架內徑引導面在離心力相反部位的接觸磨損，使其動平衡越來越惡化（通過提高保持架的加工精度，進行精密嚴格動平衡，以及保證良好的潤滑條件，由質量偏心導致的偏磨負面效應會大大降低）。

2）保持架引導面與內圈擋邊的滑動線速度比外圈引導時低，因而摩擦磨損更小（在需要低摩擦力矩的低速應用場合表現更為突出）。

3）保持架尺寸與質量比外圈引導時小，節材且旋轉時離心力降低（但裝入的滾動體數量及軸承剛度、載荷容量也相應減小）。

4）存在輕載或變向載荷時，保持架內徑引導面與內圈擋邊間的潤滑油黏性拖曳力形成了對保持架的拖動力，可降低滾動體打滑蹭傷等風險。

5）內圈直滾道引導時，在脂潤滑條件下，軸承初期磨合時間短；在油潤滑條件下，軸承內部的潤滑油不會積存。

2.2 根據軸承潤滑方式

2.2.1 脂潤滑采用滾動體引導

脂潤滑時，由于潤滑脂是半固體半液體狀，流動性較差，不易在保持架引導面與套圈擋邊處形成持續有效潤滑，因此通常采用滾動體引導。若套圈引導保持架的軸承采用脂潤滑，應注意其轉速性能會受到限制（以角接觸球軸承為例，文獻［3］中給出的適用限定為dmn值不大于0.25×106mm · r/min）。

2.2.2 油潤滑采用套圈引導

套圈引導適用于油潤滑，且根據潤滑方式不同而有相適配的選擇。對于油浴、濺射等類的潤滑，外圈或內圈引導均可；對于油氣、噴射等類的潤滑，以外圈引導為宜；對于環下潤滑，則內圈引導是優先選項。

2.3 根據軸承保持架形式

2.3.1 沖壓保持架采用滾動體引導

沖壓保持架質量輕，強度中等，轉動慣量小，易于驅動與引導。另外，沖壓保持架截面尺寸小，可使潤滑油路通暢；脂潤滑時，方便向軸承內部填脂并具有更大的儲脂空間，有利于保證和延長軸承的免維護周期或耐久性壽命。但沖壓保持架在高速、急加減速以及變向等工況下剛度偏弱，不耐磨損。沖壓保持架主要用于中小型及以下軸承，滾動體引導；也有部分類型軸承采用套圈引導，如圓柱滾子軸承的M型保持架為外圈引導，如圖4所示［4］。

圖4 圓柱滾子軸承用M型保持架Fig.4 M-type cage for cylindrical roller bearing

2.3.2 實體與工程塑料保持架采用套圈引導或滾動體引導

實體保持架通常用于高強度場合與大尺寸軸承，其與沖壓保持架相比，可以允許更高的工作轉速和工作溫度，并承受更重的載荷或振動、沖擊、變向、變載等復雜載荷，但由于質量更大，因此驅動其也需要更大的拖動力；也由于材料強度更高，因此可以節省保持架的空間，使兜孔間距減小，增加滾動體數量，提高軸承載荷容量。以常用的黃銅實體保持架為例，其具有強度高，與軸承鋼套圈為“低摩擦副”，“黏著”風險小，磨損特性好，磨屑少，耐腐蝕，加工精度容易保證，使用可靠度高等優越特點。

工程塑料保持架通常都要填充其他材料（如玻璃纖維、碳纖維等）進行增強等改性處理，其與沖壓、實體保持架相比，具有輕量化（轉動慣量小，轉矩波動小），良好的強度與彈性（可裝入更多的滾動體，受力變形后可恢復原狀），低噪聲（具有振動阻尼作用），適應滑動線速度高（表面光潔，耐磨損且磨屑不會像金屬保持架磨屑一樣對潤滑油脂造成污染與劣化），邊界潤滑性能良好（低摩擦，低溫升，自潤滑），安全性高（即使碎裂后輾成薄片狀仍能繼續短時工作，不會造成突發性災難事故）等顯著優點。

通常用于滾動體引導的工程塑料保持架有：

1）PA保持架。PA66保持架成本經濟、綜合性能優良，但耐溫、尺寸穩定性較差，故難以適應滑動摩擦更大的套圈引導。PA46 保持架作為PA66保持架的“升級版”，其耐溫、耐油、耐磨損、抗蠕變、抗疲勞等性能更好一些，在汽車交流發動機、變速箱、空調壓縮機等軸承中應用效果良好。

