沈阳瑞思达轴承有限公司SHENYANG TOTAL BEARING CO.,LTD.

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工程手册目录

铁姆肯公司概述 ............................................ 2

保存期限 ................................................... 6

简介 ...................................................... 8

轴承选择流程 .............................................. 9

轴承类型 ............................................... 10

保持架 ................................................. 28

载荷计算和轴承分析 ................................... 32

轴承反作用力 .......................................... 39

轴承额定载荷 .......................................... 47

系统寿命、加权平均载荷与寿命 ........................ 55

轴承公差 .................................................. 56

公制 .................................................... 57

英制 .................................................... 68

安装设计、配合、游隙调整与装机. ....................... 74

圆锥滚子轴承 .......................................... 77

调心与圆柱滚子轴承 ................................... 82

角接触球轴承 .......................................... 93

深沟球轴承 ............................................. 97

精密轴承 .............................................. 107

公差配合 ................................................. 124

调心滚子轴承. ......................................... 124

圆柱滚子轴承 ......................................... 126

角接触球轴承 ......................................... 130

深沟球轴承 ........................................... 131

深沟球轴承，调心滚子轴承和圆柱滚子轴承 ........... 132

圆锥滚子轴承 ......................................... 146

精密圆锥滚子轴承 ..................................... 160

止推轴承 .............................................. 172

工作温度 ................................................. 176

发热和散热 ............................................ 179

扭矩 .................................................... 180

额定速度 ................................................. 185

转换表格 ................................................. 188

润滑与密封 ............................................... 191

润滑 .................................................. 192

密封 ................................................... 201

轴承损伤类型 ............................................ 207

磨损 .................................................. 207

磨损、槽痕 ............................................ 208

浸蚀—— 腐蚀 ........................................ 209

润滑不足 .............................................. 210

疲劳剥落 ............................................. 212

过量预负荷或过载 ..................................... 213

游隙过大、偏心和轴承座或挡肩加工偏差 ............. 214

操作与安装损伤 ....................................... 215

轴承保持器损伤 ....................................... 216

凸点与配合不当 ....................................... 217

轴承座或轴的配合不当 ............................... 218

布氏压痕和冲击损伤 .................................. 219

假性布氏压痕、电流蚀痕 .............................. 220

TIM KEN 工程手册 1

概述

铁姆肯公司

2 TIM KEN 工程手册

选择铁姆肯公司

　　铁姆肯公司的专业知识和优质产品值得您的信赖。我们

可以帮助您提高生产力，在行业内赢得竞争优势。

　　当您选择铁姆肯公司时，您获得的不仅是高品质的产品

和服务，还包括我们训练有素经验丰富的国际化团队，全心

全意致力于帮助您提高生产率降低停机时间。

　　无论是大漠飞沙的茫茫风场，钢花飞溅的热轧生产线，

开山入地的矿藏开采，还是不断掘进的地铁盾构工程，重载

的铁路运输，千钧一发的飞机起落，我们都能为您提供产品

和服务，让世界持续运转。

摩擦管理解决方案 ——

整体系统解决方法

　　您所在的行业不断变化——无论是高级运动控制系统的

不断发展，还是客户需求的多样化。选择铁姆肯公司，保持

您的领先地位。

　　我们凭借摩擦管理专有技术打造出的解决方案能够最大

限度提高设备性能和寿命以及燃油效率。此外，我们还提供

远远超出轴承范畴的综合服务，包括状态监测系统和服务、

编码器和传感器、密封以及优质润滑剂和润滑器。

　　铁姆肯公司提供的广泛的摩擦管理解决方案能够对您的

整个系统作出评估，而不仅仅是评估个别部件，从而帮助您

找到高性价比的解决方案。通过精诚协作，我们可以帮助您

满足各种需求并确保整个系统顺畅运转。

铁姆肯公司

概述

TIM KEN 工程手册 3

技术是前进的动力

　　铁姆肯公司长期致力于技术创新。我们解决工程难题的

能力举世闻名。

　　我们专注于最严苛的应用，热衷于开创技术和服务解决

方案，帮助您的设备更快速、顺畅、高效地运转。

　　为此，我们投资于：

• 人才，吸引来自世界各地的学者、工程师和专家，他们都

是机械动力传动、抗摩轴承设计、摩擦学、冶金学、精密

制造、度量学以及工程表面和涂层领域的专业人士。

• 工具，包括先进的实验室、计算机和加工设备。

• 未来，不断开拓思路确保您在未来始终占据行业先锋地

位。在研发方面的持续投资让我们得以不断提高能力、扩

展产品和服务范围，不断提供价值。

　　我们致力于开拓实现系统可持续发展的新渠道。在功率

密度领域，我们用更小、更高效的轴承不断取代大而笨重的

部件并改善系统性能。

　　无论您位于何处，我们凭借分布在北美、欧洲和亚洲的

技术中心以及遍布六大洲的制造工厂和办事处，均可为您开

发所需的理念和资源，助您将概念转化为现实。

概述

铁姆肯公司

4 TIM KEN 工程手册

值得信赖的品牌

　　Timken®品牌是质量、创新和可靠性的象征。

　　我们为自身的产品质量而自豪，您可以全然相信每

个包装箱中都盛装着赢得各行业信赖的产品。公司创始

人亨利 • 铁姆肯先生曾经说过：“不做任何让自己的名字

蒙羞的事。”

　　我们将这一理念贯穿到整个铁姆肯公司质量管理体

系（TQMS）中。借助TQMS，我们将产品和服务质量持

续改进工作推广到全球运营和供应链网络中。这有助于确

保我们在全公司内贯彻质量管理实践。同时，我们还要求所

有生产工厂和分销中心符合其所服务的行业的相关质量标准。

关于铁姆肯公司

　　铁姆肯公司（NYSE: TKR, http://www.timken.com.cn）

在世界各地研发、制造并营销Timken®轴承、传动装置、齿

轮箱、链条和相关产品，同时提供多种动力系统改造和维修

服务。作为圆锥滚子轴承的权威，铁姆肯公司将其在冶金、

摩擦学和动力传动领域的深厚知识推广至更广泛的轴承和相

关系统领域，帮助提高世界各地机械设备的运转效率和可靠

性。以高质量产品和协作性技术销售模式著称的铁姆肯公司

2013年销售额达30亿美元，在全球27个国家拥有约1万7千名

员工。铁姆肯公司推动工业运转，让世界更具生产力。

铁姆肯公司在中国

　　铁姆肯公司亚太区总部和大中华区总部均设在上海，广

泛服务能源、航空、铁路、冶金、采矿、水泥和机床等众多

工业行业。在大中华区，公司拥有员工近3,300名，在13个主

要城市设有各级办事机构，并建立了5家大型制造基地，1家

培训中心和多个物流、工程技术以及增值工业服务中心。铁

姆肯公司致力于创造可持续价值，积极投身所在社区建设及

其可持续发展，以塑造更美好的世界。

铁姆肯公司

概述

TIM KEN 工程手册 5

关于本工程手册

　　我们承诺为我们的客户提供最佳服务与质量。本工程手

册在为您的应用选择正确的轴承上提供帮助。

它包括的指南帮您确定：

合适的轴承类型

特定应用负载与环境条件的预期轴承寿命

轴承游隙

轴承公差

轴承与轴以及轴承座的配合

最大工作温度

轴承扭矩

合适的轴承润滑

　　本手册使用ISO与ANSI/ABMA，参考标准化国际组织以

及美国国家标准协会/美国轴承制造协会。

　　我们尽可能的努力地确保本手册所含信息的精确性，但

错误和疏漏不可避免，故不承担由此引发的任何责任。

　　售出的产品符合铁姆肯公司的销售条款和条件，包括其

有限担保和补偿。如有任何疑问，请联系您的铁姆肯公司销

售代表。 注意

　　鉴于实际产品性能受到许多铁姆肯公司不可控因素的影响，产品

设计和产品选择时需要您亲自对产品的适用性和可行性进行确认。本

目录只是为了帮助您（铁姆肯公司或其母公司或子公司的客户）设计

产品而提供分析工具和数据。铁姆肯公司不承担任何明示或默示的担

保责任，包括任何特定用途适用性担保。我们售出的产品和服务适用

有限担保。

　　更多信息，请咨询您的铁姆肯公司销售代表。

概述

铁姆肯公司

6 TIM KEN 工程手册

脂润滑轴承与部件的保存期限与储存原则

　　铁姆肯公司关于脂润滑滚动轴承、部件和组件保存期限

的指导原则如下：保存期限根据测试数据和测试经验确定。

保存期限不同于润滑轴承或部件的设计使用寿命，区别如

下：

保存期限

　　脂润滑轴承或部件的保存期限指使用或安装前的时间期

限，是预期设计使用寿命的一部分。由于润滑剂渗出率、油

气挥发、操作条件、安装条件、温度、湿度和储存时间的不

同，我们很难精确预测其设计使用寿命。

　　铁姆肯公司所提供的保存期限值是指遵循铁姆肯公司储

存和处理指导原则下的最长期限。任何对于铁姆肯公司储存

和处理指导原则的背离都会导致保存期限的缩短。应参考有

关保存期限缩短的说明或操作实例。铁姆肯公司无法预见润

滑脂在轴承或部件安装或投入使用后的性能状况。

　　铁姆肯公司对非经本公司润滑的轴承和部件的保存

期限不承担任何责任。

储存

　　铁姆肯公司建议遵循以下制成品（轴承、部件和组件以

下统称“产品”）储存原则：

除非铁姆肯公司另行说明，否则产品在投入使用前应保持

其原始包装

请勿撕下或更改包装上的任何标签或印记

产品储存时请勿刺穿、压碎或损坏包装

拆开产品包装后，应确保产品尽快投入使用

如果产品不是单独包装，而是散装在零件包内，则取出一

个产品后应立即密封零件包

请勿使用超出产品保存期限（见铁姆肯公司保存期限原

则）的产品

储存区域温度应维持在0° C（32°F）到 40°C（104°F）之间；

并尽量减小温度波动

相对湿度应维持在 60% 以下，表面应保持干燥

储存区域应避免受到（但不限于）粉尘污染、灰尘污染、有

害气体污染等

储存区域应避免过分振动

避免任何极端条件

　　由于铁姆肯公司不熟悉客户的具体储存环境，所以我们

强烈建议您遵循以上储存原则。但是如果相关环境或政府提

出了更高的储存要求，则客户须相应遵照执行。

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铁姆肯公司

概述

TIM KEN 工程手册 7

　　大部分类型的轴

承在运输前会涂上防

锈剂（非润滑油）。在

油润滑轴承的应用中，

无需去除防锈剂。而在

一些特殊的脂润滑应用

中，我们建议您在涂合适

的润滑脂之前去除防锈剂。

　　本目录中的一些轴承类型

包装有适合常规应用的通用润滑

脂。为确保产品的最佳性能，应经常

补涂润滑脂。不同润滑脂极有可能互不兼

容，选择润滑脂时应特别注意。

　　如客户特别要求，其它轴承可提供预润滑。

　　收货后，应确保轴承在安装前包装完好，以避免腐蚀

或污染。为确保轴承的设计使用时间，应将其储存于合适

的环境。

　　如果您在保存期限或储存方面有任何问题，请咨询当

地销售代表。

不遵守以下警告信息可能会导致严重的人身伤亡。

警告

正确的维护和操作非常关键。

始终遵循安装说明并保持适当的润滑。

严禁用压缩空气旋转轴承，这可能造成轴承零件高速弹出。

介绍

　　铁姆肯公司是轴承技术进步的领导者。熟练

的技能、配备良好的生产设施、以及技术上的持

续投资确保了我们的产品质量和可靠性。今天，

我们的工厂制造成千上万种轴承种类和尺寸来满

足广泛的应用要求。

　　抗摩轴承承受广泛的速度和径向与轴向载荷

的许多组合。其它重要的环境条件也会影响轴承

的性能，例如低温和高温、灰尘和污物、湿气和

异常的安装条件。

　　本工程技术手册并非面面俱到，但仍可用作

轴承选型的有效指南。在涉及更多复杂轴承应用

的地方，请咨询您的铁姆肯公司工程师。

介绍

8 TIM KEN 工程手册

　　涉及到复杂轴承应用时，请咨询铁姆肯公

司工程师。本手册包含如下主题：

• 轴承设计类型

• 保持架设计类型

• 寿命分析步骤

• 轴承公差

• 配合量与安装建议

• 工作温度

• 额定速度

• 润滑建议

• 密封设计选择

轴承选择流程

　　选择轴承的第一步是确定适用于应用的最佳轴承类型。基于其内在设计，每种轴承

类型都有优点与缺点。第10页的表分类比较了不同轴承类型的性能特征。

　　第二步是决定轴承的空间尺寸，包括内径、外径以及宽度。这取决于由该应用确定

的最小轴径，最大的轴承座直径和可用宽度。基于这点，可从产品目录中选择空间尺寸

满足的轴承。可能有不同承载能力的轴承符合空间尺寸要求。

　　 第三步是对已知的环境条件与应用要求进行评估。环

境条件包括如下参数：环境温度、施加载荷、轴承速度

与轴承周围实时环境的清洁度。应用要求，诸如配

合、游隙、润滑剂种类、保持架类型以及法兰结

构等取决于该应用的速度、温度、安装和载荷条

件。

　　最后，考虑所有环境与应用条件对轴承寿命

进行计算。此时如果有不止一个轴承符合要求，则

选择综合性能最佳的轴承。接下来章节将对分析过程

进行详细说明。如需帮助，请联系铁姆肯公司工程师，

对您的应用进行全面的电脑建模分析。

　　 第三步是对已知的环境条件与应用要求进行评估。环

境条件包括如下参数：环境温度、施加载荷、轴承速度

与轴承周围实时环境的清洁度。应用要求，诸如配

合、游隙、润滑剂种类、保持架类型以及法兰结

构等取决于该应用的速度、温度、安装和载荷条

　　最后，考虑所有环境与应用条件对轴承寿命

进行计算。此时如果有不止一个轴承符合要求，则

选择综合性能最佳的轴承。接下来章节将对分析过程

进行详细说明。如需帮助，请联系铁姆肯公司工程师，

轴承选择流程

TIM KEN 工程手册 9

轴承类型

轴承选择流程

10 TIM KEN 工程手册

表 1. 各种轴承类型相关运行 特征表

特征 圆锥滚子轴承 止推圆锥滚子

轴承 圆柱滚子轴承 止推圆柱滚子

轴承 调心滚子轴承 止推调心滚子

轴承 深沟球轴承 止推球轴承 角接触球轴承

纯径向载荷 良好 不适合 极佳 不适合 良好 不适合 良好 差 中等

纯轴向载荷 良好 极佳 不适合 良好 中等 极佳 中等 极佳 良好

复合载荷 极佳 差 中等 不适合 良好 中等 良好 差 极佳

力矩负载 极佳 差 不适合 不适合 不适合 不适合 中等 差 良好

高刚性 极佳 极佳 良好 极佳 良好 良好 中等 良好 良好

低摩擦 良好 良好 极佳 差 中等 中等 极佳 良好 良好

偏心 差 差 差 不适合 极佳 极佳 良好 差 差

定位（固定） 极佳 良好 中等 中等 良好 良好 良好 极佳 良好

非定位（浮动） 良好 不适合 极佳 不适合 良好 不适合 良好 不适合 良好

速度 良好 良好 极佳 差 中等 中等 极佳 极佳 极佳

圆锥滚子轴承 止推圆锥滚子轴承 圆柱滚子轴承 止推圆柱滚子轴承

调心滚子轴承 止推调心滚子轴承

深沟球轴承 止推球轴承 角接触球轴承

轴承类型

轴承选择流程

轴承类型

TIM KEN 工程手册 11

后缀K 康纳德

固定端安装 浮动端安装

后缀W 填充槽

图 1. 深沟球轴承的典型安装

图 2. 带卡环轴承的典型安装

深沟球轴承

　　尽管深沟球轴承主要设计来承受径向载荷，但是它们在轴

向载荷或径向与轴向载荷同时具备的条件下运行也相对良好。

　　深沟球轴承，通常称为康纳德或者无填充槽球轴承，装配

时，相对外圈径向移动内圈，将滚珠装入内圈与外圈之间。通

过这种方式，内圈与外圈之间的环形区域仅有一半稍多的空间

可用滚珠填充，因此轴承承载能力有限。

　　为了增加承载能力，可在内圈上加工出填充槽或凹槽以

填充滚珠。装入滚珠后，可用填充物封住凹槽。增加的滚珠

提高了径向承载能力，但因填充槽而牺牲了轴向承载能力。

　　无填充槽或康纳德轴承标识时后缀为K，带填充槽轴承标

识时后缀为W。

带卡环的球轴承（W IRELOC）

　　带有密封或防尘盖的单列深沟球轴承，和开放式或带防尘

盖的双列球轴承都可提供带卡环的类型。卡环卡进轴承外圈凹

槽，并且凸起作为定位轴承的挡肩。该设计主要用于通孔轴承

座应用。卡环特征标识是在标准部件号后加后缀G。

　　这些轴承在汽车传动装置设计以及所有需要紧凑设计轴承

座挡肩加工困难且加工成本很高的应用中非常具有优势。卡环

在不损失轴承额定载荷的前提下给轴承提供了合适的挡肩。卡

环的许用剪切载荷应大于轴承的轴向承载能力。

　　如下图2显示的基本设计，介绍了如何利用卡环轴承简化

安装过程。

轴承类型

轴承选择流程

12 TIM KEN 工程手册

双列

　　在存在高径向载荷、高轴向载荷或复合载荷，且需要高的

轴向刚度的应用中，可有效适用双列角接触球轴承。此类型轴

承与单列轴承双联组合类似，通过其两列滚珠与角接触结构，

可提供比单列深沟球轴承双联组合时更高的轴向与径向高度。

　　除小尺寸系列外，双列球轴承带有填充槽结构，因此与相

同尺寸的单列角接触轴承组成的双列成对轴承相比，其轴向承

载能力较低。图4显示双列轴承的固定端安装与浮动端安装。较

小尺寸系列提供有聚合物保持架。

角接触球轴承

单列

　　单列角接触球轴承设计用来承受复合载荷，并在一个方向

上有较高轴向承载能力。建议用于轴向力较高以至于深沟球轴

承不适用的应用中。它们可以与单列深沟球轴承进行互换。

　　角接触球轴承具有较大的接触角、更深的滚道和可通过外

圈沉孔装配的最大数量的滚珠。这些特征使得轴承具有比相同

尺寸的深沟球轴承更高的轴向载荷承载能力。

　　角接触轴承通常用于减速箱，泵，蜗轮传动，垂直传动

轴和机床主轴等应用中，通常以不同的单列组合型式安装。

图 3. 单列角接触球轴承的典型安装

固定端安装 浮动端安装

图 4. 双列角接触球轴承的典型安装

轴承选择流程

轴承类型

TIM KEN 工程手册 13

精密轴承(1)