2）PTFE保持架。PTFE被稱為“塑料王”，具有在工程塑料中摩擦因數最小（理想的無油潤滑材料），耐溫范圍最寬（-196～260 ℃），抗老化性能最好，表面張力最小而不粘附任何物質，幾乎不受任何化學試劑腐蝕等優異特點，故PTFE 保持架非常適用于耐腐蝕軸承、無磁軸承、火箭發動機軸承等。

3）PPS 保持架。PPS 具有在工程塑料中少有的高硬度與高剛性，特別是高溫時仍具有良好的化學穩定性（僅次于PTFE），即使在壓縮機油、齒輪油、氨類制冷劑等環境下，其強度、硬度、剛性、耐磨等綜合性能仍表現優異，因此PPS 保持架在高速壓縮機等軸承中得到很好應用。

主要用于套圈引導的工程塑料保持架有：

1）酚醛保持架，具有材料密度低、多孔可浸油吸油、摩擦因數低等優異性能，非常適用于高速運轉時的套圈引導，是以機床主軸軸承為代表的高速精密軸承的“標配”保持架。

2）PEEK保持架，具有強度與彈性的完美結合，優異的耐高溫性能及滑動摩擦特性，對交變應力下的抗疲勞性非常突出（在工程塑料中最好，可與合金材料媲美），尺寸穩定性優越（注塑成型收縮率小因而加工精度比一般工程塑料高很多，溫、濕度變化對產品尺寸影響很小因而能很好滿足高精度使用要求）。在機床軸承中，已用于專為油氣潤滑設計的超高速軸承（dmn值達3.0×106mm · r/min）的外圈引導保持架，低溫升，低不可重復跳動（Non-Repeatable Run-Out，NRRO），尤其是在微量潤滑條件下表現優異［5］。

3）PI保持架，具有耐磨、自潤滑、強度高等優點，其多孔結構經真空浸油處理后，廣泛應用于長壽命航天器用陀螺電動機、導航儀、動量輪等軸承中。

相同尺寸規格與公差等級的軸承，當采用不同形式保持架時，對其轉速性能的影響非常顯著——以角接觸球軸承作為參考性比較，采用實體保持架軸承的極限轉速僅為酚醛保持架軸承的一半左右［6］，而采用沖壓保持架軸承的極限轉速約為實體保持架軸承的80%［7］。

2.4 根據軸承旋轉套圈

內圈旋轉、外圈靜止時，內圈引導；外圈旋轉、內圈靜止時，外圈引導；內、外圈都旋轉時，滾動體引導。

這是由于內圈旋轉時，采用內圈引導，內圈擋邊與保持架之間產生的摩擦力構成的是對保持架的驅動力；而采用外圈引導產生的摩擦力則構成了對保持架的阻力。外圈旋轉時，宜采用外圈引導；內、外圈都旋轉時，宜采用滾動體引導，也都是同理。

上述準則只是從摩擦力這一單純角度來考慮的，實際使用中應綜合考慮選擇。以實際應用中最為普遍的內圈旋轉、外圈靜止為例：高速時多采用外圈引導，是因為以靜止外圈做引導更為穩定，以及前述的其他突出優點；而重載或大尺寸軸承則多采用內圈引導，以減小保持架的啟動力矩及轉動力矩。

2.5 根據帶擋邊的套圈

外圈帶擋邊時，外圈引導（如NU 型圓柱滾子軸承）；內圈帶擋邊時，內圈引導（如N 型圓柱滾子軸承）；2 個套圈都帶擋邊，則根據軸承的安裝、運維等要求確定。

也有不以套圈擋邊作為引導面，而以無擋邊的套圈滾道作為引導面的，如圖5 所示德國Schaeffler 開發的超精密圓柱滾子軸承［8］。由于滾道尺寸、形狀加工精度與表面粗糙度比套圈擋邊要求更嚴，對保持架的引導也更加精準平順。采用套圈滾道引導，為最大限度增加滾子數量即軸承承載能力，保持架位置還可以趨于滾動體頂部（外圈引導時）或底部（內圈引導時）實現其內、外徑尺寸極致化，如圖6 所示瑞典SKF 開發的NUH…ECMH系列高承載圓柱滾子軸承。

圖5 采用外圈滾道引導保持架的超高精密圓柱滾子軸承Fig.5 Ultra-high precision cylindrical roller bearing with cage guided by outer ring raceway

圖6 內圈滾道引導保持架的NUH…ECMH圓柱滾子軸承Fig.6 NUH…ECMH cylindrical roller bearing with cage guided by inner ring raceway