微型与薄壁球轴承

　　铁姆肯公司生产微型、仪器和薄壁系列的精密球轴承与组

件。所有产品均采用高品质的钢材制造，公差和特征满足应用

所需要求。这些精密轴承和组件被应用于在外科治疗或诊断图

像设备、精密泵、测量和物料运输、武器和太空的应用中。标

准尺寸范围为1mm~279.40mm（内径）。

深沟球轴承

　　标准目录中，现有的深沟球轴承

的精度等级从 ISO P5/ABEC 5 到 ISO

P4/ABEC 7精密级。深沟球轴承允许

承受径向、轴向载荷或者复合载荷。

这种轴承大部分都配备有440C不锈

钢内外圈和滚珠以及一片式整体加

工嵌入式酚醛树脂保持架。除52100

外，还可选择其它材料与保持架，防

尘盖和密封，以及陶瓷或碳化钛涂层滚子。某些小尺寸的产品

可提供带法兰的设计。典型应用包括引导系统、医疗（外科仪

器与设备）以及机器人关节。

角接触球轴承

　　角接触球轴承带有一个一片式精

密加工的保持架，其滚动体数量达

到最大化。增加的滚动体，结合相对

较大的接触角，使轴向刚度最大化。

角接触球轴承的加工公差与标准深沟

球轴承的相同。内外圈与滚珠通常由

440C不锈钢制成，也可采用其他材

料。钢球与陶瓷球是标准产品。典型

的应用中采用预紧配对来得到最大的刚度、速度与精确定

位。这些包括外科治疗、控制力矩陀螺仪以及其它高速或

高刚性的应用中。

外圈开口球轴承

　　这些轴承的外圈在其某一处是

断开的，外圈可以被撑开，使得在

深沟球轴承中滚珠和保持架安装更

加灵活。高强度不锈钢固定带被箍

在轴承外圈挡肩上，确保在搬运和

正常运转时断裂表面能够紧密衔接

和对齐。这类轴承可提供满滚子和

带保持架两种设计。

　　典型应用径向截面以及轴向宽度受限，且需要轴承具备

最大的径向承载能力以及双向的轴向承载能力。

枢轴球轴承

　　为满足低扭矩、空间受限的要求，枢轴轴承利用与其相

配的轴作为内圈。因为配备满装的大滚珠，没有保持架和内

圈，因此该轴承具有最大的功率密度。标准产品配备了防尘

盖。典型应用包括引导系统，例如商用陀螺仪。

止推球轴承

　　该类型轴承设计用于高轴向载荷、低速且允许高扭矩

的应用中。对于需要使用惰性材料的场合，可提供不锈钢

轴承。如在燃料控制调节应用中使用。

图 5. 深沟球轴承

图 8. 枢轴球轴承

图 7. 外圈开口球轴承

图 9. 止推球轴承

(1)更多信息请登录 www.timken.com.，参考机床轴承选型指南—铁姆肯公司

超精密轴承。

图 6. 角接触球轴承

轴承类型

轴承选择流程

14 TIM KEN 工程手册

超精密球轴承

　　铁姆肯公司的超精密机床球轴承

的设计满足ISO以及ABEC的公差水

平。铁姆肯公司生产的超精密球轴承

超过ISO/ABMA标准以确保终端用户

可获得最高质量的产品以获取最优的

机械性能。主轴轴承是机床行业内超

精密球轴承运用最广泛的类型。这些

角接触轴承主要用于精密、高速的机

床主轴中。铁姆肯公司生产4个ISO尺

寸系列的超精密机床轴承。此外，考虑到轴承设计与外形的

多样化，在上述的四个基本系列范围内，铁姆肯公司可提供

全部七种角接触类型：

• ISO 19（9300WI，9300HX 系列）

• ISO 10（9100WI，9100HX，99100WN系列）

• ISO 02（200WI 系列）

• ISO 03（300WI 系列）

　　我们有多种内部几何设计用于优化轴承的承载能力或速

度能力，以WI,WN,HX或K为后缀。WI类型的轴承具有最大

承载能力，可用于低速与中速应用。HX系列是铁姆肯公司久

经考验的高速应用设计。它在高速场合下极具优势，可产生

较低的热量和较小的离心力。WN系列的性能介于WI与HX之

间，它比WI有更高的速度能力，但是承载能力较低，比HX

系列具有更高的刚性，但速度能力相对较低。

　　大多数轴承类型接触角是15度（2MM）或者25度

（3MM）.此外，对于高速应用，铁姆肯公司比以往拥有更

多的陶瓷滚珠轴承。以K为后缀的超精密深沟（康纳德）球轴

承通常被用于承载能力与刚性不需要使用多列轴承的应用

中。凭借单列径向深沟结构以及超精密的公差等级，这些轴

承可承受双向轴向载荷。此外，这类轴承具有相对较高的速

精密轴承 – 续

圆锥滚子轴承

　　铁姆肯公司高精密圆锥滚子轴承由精确配对的部件组

成，这些组件可以为轴承游隙与调节提供更好的微调效果，

从而使客户的生产能力最大化。铁姆肯公司针对高速情况所

开发的产品，其预紧量是可调的，使轴承性能最优化。铁姆

肯公司同样生产超精密轴承——可达到小于一微米的径向总跳

动。

TS与 TSF单列轴承

　　这些轴承设计上同16页所描述的类型相同。它们只是按

照高精度等级制造，用于机床主轴、印刷机滚筒以及其它有

旋转精度要求的应用中。

TSHR - Hydra - Rib™ 带预紧调节装

　　　置轴承

　　对于许多应用，特别在机床工业

上，要求轴承高速运行且具有可控的预

紧状态。Hydra-Rib™轴承有一个由液

压或气动压力控制的“浮动”外圈挡边，

这个挡边可以保证轴承的预紧力不随系

统内的热膨胀或是载荷的变化而变化。

TXR—交叉滚子轴承

　　交叉滚子轴承由两列相互垂直的轴承滚道和滚子组成，

滚子在滚道上方向交替排列。在截面高度内，略超过单列轴

承的高度。轴承的滚道包角与锥形几何结构使得每个外圈的

载荷中心都投影到轴承中心线上，因而会形成轴承自身宽度

数倍的有效跨距。该类型轴承有较高的抗倾覆力矩能力。

　　该轴承的标准设计是TXRDO

型，有一个双外圈和两个内圈，带

有聚合物保持架间隔的滚子。交叉

滚子为精密级轴承。

图 10. Hydra-RibTM

轴承

图 11. TXR 交叉滚子

轴承

TXR

图 12.超精密滚珠轴承

轴承选择流程

轴承类型

TIM KEN 工程手册 15

　　带自锁锁环的内圈球轴承提供有各种各样的尺寸，在所

有结构中最容易安装。这种轴承有各种各样的密封和不同的

内圈宽度，服务在农业和工业的许多应用中。

紧定螺钉轴承

　　GYA-RRB和YA -KRRB 系列可再润滑和非可再润滑轴承是

延伸内圈和宽内圈型轴承，带有特别设计的定位螺钉把轴承锁

在轴上。与延伸内圈接触R形密封对有害的污染物提供防护并

且蓄存润滑剂。当空间足够和倾覆载荷不是问题时，可使用延

伸内圈轴承。当为了增加稳定性在轴上有额外的表面接触时，

可用宽内圈紧定螺钉系列。

图 14. YA-RR 系列

同心锁环

　　使用同心锁环，通过两定位螺钉锁紧轴承到轴上，两定

位螺钉相隔120度，穿过内圈上的钻孔在锁紧环里拧紧。此锁

紧方式适合用在空间受限制和轴有正反向旋转的应用中。

图 15. GC-KRRB 系列

带锁紧装置的球轴承

　　凭借独立锁紧装置，这些轴承适合于安装在直轴（无挡

肩等）上。它们常常提供有球面外圈，用于在安装时自调

心。因为这些轴承一般装配在带座轴承座内或带法兰的轴承

座单元里，或其它被螺栓固定在相互独立底座的轴承座里，

安装后需要保持对准。

自锁锁环

　　铁姆肯公司发明了偏心自锁锁环，便于宽内圈轴承的安

装。自锁锁环省去了防松螺母、防松垫圈、挡肩、衬套和紧

定套的需要。

　　自锁锁环有带扩孔的凹处，与锁环内孔偏心。当轴承装

配在轴上时，该偏心凹处与轴承内圈的一偏心凸起端相接合

或配对。

　　该锁环是接合在轴承的内圈凸起部分上。通过有效的紧

固作用，该装配紧紧固定于轴上，并随着使用时间增加越来

越紧，不需要任何形式的调节。紧定螺钉提供补充锁紧。

带自锁锁环的

RA-RR系列宽内圈

带自锁锁环护罩密封

KRRB系列宽内圈

图 13. 自动锁定（偏心）轴环

度能力，尤其是在轴承的预紧力较小的情况下。铁姆肯公司