3 主要軸承類型采用的保持架引導方式

3.1 深溝球軸承

通常采用沖壓保持架或PA66 保持架等（大尺寸軸承采用實體保持架），滾動體引導；高速軸承則采用酚醛保持架等，外圈或內圈引導。在新能源汽車驅動電機軸承中，經設計改進的PA66保持架，采用滾動體引導，脂潤滑，目前已能實現軸承dmn值達1.4×106mm · r/min 甚至1.8×106mm · r/min 的高速運轉，而過去脂潤滑深溝球軸承的dmn推薦值僅為0.6×106～1.0×106mm · r/min。

3.2 角接觸球軸承

通用軸承（公稱接觸角40°）主要采用沖壓保持架，滾動體引導。最典型的球類高速精密軸承：1）機床主軸軸承大多采用酚醛保持架，大尺寸軸承則采用實體保持架，超高速時也有采用PEEK保持架等，外圈引導；2）航空發動機主軸承（常用三點接觸球軸承），采用鋁青銅、硅青銅、合金結構鋼等實體保持架并表面鍍銀處理，外圈或內圈引導。

3.3 圓柱滾子軸承

通常采用沖壓保持架或PA66 保持架，大尺寸軸承采用黃銅實體保持架，滾動體引導。作為最典型的滾子類高速精密軸承：1）機床主軸軸承大多采用黃銅實體保持架以及PPS 保持架，滾動體引導，超高速時則有采用PEEK 保持架等，外圈引導；2）航空發動機主軸承，采用與上述角接觸球軸承同樣材料、表面處理與引導方式的保持架。

3.4 滾針軸承

由于滾針的長徑比過大，容易歪斜，因此滾針軸承不適宜于高速應用，故通常采用沖壓保持架，滾動體引導；但也有精密實體套圈滾針軸承用于高速的案例，采用實體保持架，外圈引導。

3.5 圓錐滾子軸承

通用軸承采用沖壓保持架，滾動體引導。作為一個高安全性的典型應用，包括高鐵動車組在內的鐵路軸箱用圓錐滾子軸承單元，已普遍采用玻璃纖維增強PA66 保持架，滾動體引導。在高速軸承中，也有采用PEEK保持架，滾動體引導；或者仍采用沖壓保持架，混合引導。

3.6 調心滾子軸承

通常采用沖壓保持架，滾動體引導；對于大尺寸或抗振軸承，則采用實體保持架或工程塑料保持架，套圈引導。但調心滾子軸承是一個特殊的存在：1）固定或活動中擋邊設計對滾子具有引導作用；2）獨特的滾子/滾道曲率匹配設計使滾子具有“自引導”功能。這2 種引導相比保持架引導更占優勢地位，因此也常有觀點，會回避或淡化該類軸承有關保持架引導功能的描述。

3.7 推力球軸承

由于離心力會將潤滑劑從軸圈與座圈之間拋甩出去，難以在溝道中留存，因此推力球軸承不適用于高速應用，故而無論采用沖壓保持架、實體保持架還是PA66 等工程塑料保持架，通常均為滾動體引導。

4 保持架引導在高速軸承中的關注要點

在高速軸承中，保持架引導的設計要點是引導間隙與兜孔間隙的匹配（稱為“間隙比”）。對于引導間隙，重點考慮：1）由離心力（當軸承dmn值大于1.0×106mm · r/min 時）引起的保持架尺寸變化；2）與套圈溫差及熱膨脹系數不同而引起的保持架尺寸變化。

除了引導間隙與兜孔間隙的匹配設計，就保持架本身而言，決定其引導效果與相關使用性能優劣的，概要而言就是平衡、精度和材料這“三要素”。

4.1 平衡

保持架平衡包括靜平衡與動平衡，靜平衡是指質量平衡，動平衡是指重心平衡。靜平衡不一定動平衡，動平衡則一定包含靜平衡。有特殊要求的高速軸承，往往需要對保持架進行專門的動平衡處理。

4.2 精度

1） 加工精度。保持架的尺寸公差與形狀誤差在軸承主要零件中一直相對比較粗放，高速軸承保持架必須保證更高的加工精度（如日本NSK的牙鉆軸承，稱為目前“世界最高轉速”，達500 000 r/min，對保持架的兜孔尺寸、兜孔圓度和引導間隙有極嚴格的優化設計與加工精度要求［9］，如圖7所示）。由于實體保持架以及酚醛保持架采用切削成形，因此可以保證較高加工精度；而沖壓保持架采用沖壓成形，工程塑料保持架采用注射或模壓成形等，加工誤差嚴格控制在很窄范圍內存在一定困難。