可提供的ISO系列的超精密深沟球轴承如下：

• ISO 10（9100K 系列）

• ISO 02（200K 系列）

• ISO 03（300K 系列）

　　欲知更多信息，请参阅铁姆肯公司机床轴承选型指南（编

号5918C），或联系您的铁姆肯公司工程师。

轴承类型

轴承选择流程

16 TIM KEN 工程手册

圆锥滚子轴承

单列轴承

TS 型— 单列

　　这是圆锥滚子轴承基本的和最广

泛使用的类型。其由内圈组件和外圈

组成。且通常成对安装。在设备的装

配过程中，单列轴承能调节到要求的

游隙或预紧，使性能最优化。

TSF 型— 单列，带法兰外圈

　　标准单列轴承的变型—TSF型，TSF

轴承带有一个带法兰的外圈，便于在

通孔轴承座中轴向定位与精确对准。

TDI

双列轴承

TDO — 双外圈

　　TDO轴承有一片（双）外圈和两片

单内圈。通常带有一个内圈隔圈，作

为预设游隙组件供货。这种结构提供

了更宽的轴承有效跨距，通常在倾覆

力矩为主要载荷的应用中选用。TDO轴

承可以在固定（定位）端使用或者在

轴承座中浮动时使用，例如，补偿轴的

热膨胀。大部分尺寸也可以选用TDOCD

外圈。TDOCD外圈在外径上带有圆孔，

可跟定位销配合使用避免外圈在轴承座

中旋转。

TDI—双内圈

TDIT — 带锥孔双内圈

　　两种都由一个整体（双）内圈和两个单外圈组成。它们通

常带有一个外圈隔圈，组成一个预设游隙组件供货。在轴旋转

应用中，TDI和TDIT轴承可用于固定端（定位）。对于轴承座旋

转的应用，TDI型轴承的双内圈可以在静止轴上进行浮动，当

应用需要过盈配合且需要频繁拆卸时，可使用内孔带锥形的

TDIT轴承方便拆卸。

TDIT

图 16. 单列 TS 轴承

图 17. 外圈带法兰的

TSF 轴承

图 18. 双列 TDO 轴承

图 19. 双列、双内圈轴承

轴承选择流程

轴承类型

TIM KEN 工程手册 17

隔圈组件

　　通过配合机加工至特定尺寸与公差的隔圈，任何两个单

列圆锥滚子轴承（TS）可组成一个双列轴承，作为一个预设游

隙组件供货。

　　隔圈组件主要有如下两种类型：“2S”与“SR”。利用该理

念生产客户定制双列轴承来满足具体的应用。该类型轴承在装

配时带有预设游隙，安装时不需要人工调节，除此之外，还可

通过改变隔圈宽度，进而改变组件的宽度以适合具体应用。

图 21. 双列带隔圈组件

2S — 两单列组件

　　2S型通常称为“卡环组件”，由两个标准单列滚子轴承

（TS系列）组成。通过内圈隔圈与外圈隔圈，在装配时提供预

设游隙。2S型轴承带有具体游隙范围以适合特定应用。在通孔

轴承座应用中，由卡环代替外圈隔圈进行轴向定位。

SR - SET - RIGHT ™ 组件

　　基于适合大部分工业应用的铁姆肯公司的SET-RIGHT™

自动游隙设置技术，SR型轴承按照标准游隙范围制造。它们

带有两个隔圈和一个可选的用作轴向定位的卡环。这两类都

是由标准尺寸的单列轴承制造，因此可为众多应用提供低成

本的选择。

TNA TNASW TNASW E

TNA 型　　 —— 非调节式

TNASW型　 —— 带润滑槽非调节式

TNASW E 型 —— 带润滑槽和延伸大挡边非调节式

　　这3 种轴承类型与TDO相类似——由一个整体（双）外圈

和两个单内圈组成。内圈的小端面延长至互相接触，因而不再

需要独立的内圈隔圈。该类轴承按照标准游隙范围以预设游隙

组件供货，在要求简化轴承组件时，可为许多浮动端或固定端

应用提供解决方案。

　　TNASW型和TNASWE 型为TNA变型，在内圈的小端面上

带有润滑槽和倒角，可通过轴进行润滑。TNASWE型轴承内圈

大端面延长，且大端面进行磨削以安装密封件或冲压密封盖。

以上设计主要应用于轴静止应用中。

2S SR

图 20. 双列、非调节式轴承

轴承类型

轴承选择流程

18 TIM KEN 工程手册

2TS-IM

2TS-DM 2TS-TM

圆锥滚子轴承 —— 续

隔圈组件有三种基本安装方式。

• 2TS - IM类（背对背安装）

这类组件由内圈隔圈、外圈隔圈以及两个单列圆锥滚子轴

承组成。在某些应用中，轴承座中的挡肩代替外圈隔圈。

• 2TS-DM类（面对面安装）

这类组件由外圈隔圈与内圈互相接触的两个单列圆锥

滚子轴承组成。它们一般都用于轴旋转应用上的固定（定

位）端。

• 2TS -TM 类（串联安装）

当需要承受复合载荷，且轴向载荷超过单列轴承（给定外

径）轴向承载能力时，可将两个单列轴承进行串联。提供

有适当的内圈隔圈和外圈隔圈。最有效和最经济的解决方

案，请咨询您的铁姆肯公司工程师。

图 22. 基本的隔圈组件

轴承选择流程

轴承类型

TIM KEN 工程手册 19

成套轴承

小齿轮PAC™ 轴承

　　小齿轮PAC™ 是即时安装、预设游隙和带密封的成套组

件，由安装在调整套的双列圆锥滚子轴承组成。它是为重型

商业车辆的终端传动小齿轮而定制的。在可靠性、安装过程

以及物流供应方面,该成套组件可给差速器齿轮制造商提供明

显的改善。

UNIPAC™ 轴承

　　UNIPAC™轴承是一种预设游隙、预装密封和润滑的

带有一个法兰外圈的双列圆锥滚子轴承组件，可即时安

装。UNIPAC™轴承设计源于旅行车车轮大量轴承的需求，逐

渐扩展至重型卡车的轮端以及工业设备应用。

　　UNIPAC™轴承在可靠性、容易装配和物流供应上提供了

很大改善。

UNIPAC-PLUS™轴承

　　UNIPAC- PLUS™轴承是预设游隙、预装密封和润滑的带

有一个法兰外圈的双列圆锥滚子轴承组件，可即时安装。可

在合理寿命范围内免润滑。该成套轴承设计用于中等到高载

荷的轮端应用。UNIPAC- PLUS™轴承可以提高可靠度、减少

重量以及简化安装。

AP™轴承

　　AP™轴承是一个自集成组件（安装时不需要其它部件），

尺寸系列齐全。由两个单内圈、一个带扩孔的双外圈、一个后

挡圈、两个径向密封件、一个端盖和端盖螺钉组成。AP™轴承

按照预设游隙、预密封以及密封组件供货。最初设计用于铁路

列车轴颈应用，现在也用于许多其它工业应用。

SP™轴承

　　与AP™轴承原理相似，SP™轴承也是为铁路列车轴颈应

用而设计。不同之处是SP™轴承尺寸更紧凑且外形尺寸按照

公制标准制造。

PINION PACTM UNIPACTM AP UNIPAC-PLUSTM TM

图 23. 成套轴承

SPTM

轴承类型

轴承选择流程

20 TIM KEN 工程手册

高速轴承

TSMA —— 带轴向油供给的单列轴承

TSMR —— 带径向油供给的单列轴承

　　某些应用要求极端高速的能力，因

此要求提供特殊的润滑方法。

　　TSMA与TSMR轴承是单列圆锥滚

子轴承，并且带有可为滚子-挡边接触

区域提供润滑的特征，因而可以保证

在高速应用时润滑充分。TSMA工作

原理如下，通过集油装置（与内圈相

邻）收集润滑油，然后通过内圈大挡

边内的轴向钻孔向滚子-挡边接触区域

供油。TSMR工作原理类似，不同之处

是导油的钻孔是从从内径径向钻至大挡

边端面，通过内径上的圆周孔集油，然

后通过上面提到的径向钻孔向滚子-挡边

接触区域供油。

其它双列轴承

TDIE 型—— 双侧延伸的双内圈轴承

TDIA 型——单侧延伸内圈的双内圈轴承

　　如果需要将间隙配合的内圈锁紧在轴上，且需要考虑有效

的密封时，可使用该类双列轴承。典型应用包括带座轴承、圆

盘犁以及相似农业机械工作轴与动力轴等。

TNASW H

图 24. TSM A 轴承

　　TDIE可提供有两种形式：圆柱形内孔，内圈两侧延伸且

带有进行两侧锁紧的特征；方形内孔，可实现自锁。该类型

是农业机械应用的理想选择。

　　TDIA与带有圆柱内孔的TDIE相似。但是仅单侧带有用于锁

紧的特征。其紧凑设计适合带座轴承和类似的应用。

　　对于以上所有类型，内圈延伸部分都经过硬化和磨削，其

优良表面有助于有效密封。

TNASWH 型—— 非可调节、重载、双外圈

TNASWHF型——非可调节、重载、带法兰双

　　　　　　　　　外圈

　　这两种轴承是双列轴承组件，带有两个内圈和一个整体外

圈，与本手册中17页提到的TNASWE型轴承相似。

　　外圈有比较厚的截面（TNASW），可允许轴承直接用于板

材或带钢矫直机的支承辊，或外圈带有法兰（TNASWHF），可

在轨道上直接用作车轮。

　　外圈向两侧延伸并且带有扩孔，允许配合冲压密封盖使

用。某些尺寸系列可选用密封圈。基本上这类轴承进行预润

滑作为整体组件供货。

TDIE TDIE (方形内孔) TDIA TNASW HF

图 25. 其它双列轴承

轴承选择流程

轴承类型

TIM KEN 工程手册 21

TQITS 型

TQITSE 型

　　这类轴承的主要特征是锥形内孔——内圈间的锥度相匹

配且连续。通过该特征，可将轴承以过盈配合安装在高速轧

机支承辊上，从而解决圆柱内孔TQO轴承内圈间隙配合磨损

辊颈的问题。

　　该类四列轴承由两个背对背轴承组件组成：两个单内圈、

一个双内圈、四个单外圈和三个外圈隔圈。内圈相邻的端面延

伸至接触，从而不需要内圈隔圈。轴承的背对背安装形式增

大了轴承的有效跨距，进而提供优异的稳定性和轧辊刚度。

　　TQITSE与TQITS类似，不同之处是靠近轧辊辊身的轴承

内圈有较大内径的延伸。这不仅为径向唇密封提供了坚硬、

同心且平滑的接触面，而且还代替了倒角环，提高了轧辊颈

的刚度。因而可使得轴承中心线靠近轧辊辊身，允许使用较

短的轧辊，降低成本。

四列轴承

　　四列轴承结合了单列圆锥滚子轴承自身固有的高径向、

轴向载荷承载能力，通过背对背或面对面安装组成组件，可

在有限的空间内提供最大的额定载荷。该类轴承主要用于轧

机设备的轧辊颈应用。

　　所有四列轴承以预设游隙组件供货，且所有部件带有编

号，确保安装顺序正确。

TQO型

TQOW 型—— 端面带润滑槽

　　该类型为面对面安装轴承，由两个双内圈、两个单外圈、

一个双外圈与一个内圈隔圈、两个外圈隔圈组成。主要应用

于低速和中速轧机轧辊颈，与轧辊颈配合形式为间隙配合。

当轴肩或倒角环不带有润滑槽时，轴承内圈端面带有润滑槽

（TQOW）。轴承内部的润滑剂可从内圈隔圈上的润滑槽润

滑轧辊颈。内圈隔圈同样进行硬化减少端面磨损。

图 26. 四列轴承组件

密封轧辊颈轴承

　　密封轧辊颈轴承与TQO 类似。经过特殊设计的密封结构集

成到轴承，使得轴承能够在高污染环境中良好运行。该密封圈

集成到轴承中，防止外部污染物进入轴承内部，进而延长轴承

寿命。该特殊的密封件设计嵌入进轴承中来消除来自轴承外面

的污染，延长使用寿命。

TQITS TQITSE TQO/ TQOW

图 28. 带锥形内孔的四列轴承

图 27. 密封轧辊颈轴承

图 29. TSL 密封轴承

密封轴承

TSL

　　铁姆肯公司可提供多种密封轴承，

诸如图29所示的DUOFACE®PLUS

密封轴承。TSL系列轴承集成一个

DUOFACE®PLUS密封，是中等速度

下脂润滑应用的较经济的选择。更多

密封设计参见本手册后面的密封部分。

轴承类型

轴承选择流程

22 TIM KEN 工程手册

止推轴承

　　本部分概括了铁姆肯公司制造的标准止推轴承

类型。所有类型都是设计用来承受轴向载荷，四种类型

（TVL、DTVL、TTHD与TSR）也可承受径向载荷。所有的

类型都体现了先进的设计理念，配以大滚动体使承载能力最

大化。在止推滚子轴承中，通过控制修型的滚子保证滚道与

滚子之间均匀、全长接触，因此具有很高的承载能力。为了

满足性能需求，止推轴承应在连续的载荷下运行。

TVB 型 —— 带深沟滚道的止推球轴承

TVL 型 —— 角接触止推球轴承

DTVL 型 —— 双向角接触止推球轴承

TP 型 —— 止推圆柱滚子轴承

TPS 型 —— 自调心止推圆柱滚子轴承

TTHD 型 —— 止推圆锥滚子轴承

TSR 型 —— 止推调心滚子轴承

TTHDFL 型 —— V型平滚道圈止推圆锥滚子轴承

TTVS 型 —— 自调心V型止推滚子轴承

TTSP 型 —— 转向枢轴止推圆柱滚子轴承

止推球轴承

　　与止推滚子轴承相比，止推球轴承用于轻载荷与高速应

用。图30显示了TVB、TVL和DTVL类型。

　　TVB 型止推球轴承是可分离的，由带有深沟滚道的两个

淬硬和磨削的座圈、精磨的滚珠及分隔并且导向这些滚珠的

保持架组成。标准的保持架材料是黄铜，但也可能根据应用

的要求而变化。在适用的地方，TVB轴承的铁姆肯公司标准

公差等同于ABEC 1，也可提供更高等级精度。

　　TVB 型轴承提供一个方向上的轴向刚度，不建议用来承

受径向载荷。通常，旋转座圈是安装在轴上的。静止座圈外

径要保持与轴承座之间足够的间隙，使得轴承正常运行。大

部分尺寸系列的轴承座圈具有相同的内径与外径。轴承座设

计时要确保不与旋转座圈干涉，同时将轴加工阶梯避免与静

止座圈干涉。

　　TVL 型是可分离的角接触球轴承，主要设计用于承受单向

轴向载荷。角接触的设计，使得轴承能够承受径向载荷与轴向

载荷的复合载荷，此时载荷通过滚珠传递。

　　TVL型轴承由两个经硬化和磨削的带有深沟的座圈与一片

分隔滚珠的黄铜保持架以及滚珠组成。尽管严格意义上不是角

接触球轴承，较大的座圈仍称为外圈，较小的座圈称为内圈。

在适用的地方，TVL轴承的铁姆肯公司标准公差等于ABEC 1，

也可提供更高等级精度。

　　通常，内圈为旋转件，安装在轴上。外圈是静止件，且安

装时保持最够的外径间隙确保轴承正常运行。如果存在复合载

荷，外圈必须径向定位在轴承座中。

　　TVL型轴承应始终在轴向载荷下运行。通常，在油田旋

转台或是机床分度台竖直轴的应用中没有问题。如果没有连

续的轴向载荷，必须通过弹簧或是内置的装置施加轴向载荷。

　　TVL型轴承的优点是低摩擦、低温运转以及噪声低，可

以用于高速应用。该类型轴承与其它止推轴承相比，其对偏

心敏感度低。

　　DTVL 在设计上与TVL 类似，只是DTVL 有一个额外的座

圈和滚珠组件，因此轴承可在一方向上承受中等轴向载荷，另

一方向承受轻轴向载荷。

TVB TVL DTVL

图 30. 止推球轴承类型

轴承选择流程

轴承类型

TIM KEN 工程手册 23

止推调心滚子轴承

TSR 型

　　TSR止推调心滚子轴承设计具备极高的轴向止推能力，同

时摩擦低且适应连续偏心。该类型轴承可承受纯轴向载荷，也

可以承受复合载荷。典型应用有空气蓄热器、离心泵和深井

泵。可适应最大内外圈偏心为±2.5度。

图 32. TSR 型止推调心滚子轴承

止推圆锥滚子轴承

TTHD 型

　　TTHD 止推圆锥滚子轴承有一对完全相同的带有锥形滚道

且经过硬化和磨削的座圈，以及一组用保持架均匀隔开的控制

修型的滚子。在TTHD 型的设计中，座圈滚道和圆锥滚子在轴

承中心有一个共同的顶点，因而可以保证纯滚动。

　　TTHD 轴承很适合起重机吊钩等应用，这些应用需要承受

极高的轴向载荷与较重的冲击载荷，并且需要轴向的定位。

　　对于速度很低、载荷较重的应用，为了使轴承具备最大

承载能力，轴承可使用满滚子设计。对满滚子TTHD轴承的应

用确认，请咨询您的铁姆肯公司工程师。

图 33. TTHD 止推圆锥滚子轴承

止推圆柱滚子轴承

　　止推圆柱滚子轴承可在中等转速应用中承受重载荷。标

准止推圆柱滚子轴承可在轴承外径线速度为15m/s(3000fpm)