圖7 NSK的牙鉆軸承保持架Fig.7 Cage for dental air turbine bearing developed by NSK

2） 精度保持性及尺寸穩定性。金屬保持架具有較好的尺寸穩定性（其中實體保持架的剛性好、不易變形的優點更為突出），塑料保持架尺寸穩定性稍差，并且在使用過程中會由于溫度、濕度、受力等各種原因發生尺寸松弛或形狀改變。

4.3 材料

保持架材料涉及因素較多，而且不少性能指標都至關重要：

1） 密度。材料密度要盡可能小，以減輕保持架的轉動慣量與高速下的離心力作用。

2） 溫度效應。材料的熱膨脹系數與軸承相關零件越接近越好；材料的熱穩定性越高越好，不易隨溫度變化發生松弛或變形等現象；材料的耐溫范圍越大越好。工程塑料與金屬材料相比對溫度更敏感，耐溫性能也更為受到限制，因此在設計與應用中要予以特別關注。

3） 種類。不同種類的材料有不同的適用性，以滿足不同保持架的應用特性要求。

4） 力學性能。材料（與保持架結構形式相結合）在經受高速離心力、碰撞、振動、高溫等的作用時，應具有足夠剛度、強度、韌性與耐疲勞性能。

5） 耐磨損。材料本身（或經過表面處理后）應耐磨損，包括避免“硬磨軟”或“軟磨軟”的合適硬度匹配。

6） 自潤滑。材料本身（或經改性處理后）具有自潤滑性能。

7） 化學穩定性。具有對潤滑劑、橡膠件等的兼容性，對化學藥品試劑等介質環境的耐受性等。

常用保持架材料的主要性能指標見表1。

表1 常用保持架材料的主要性能指標Tab.1 Main performance indicators of commonly used cage materials

5 保持架引導面失效的解決對策

保持架引導面的主要失效形式為磨損、燒粘、卡死等，解決的對策為：

1）保持架與套圈、滾動體采用不同材料副，摩擦因數小，不易產生粘著、磨粒等磨損。

2）嚴格控制保持架的尺寸與形狀加工誤差，特別是引導面的表面粗糙度。

3）在軸承裝配時，保持架引導面應涂抹一薄層均勻的油脂；在軸承運轉過程中，應確保能持續為保持架引導面提供良好的潤滑。

4）采用具有自潤滑性能的保持架，以防在貧油、斷油情況下引導面發生劇烈的摩擦磨損，特別要避免由此而進一步引發的保持架燒損、斷裂等嚴重失效現象。

5）對金屬保持架引導面采用鍍銀等軟金屬鍍膜（形成固體潤滑），或者對套圈引導面涂覆TiN等超硬材料涂層（耐磨損）。

6）對多孔類工程塑料保持架做浸油處理（如PI 保持架含油率可達百分之十幾到百分之二十幾）。為了多儲油，增大保持架尺寸是最簡單的方法之一，同時為軸承滾動工作面和保持架引導面提供持續供油潤滑。

6 保持架引導方式的典型案例

6.1 案例1：外圈引導（單、雙擋邊引導）

機床主軸用高速精密角接觸球軸承普遍采用套圈一面直擋邊、一面斜坡的設計，以便裝填更多的球，增大軸承的剛度與承載能力；而且給設置于保持架內徑面下方的供油噴嘴留下較大空間，軸承內部的油流通道也較順暢；契合于此結構中，保持架為外圈單擋邊引導，處于斜坡處的另一端懸空，如圖8a 所示。當軸承以更高速運轉時，由于更大離心力的作用，保持架懸空端的變形增大且沒有約束限制，會導致保持架運動不平穩。因此，在超高速、極高速軸承設計中，為適應以離心力為主的載荷，將保持架由外圈單擋邊引導改進為雙擋邊引導，如圖8b所示，有效解決了保持架在軸承更高運轉速度下的穩定性問題［10］。

圖8 外圈單、雙擋邊引導Fig.8 Cage guided by single rib or double ribs of outer ring

6.2 案例2：內圈引導

渦輪噴氣發動機主軸承，當dn值小于2×106mm · r/min時，通常采用噴射潤滑，保持架為外圈引導。當dn值大于2×106mm · r/min時，由于強大離心力的作用，噴射潤滑時僅有很小一部分潤滑油能夠進入軸承內部，造成供油不足；若加大供油量，由于轉速的提高，還會導致更加劇烈的潤滑油攪拌熱：因此采用環下潤滑方式，保持架則相應改為內圈引導。潤滑油通過環下潤滑方式，借助離心力經內圈上的徑向孔、槽進入軸承內部，使軸承套圈滾道與滾動體接觸處，以及保持架與內圈擋邊引導面得到很好潤滑與冷卻，可顯著減小磨損。此外，環下潤滑比噴射潤滑用油量小，可減少能耗及軸承發熱；并且該潤滑方式使得內圈比外圈溫度低，潤滑條件改善，可有效防止內圈滾道的蹭傷［11］。美國Timken 的ULTRA-HIGH-SPEED 軸承（dn值大于2×106mm · r/min）的保持架內圈引導案例如圖9所示［12］。