时正常运行。特殊的设计特点和安装可得到更高的工作速度。

　　由于载荷通常较高，止推圆柱滚子轴承应使用加有极压添

加剂（EP）的润滑剂。建议通过轴承内径引入润滑剂，通过离

心力在轴承内部分布均匀。

　　所有类型的止推滚子轴承按照铁姆肯公司标准公差生产制

造。若有需要，可生产更高精度等级的轴承。

　　TP 型止推圆柱滚子轴承由两个淬硬和磨削的钢制座圈，

与一个在每个隔窗里有一个或多个控制修型的滚子的保持架

组成。当一个隔窗带有两个或两个以上的滚子时，滚子具有

不同的长度且相邻隔窗里的滚子交错布置，因此形成重叠的

滚子旋转路径。该设计避免在滚道上产生沟槽，进而提高轴

承的寿命。

　　TP型轴承由于设计简单而比较经济。轴和轴承座配合面

中心必须与旋转中心线重合，避免出现偏心。

图 31. 止推圆柱滚子轴承

　　TPS型轴承与TP型轴承相同，只是多了一个外径磨削成

球面的座圈与另外的调心座圈相配，因此该轴承可以适应初

始的偏心。但是该类型轴承不建议用于偏心角度持续变化的

应用（动态偏心）。

TP

TPS

轴承类型

轴承选择流程

24 TIM KEN 工程手册

止推轴承 —— 续

无保持架 TTC 型

转向枢轴 TTSP 型

　　对于只有轴向载荷的应用，铁姆肯公司可提供两种止推

轴承基本类型：TTC 和TTSP。TTC 轴承采用不带保持架的满

滚子设计，适用于低速应用。TTSP 轴承带有一个保持架，设

计用于转向枢轴位置的摆动运动。

TTHDFL 型 TTVS 型

TTHDSX 型 TTHDSV 型

　　V 形平滚道圈圆锥滚子轴承（TTHDFL 和TTVS ）结合了

止推圆锥滚子轴承和圆柱滚子轴承的优点，具备同尺寸止推轴

承中最高的承载能力。其设计包括一个平座圈，另一个座圈带

有锥型滚道与滚子相配。设计最初用于冶金轧机的压下装置，

因为该应用轴向载荷普遍超过一百万磅。该类型轴承在相应空

间中具备极高的动态承载能力与静态承载能力，目前广泛应用

于重型挤压机、锥形破碎机以及其它应用中。

　　大部分的轴承采用淬硬销穿透滚子中心的销式保持架，允

许滚子的间隔更小使承载能力最大化。较小尺寸的有铸铜保持

架，通过精密机加工来允许润滑剂自由流动。

　　自调心V 形平滚道圈轴承（ TTVS）采用相同的基本滚子

和滚道设计，只是底部的套圈为两片式，之间的接触面球状

磨削，允许在最初偏心的条件下自对中。如果预料有动态偏

心（在载荷下变化），则应不使用TTVS 轴承。

TTC TTSP

TTHDSX

TTHDFL

TTHDFL TTVS

TTHDSV

图 34. 止推圆锥滚子轴承

轴承选择流程

轴承类型

TIM KEN 工程手册 25

　　铁姆肯公司提供的径向调心滚子轴承主要类型包括：

• ≤400 mm 外径： EJ、EM 和 EMB

• >400 mm 外径：YM、YMB、YMD 和 YP

　　同旧型号相比， 新设计的EJ、EM以及EMB轴承可提供更

高的承载能力，更快的转速及更低的工作温度。

　　除上述的改进外，保持架设计的变化如下。更多细节请

参阅保持架部分。

类型 保持架设计

EJ 内圈引导钢保持架；每列一个

EM / YM 滚子引导一片式黄铜保持架

EMB/YMB 内圈引导一片式黄铜保持架

YMD 内圈引导两片式黄铜保持架

YP 销式钢保持架

　　大多数Timken®调心滚子轴承都可提供直孔或锥孔设计。

锥孔轴承零件编号后缀为K。

　　除240、241、242系列标准锥度为1:30外，其余型号的标

准锥度为1:12。

铁姆肯公司调心滚子轴承的可选特征

W33 润滑槽和润滑孔

　　作为标准配置，轴承外圈中提供润滑槽和三个润滑孔。

这由后缀W33标识。这样一来，无需再花费成本在轴承

座内径中加工出一个通道，将润滑油引入到轴承中。这一

设计特点使润滑油能够通过润滑孔并在滚道之间流动。润

滑油会从轴承的中心横向向外流动，随后到达所有接触面

并清洁轴承。订购时，请为轴承编号添加后缀W33（例如

22216EMW33）。

用于振动应用场合的轴承

　　铁姆肯公司针对振动应用场合提供专用的调心滚子轴承

设计。使用特征代码 W800 标识，按照C4游隙供货。在订购

时，请指明W800代码。该设计具备如下特性：

• 在外圈上提供润滑槽以及三个润滑孔，便于对轴承进行润滑

• 更高的运行精度（P5）并在轴承上标出高点和低点

• 更小的内径和外径尺寸公差

• 取 C4 游隙范围的上三分之二，作为轴承的径向游隙

　　这些轴承有直孔或锥孔设计。此外，还有其它特征可

供选择。

系列

239 230 240 231 241 222 232 213 223 233

图 36. 调心滚子轴承系列

径向调心滚子轴承　

EM /YM 和

EM B/YM B

EJ YM D YP

图 35. 径向调心滚子轴承

轴承类型

轴承选择流程

26 TIM KEN 工程手册

径向圆柱滚子轴承

标准类型

　　Timken® 圆柱滚子轴承由内圈、外圈、保持架以及一组具

有控制修型的圆柱滚子组成。根据圆柱滚子轴承类型的不同，

内圈两侧或者外圈两侧带有引导圆柱滚子的挡边，而另一侧轴

承套圈单侧或者不带有挡边，可以分离。具有两侧挡边的轴承

圈可在轴向上定位圆柱滚子组件。磨削过的挡边可以支撑保持

架。当另一个轴承圈具有不同侧的挡边时，两挡边中的一个可

以承受较轻的轴向载荷。

　　通常考虑到应用场合的安装过程来确定哪个轴承圈采用

双挡边结构。

　　NU 型轴承具有双挡边外圈和无挡边内圈。N 型轴承具

有双挡边内圈和无挡边外圈。这两种轴承无论在轴上哪个位

置使用，都能补偿轴的膨胀或收缩。当轴承旋转时，一个轴

承圈相对于另一个轴承圈发生轴向位移，产生的摩擦力非常

小。如果提供了其它轴向定位方式，圆柱滚子轴承可以设在

轴两端起支撑作用。

　　NJ 型轴承具有双挡边外圈和单挡边内圈。NF 型轴承具有

双挡边内圈和单挡边外圈。这两种类型都能够承受较重径向载

荷以及较轻的单向轴向载荷。轴向载荷在内外圈的对角挡边之

间以滑动传递。当接近极限轴向载荷时，润滑将至关重要。这

种应用场合请咨询铁姆肯公司工程师。当轴向载荷非常轻时，

轴承应以相对方式安装，以实现轴的定位。这时轴端游隙应该

在安装时调整。

　　NUP 型轴承具有一个双挡边外圈和一个有外加平挡圈的

单挡边内圈，能够提供双向轴向定位。NP 具有一个双挡边内

圈和一个有外加平挡圈的单挡边外圈。这两种类型都能够承受

较重径向载荷和较轻的双向轴向载荷。影响轴向承载能力的因

素与 NJ 和 NF 型轴承相同。

　　对于轴膨胀的应用场合，可以将 NUP 型或 NP 型轴承与N

型或 NU 型轴承配合使用，这时N 型或 NU 型轴承可允许轴的

膨胀。NUP 型或 NP 型轴承为固定端轴承，挡边会限制滚动体

的轴向运动。固定端轴承通常靠近轴的驱动，以减小偏心。轴

端间隙（或浮动）由固定端轴承的轴向间隙决定。

　　与NU、N、NJ、NF、NUP 和 NP 型轴承配套的平挡圈

（止推环）和圆柱滚子上/下直径符合 ISO 和 DIN 标准。

　　圆柱滚子轴承的型号依据 ISO 15 标准。它由四位数字组

成，前两位数字表示尺寸系列，后两位数字是内径尺寸除以

5 之后得出的值。在尺寸系列中，第一位数字是宽度系列，

第二位数字是直径（外径）系列。宽度系列按照 8 0 1 2 3 4

5 6 7 的顺序增大宽度，直径系列按照 7 8 9 0 1 2 3 4 的顺序

增大径向截面。

　　带R 前缀的轴承类型在结构上与N 型轴承相似，但它们是

按照ABMA 标准进行设计的。

　　英制尺寸的轴承在型号中带有一个 I 字母。例如，RIU 表

示英制轴承，而 RU 表示公制尺寸的相应型号。

NU, RIU, RU N, RIN, RN NJ, RIJ, RJ NF, RIF, RF NUP, RIT, RT NP, RIP, RP

图 37. 径向圆柱滚子轴承

轴承选择流程

轴承类型

TIM KEN 工程手册 27

5200 公制系列

　　该系列由于其内部结构独特设计，径向额定载荷增强。在

该系列中，轴承外圈为双侧挡边，内圈外径为圆柱形且无挡

边。对于径向空间受限的应用场合，此轴承可以不带内圈。

此时轴颈必须淬硬至HRC值最小58，并且表面粗糙度最大至

Ra 0.4μm. 后缀中的W表示具有外圈，此外，内圈也可以单

独提供。前缀A表示内圈单独提供或是整套轴承中具有内圈。

　　该轴承通常提供有一个坚韧的冲压钢保持架（标识“S”），

由外圈挡边引导。保持架的横梁中部凹陷，不但均匀隔开了

圆柱滚子，还将它们与外圈组成一体。机加工铜保持架（ 标

识“M”）可用于正反向载荷或高速等应用。外圈是由优质轴

承合金钢制造。内圈表面经深层硬化，可以承受由较高过盈配

合而产生的环向压应力。　　

　　标准的轴承提供有径向内部游隙，标识为R6，根据要求可

提供其它内部游隙。通过对外圈一体式挡边和滚子端部的间隙

控制，确保滚子的正确引导。

A-52xx-W S A-52xx-W M

52xx-W S A-52xx

图 38. 5200 公制系列轴承

EM A 系列

Timken® 单列 EMA 系列圆柱滚子轴承拥有独特的保持架

设计、独创的内部几何结构以及特殊的表面处理。这些特征有

助于改进轴承性能、延长运行时间和降低维护成本。

　　保持架采用了一片式黄铜设计并且兜孔进行充分打磨。与

传统的滚子引导保持架不同，它是一种由外圈引导的保持架，

可最大限度降低对滚动体的拖曳力，从而降低发热量，延长轴

承的使用寿命。与其它黄铜保持架相比，这种高硬度保持架能

够装配更多圆柱滚子。

　　特殊的轴承内外圈滚道和滚子轮廓设计提高了承载能力，

胜于其它同类设计。

　　对轴承圈和滚子采用独特的工艺流程，改进了表面处理，

减少了摩擦，降低了工作温度，延长了轴承的使用寿命。

　　EMA 系列轴承分为 N 型、NU 型、NJ 型和 NUP 型。

满装滚子式 (NCF)

　　满装滚子 (NCF) 单列轴承的内外圈上集成了挡边。轴承可

以承受单方向的轴向载荷并允许轻微的轴向位移。

保持架

轴承选择流程

28 TIM KEN 工程手册

保持架

　　保持架（也称为滚动体保持器）对于滚动轴承的正常运行

可起到多种作用。保持架分隔开滚动体，避免了滚动体之间的

接触和磨损。保持架使滚动体在内圈滚道上对准，以防止滚动

体滑动，打滑或倾斜，以保证纯滚动。从安装角度来看，保持

架使得滚动体保持在内圈上以方便轴承的安装。在某些情况

下，保持架也可以改善轴承滚道或者挡边接触表面的润滑。

　　以下各节讨论了每个主要的轴承设计中常用的保持架类型

（圆锥，圆柱，调心，和球轴承）。也将讨论每个保持架类型

的基本几何形状、材料及制造。

圆锥滚子轴承保持架

冲压钢保持架

　　圆锥滚子轴承最常见的保持架为冲压钢保持架。这种保持

架选用低碳钢板，通过一系列切割、成型和冲压工艺大批量生

产。这种保持架可用于高温与苛刻的润滑环境中。

图 39. 冲压钢保持架

聚合物保持架

　　用聚合物材料制成的圆锥滚子轴承保持架主要用于预加

油脂和带密封的成套设计中。最常用的聚合物材料为玻璃纤

维增强的尼龙热塑性塑料。聚合物保持架可以进行大批量生

产，可提供比冲压钢保持架更为灵活的设计。聚合物保持架

质量轻且易于组装。在某些情况下，可通过在轴承中增加一

个或两个额外的滚子来获得更大的轴承额定载荷。在使用带

有极压添加剂（EP）的润滑剂并且运行温度超过107℃（225。

F）

时，需要格外谨慎。

机加工保持架

　　圆锥滚子轴承的机加工保持架设计强度更高，可胜任高速

重载应用工况条件。机加工保持架材料选用合金钢，通过铣削

绞孔工艺加工而成。轴承装配无需采用挤压保持架锁紧工艺，

滚动体可通过嵌入保持架固定。根据应用需求，可额外添加

油孔增加润滑。一些特殊应用采取对保持架表面镀银处理。

销式保持架

　　圆锥滚子轴承的销式保持架采用穿过空心滚子轴向孔的销

钉来定位滚动体。圆锥滚子轴承销式保持架由两个保持架圆环

和一组销钉组成，所有销钉一侧采用螺纹与保持架圆环连接，

另一侧采用焊接方式与保持架圆环连接。这种类型的保持架主

要用于较大圆锥滚子轴承的设计（外径超过400mm）。销式保

持架采用机加工钢材制造，通常可以增加滚子的数量。销式保

持架仅限用于低速应用（挡边速度低于20m/s）。

轴承选择流程

保持架

TIM KEN 工程手册 29

机加工铜保持架

　　EM、EMB、YM、YMB 和 YMD 轴承保持架由精密机加

工的铜制成，如图 44- 46 所示。它们的坚固结构在极其恶劣的

应用场合中具有优势。开放式的指型设计使润滑油能够轻松到

达所有表面，可以确保充分润滑轴承并降低轴承的工作温度。

图 43. 机加工铜保持架

EM /YM YM D

图 42. 销式保持架

EM B/YM B

图 44. 滚子引导的一

片式机加工铜指式

保持架

图45. 内圈引导的一

片式机加工铜指式

保持架

图46. 内圈引导的分

开式机加工铜指式

保持架

图 40. EJ 轴承

EJ

图 41. EJ 保持架

EJ

调心滚子轴承保持架

冲压钢保持架

　　新设计的 Timken® EJ 轴承采用了独特的冲压钢保持架

设计。

　　EJ 设计包括两个各用于一列滚子的独立保持架，它们组

装在同个轴承上。这一特征可防止保持架在易弯工作环境中

发生弯曲。

　　这种保持架由内圈引导并在节圆之上运行。每个保持架

都经过表面硬化（氮化）处理，提供了更强的耐磨性和更高的

强度，使轴承在最恶劣的环境中也能够运转。端面的槽孔可

以提高润滑剂的流动性。这可以降低工作温度、延长轴承的

使用寿命。

　　EM、EMB、YM 和 YMB 都采用了一片式设计，它们的区

别是轴承内的引导方式不同。对于 EM 和 YM 设计，保持架较

轻，使用滚子来引导，而 EMB 和 YMB 保持架设计通常较重，

通过内圈来引导。

　　YMD 保持架与 YMB 相似，不同之处在于它们采用了两片

式设计。单个轴承中组装了两个分别用于一列滚子的独立保持

架。这样一来，当应用场合需要时，每列滚子可以单独旋转，

并防止保持架横梁弯曲。

销式保持架

　　大直径调心滚子轴承可配有这种保持架。两个分别用于一

列滚子的销式保持架由两个保持架环和一组穿过滚动体中心的

销子构成。销式保持架的设计允许增加滚动体数量，提高了轴

承的承载能力。请咨询您的铁姆肯公司工程师，以获得有关这

种保持架应用场合的建议。

保持架

轴承选择流程

30 TIM KEN 工程手册

机加工保持架

　　对于小尺寸的圆柱滚子轴承，也可采用机加工保持架，通

常为黄铜材料。圆柱滚子轴承的机加工保持架设计可以在严苛

的应用中提供更加良好的性能。

　　保持架采用一片式或两片式设计。一片式设计可以是图49

中所示的指式保持架，也可以是具有充分打磨兜孔的标准保

持架。一片式指式设计和两片式窗式保持架（图 50）在标准

圆柱滚子轴承中更常见。它们都是滚子引导的设计。

　　一片式兜孔设计（图 51）的保持架，用于EMA 系列轴

承。与传统的圆柱滚子引导保持架不同，它是一种外圈引导保

持架，可最大限度减少对滚动体的拖曳，从而降低发热量，延

长轴承的使用寿命。与两片式设计相比，这种一片式保持架还

可以通过提高润滑油的流动性减少发热和磨损。

销式保持架

　　圆柱滚子轴承的销式保持架有两个保持架环和一组穿过滚

动体中心的销子组成。这种保持架用于不能使用机加工黄铜保

持架的大直径圆柱滚子轴承。使用这种设计时，通常可以额外

增加圆柱滚子数量，从而提高承载能力。

图 49. 一片式指式保

持架

图 50. 两片式黄铜保

持架

图 51. 一片式优质保持架

图 48. 销式保持架

圆柱滚子轴承保持架

冲压钢保持架

　　圆柱滚子轴承的冲压钢保持架以低碳钢为材料，经过一系

列切割、成型和穿孔的工艺制造。这种保持架具有多种设计，

适合于圆柱滚子轴承的通用场合。用于 5200 系列圆柱滚子轴

承的 S型保持架就是一种特殊设计，它架在外圈挡边上并由其

引导。这种保持架的横梁是凹陷设计，它们均匀隔离滚动体并

将它们保持在外圈上。冲压钢保持架方便批量生产，并可以用

在高温、润滑不良的环境中。

图 47. S 型保持架

轴承选择流程

保持架

TIM KEN 工程手册 31

球轴承保持架

冲压焊接钢制保持架

　　这种保持架由两个成型的半保持架

焊接而成。这种类型的保持架是不带填

充槽的深沟球轴承的标准型式，并提供

高强度、高刚性同时保证了球体在保持

架间隙中的均匀性。它适用于高温应

用，但不适用于带有偏心的应用。

模塑尼龙指式保持架

　　这类保持架为一片式模塑设计。

滚动体简单卡入就位。这些保持架

由尼龙66模塑而成，具有良好的热

稳定性和调湿性。这种保持架类型用

于大多数宽内圈（WIR）球轴承中。

聚合物可抵抗最高120℃（250°F）

的连续工作温度，可承受瞬时最高温

度为150℃（300°F），它可提供一个

无腐蚀的自润滑材料，且耐磨、抗大

部分溶剂、油渍与润滑脂。这种类型

的保持架可适用于偏心的应用中。

　　在使用带有极压添加剂（EP）的润滑剂并且运行温度超过

107℃（225°F）时，同样需要格外谨慎。

模塑加强型尼龙保持架

　　这种类型的保持架为一片式外圈引导或滚动体引导的保持

架。这种类型的保持架由尼龙66与30%的玻璃纤维模塑制成，

提高了潮湿环境下的尺寸稳定性。聚

合物可抵抗最高120℃（250°F）的连

续工作温度，可承受瞬时最高温度为

150℃（300°F），并且无腐蚀，自润

滑，且具有良好的耐磨性，抗大部分

溶剂、油渍与润滑脂。

　　在使用带有EP（极端压力）添加

剂的润滑剂并且运行温度超过107℃

（225°F）时，同样需要格外谨慎。

机加工酚醛树脂保持架

　　这种类型的保持架采用一片式设计，常为内外圈引导。这

种保持架质量轻，具有吸油性，适用于高速应用。该类型保持

架经过精密机加工，从而减少滚珠和保持架在高速运行下的冲

击力。但该保持架在轴承搬运过程中不起保持滚珠的作用。

铜与钢制保持架

　　用黄铜或钢制成的球轴承保持架设计用于重载应用。可选

保持架结构包括一片式机加工钢制或机加工黄铜以及两片式铆

接黄铜保持架。大部分设计为内圈或外圈引导。这种类型的保

持架可根据需要设计为镀银型。镀银层可在启动期间为滚珠-保

持架接触面提供润滑，从而防止滚珠滑动。

图 55. 铸造黄铜保持架 图 56. 机加工黄铜保持架

图 54. 加强型尼龙保持架

图 52. 冲压焊接钢制

保持架

图 53. 模塑尼龙指式

保持架

载荷计算和轴承分析

轴承选择流程

32 TIM KEN 工程手册

载荷计算和轴承分析

载荷和轴承分析符号说明

符号 描述 单位(公制/英制)

a 内圈大端面到有效载荷中心的轴向距离 mm, in.

a1 可靠性寿命系数

a2 材料寿命系数

a3 运行条件寿命系数

a3d 异物寿命系数

a3k 载荷区寿命系数

a3l 润滑寿命系数

a3p 低载荷寿命系数

ae 轴承有效跨距 mm, in.

A, B, … 轴承位置（用于脚注）

B 外圈宽度 mm, in.

B1 内圈宽度 mm, in.

b 齿宽 mm, in.

c1, c2 直线距离（正或负） mm, in.