圖9 環下潤滑—內圈引導Fig.9 Under-race lubrication — inner ring guidance

6.3 案例3：外圈引導改進為滾動體引導

高鐵動車組牽引電機驅動端用圓柱滾子軸承，脂潤滑，原為外圈引導保持架。由于高溫、電蝕等原因容易使潤滑脂性能劣化，導致保持架外徑引導面潤滑不良，摩擦增大，磨損加劇。而摩擦增大又進一步提高溫升，嚴重磨損下來的保持架銅粉造成潤滑脂污染后又進一步惡化了潤滑狀況，使得軸承發生早期故障或失效，難以滿足牽引電動機的運用維護要求。后將保持架引導方式改進為滾動體引導，避免了保持架外徑引導面與套圈擋邊的滑動接觸摩擦與磨損，針對性極強地解決了這一問題，現已成為牽引電機用圓柱滾子軸承的標準設計（其他類似的工業電機用圓柱滾子軸承也多采用此種改進）。

6.4 案例4：滾動體引導改進為混合引導

高鐵動車組齒輪箱輸出端大齒輪用圓錐滾子軸承，沖壓保持架，通過大齒輪攪動濺射潤滑，要求工作轉速不低于2 600 r/min。原采用滾動體引導，保持架難以適應高轉速下的溫升、振動等控制要求。解決措施之一就是改進為“滾動體引導+內圈引導”的混合引導方式，顯著改善了這一問題。

6.5 案例5：保持架引導面的“軟磨硬”現象與改進［13］

航空發動機及燃氣渦輪機主軸用圓柱滾子軸承，套圈材料以滲碳鋼M50NiL 代替原用全淬鋼M50 鋼，保持架材料為40CrNiMoA 合金結構鋼并鍍銀處理，內圈擋邊引導。由于M50NiL 滲碳處理后表面為細小彌散的碳化物，不如M50 鋼碳化物尺寸粗大更耐磨損；而磨損顆粒嵌入保持架軟質鍍銀層中，形成磨粒磨損，更加劇了內圈擋邊引導面的磨損程度，形成了所謂的“軟磨硬”現象。采取的解決措施是對內圈擋邊引導面制備TiN 硬質涂層，從而改善了其抗磨粒磨損能力，提高了軸承的使用可靠性。

6.6 案例6：不同線膨脹系數材料的保持架引導間隙確定［14］

三點接觸球軸承QJS207，公稱接觸角25°，公差等級P4，噴油潤滑，外圈擋邊引導保持架，對鋁青銅保持架與聚酰亞胺保持架的引導間隙進行試驗確定。兩保持架材料的線膨脹系數分別為1.92×10-5，4.00×10-5K-1。在試驗轉速50 000 r/min、兜孔間隙均為0.3 mm 的條件下，鋁青銅保持架引導間隙為0.3 mm 運轉正常，聚酰亞胺保持架引導間隙則需要增大至0.9 mm才能通過試驗考核。

7 結束語

保持架引導方式，對于絕大多數類型的軸承，普遍采用的滾動體引導已能很好地滿足常規要求，因此無需特殊考慮；但對于包括高速、高溫、高強度在內的高性能軸承，需要采用套圈引導時，就成為一項十分重要而關鍵的設計內容，既要考慮配套軸承的類型、結構、載荷、轉速、振動、工作溫度、潤滑方式等，還要考慮保持架本身涉及的結構形式、材料特性、使用性能以及工藝性、經濟性等，因此通常需要具備豐厚的理論知識（尤其是軸承與材料的跨界知識）與工程經驗（包括試驗驗證與實際應用經驗），才能給出合理可行的解決方案。看似概念非常簡單的保持架引導方式的背后，實際上蘊藏著內容十分豐富的系統化知識體系。

由本文給出的典型案例還可以得到啟示，即：對于保持架引導方式，不能簡單絕對地認為哪種方式就一定先進或者落后，而是要看何種方式更加匹配或適用。只有與軸承實際工況及環境條件相契合，才能獲得預期效果。以及藉由新材料、新技術、新工藝、新結構，從而取得突破性創新成果。包括保持架引導方式在內的保持架整體技術的不斷進步，將助推高性能軸承向更高水平發展。