C 一百万转双列轴承动态径向载荷 N,lbf

Ca90 九千万转单列轴承动态轴向载荷 N,lbf

Co 静态径向额定载荷 N,lbf

Coa 静态轴向额定载荷 N,lbf

C90 九千万转单列轴承动态径向载荷 N,lbf

C90(2) 九千万转双列轴承动态径向载荷 N,lbf

Ca 动态轴向载荷 N,lbf

Cg 几何系数 (应用于a3l 等式)

Cl 负载系数(应用于a3l 等式)

Cj 负载区系数 (应用于a3l 等式)

Cs 速度系数 (应用于a3l 等式)

Cv 粘度系数(应用于a3l 等式)

Cgr 油脂润滑系数 (应用于a3l 等式)

Cp 润滑剂的比热 J/(Kg - °C), BTU/(lbf - °F)

Ct 轴向动态额定载荷 N,lbf

d 轴承内径 mm, in.

d 球直径 mm, in.

d1 球面直径 mm, in.

da 轴肩直径 mm, in.

d0 名义内滚道直径 mm, in.

dc 齿轮中心距 mm, in.

dm 名义轴承直径 mm, in.

dsi 轴内径 mm, in.

D 轴承外径 mm, in.

D0 圆锥滚子轴承名义外滚道直径 mm, in.

Dh 轴承座外径 mm, in.

Dm 链轮、滑轮、车轮或轮胎直径

名义有效工作直径 mm, in.

Dm 圆锥滚子轴承大挡边平均直径 mm, in.

符号 描述 单位(公制/英制)

DmG 齿轮的名义或有效工作直径 mm, in.

DmP 小齿轮的有效工作直径 mm, in.

DmW 蜗杆的有效工作直径 mm, in.

DpG 齿轮节圆直径 mm, in.

DpP 小齿轮节圆直径 mm, in.

DpW 蜗杆节圆直径 mm, in.

e 寿命指数

e Fa/Fr 对于系数X和Y不同的值的应用性的极限值

E 轴向游隙 mm, in.

f 润滑剂流量 L/min, U.S. pt/min

f0 粘性扭矩系数

f1 载荷扭矩系数

fb 皮带或链条的拉力系数

fn 速度系数

f2 复合载荷系数

f3 复合载荷系数

F 力的一般术语 N,lbf

F1, F2, …, Fn 一个载荷周期中作用力的大小 N,lbf

Fa 外加推力（轴向）载荷 N,lbf

Fai 由于径向加载引起的推力（轴向）载荷 N,lbf

Fac 由于离心加载引起的推力（轴向）载荷 N,lbf

FaG 齿轮轴向载荷 N,lbf

FaP 主动齿轮轴向载荷 N,lbf

FaW 蜗杆轴向载荷 N,lbf

Faz 可允许的轴向载荷 N,lbf

Fb 皮带或链条张力 N,lbf

Fβ 扭矩等式中的载荷术语 N,lbf

Fc 离心力 N,lbf

Fr 外加径向载荷 N,lbf

Frh 合成水平力 N,lbf

FRS 合成分离力 N,lbf

FRV 合成垂直力 N,lbf

FS 齿轮上的分离力 N,lbf

FsG 齿轮上的分离力 N,lbf

FsP 主动齿轮上的分离力 N,lbf

FsW 蜗杆上的分离力 N,lbf

Ft 切向力 N,lbf

Fte 齿轮上的牵引力 N,lbf

FtG 齿轮上的切向力 N,lbf

FtP 小齿轮上的切向力 N,lbf

FtW 蜗杆上的切向力 N,lbf

FW 非平衡力 N,lbf

FWB 加权平均负载 N,lbf

G 齿轮（用作脚注）

G1 轴承数据表格中的几何系数

G2 轴承数据表格中的几何系数

H 功率 kW, hp

Hs 轴承座挡肩内径 mm, in.

轴承选择流程

载荷计算和轴承分析

TIM KEN 工程手册 33

符号 描述 单位(公制/英制)

HFs 滚道硬度静态额定载荷调整系数

i 轴承中滚动体列数

iB 承受载荷的滚动体列数

k 离心力常数 lbf/RPM2

k1 轴承扭矩常数

k4, k5, k6 计算发热的尺寸系数

K 圆锥滚子轴承K系数；

单列轴承中基本动态径向额定载荷

对动态轴向载额的比值；

K 基于几何形状的球轴承常数

K1, K2 超精密K系数

Kea 外圈组件的径向圆跳动 mm, in.

Ko 表示为球直径百分数的外圈轮廓半径

Ki 表示为球直径百分数的内圈轮廓半径

Kia 内圈组件的径向圆跳动 mm, in.

KN 第n个轴承的K系数

KT 相对轴向载荷系数 – 球轴承

LH 导程— 旋转一周螺旋线轴向前进量 mm, in.

L 轴承几何中心线之间的距离 mm, in.

L10 轴承寿命 转数/小时

Lf 寿命系数

m 传动比

M 轴承运行扭矩 N-m, N-mm, lb.-in.

MO 动量 N-m, N-mm, lb.-in.

n 轴承运行速度或速度专业术语 rot/min, RPM

n1, n2,…, nn 一个载荷周期的不同旋转速度 rot/min, RPM

NA 参考速度 rot/min, RPM

nG 齿轮工作速度 rot/min, RPM

nP 主动齿轮运行速度 rot/min, RPM

nW 蜗杆运行速度 rot/min, RPM

Nc 球和保持架的转数

Ni 内圈的转数

NG 齿轮的齿数

NP 主动齿轮的齿数

NS 链轮齿中的齿数

Nf 速度系数

P 主动齿轮 (用作下标)

Po 静态当量载荷 N, lbf

Poa 推力当量(轴向)载荷 N, lbf

Por 动态径向当量载荷 N, lbf

Pa 动态轴向当量载荷 N, lbf

Pr 动态径向当量载荷 N, lbf

Peq 动态当量载荷 N, lbf

Q 发热率或散热率 W, BTU/min

Qgen 发热量 W, BTU/min

Qoil 循环油系统带走的热量 W, BTU/min

r 质量中心半径 mm, in.

R 可靠性百分比，用于计算a1系数

符号 描述 单位(公制/英制)

RIC 径向内部游隙 mm, in.

S 轴径 mm, in.

s 轴 (用作下标)

SD 内圈基准面圆跳动 mm, in.

SD 外圆柱面圆跳动 mm, in.

Sea 外圈组件的轴向圆跳动 mm, in.

Sia 内圈组件的轴向圆跳动 mm, in.

t1, t2, …, tN 一个载荷周期中的时间百分比

T 施加的推力（轴向）载荷 N, lbf

TE 推力(轴向)当量载荷 N, lbf

v 垂直 (用作下标)

V 线速度或速度 km/h, mph

VBS 内圈宽度偏差 mm, in.

VCS 外圈宽度偏差 mm, in.

Vr 滑动摩擦，表面或圆锥滚子轴承的挡边速度 m/s, fpm

W 蜗杆 (用做下标)

X 动态径向载荷系数

X0 静态径向载荷系数

Y, Y1, Y2, ... 动态推力 (轴向) 载荷系数

Y0 静态推力 (轴向) 载荷系数

ΥG 锥齿轮啮合 — 大齿轮分度圆锥角 °

内摆线齿轮啮合 — 齿轮根锥角 °

ΥP 锥齿轮啮合 — 小齿轮分度圆锥角 °

内摆线齿轮 啮合 — 小齿轮齿面角 °

Z 滚动体数量

aT 线性膨胀系数 mm/mm/°C, in./in./°F

ao 圆锥滚子轴承外圈滚道半包角 °

a 球轴承接触角 °

ΔT 轴/内圈/滚子和轴承座/外圈之间的温差 °C, °F

ΔBs 内圈宽度偏差 mm, in.

ΔCs 外圈宽度偏差 mm, in.

Δdmp 公称内径在单一平面内的偏差 mm, in.

ΔDmp 公差外径在单一平面内的偏差 mm, in.

ds 内圈与轴的干涉配合 mm, in.

dh 轴承座与外圈的干涉配合 mm, in.

η 效率, 百分比

q1, q2, q3 相对于参考平面的齿轮啮合角度 °, rad

qi, qo 油入口或出口温度 °C, °F

l 蜗轮导程角 °

m 摩擦系数

m 润滑动力粘度 cP

v 润滑运动粘度 cSt

so 近似最大接触应力 MPa, psi

φG 直齿齿轮的压力角 °

φP 直齿小齿轮的压力角 °

ΨG 齿轮的螺旋角 °

ΨP 小齿轮的螺旋角 °

r 润滑剂密度 kg/m3

, lb./ft3

载荷计算和轴承分析

轴承选择流程

34 TIM KEN 工程手册

直齿锥齿轮传动和零度弧齿锥齿轮传动

　　在直锥齿轮传动和弧齿锥齿轮传动中，齿轮力趋向于推

动小齿轮和齿轮离开啮合，这样以至于推力和分离力始终不

变，与旋转方向无关（图59）。在计算切向力时，（FtP或FtG），

对于锥齿轮传动装置，使用小齿轮或齿轮名义直径（DmP 或

DmG）而不是节径（DpP或DpG）。平均直径如下计算：

DmG = DpG - b sin ΥG 或 DmP = DpP - b sin ΥP

　　在直锥齿轮传动装置和弧齿锥齿轮传动装置中。

FtP = FtG

小齿轮

切向力

FtP =

(1.91 x 107

) H

（公制）

DmP nP

=

(1.26 x 105

) H （英制）

DmP nP

轴向力

FaP = FtP tan φP sin ΥP

分离力

FsP = FtP tan φP cos ΥP

+

ዡၠ૰ྺኟ

ᇺ૗ၭ؃୾ۅۥ

ຩ้ኍ

ొ้ኍ

直齿轮传动

切向力

FtG =

(1.91 x 107

) H （公制）

DpG nG

=

(1.26 x 105

) H （英制）

DpG nG

分离力

FsG = FtG tan φG

单螺旋齿轮传动

切向力

FtG =

(1.91 x 107

) H （公制）

DpG nG

=

(1.26 x 105

) H （英制）

DpG nG

轴向力

FaG = FtG tan ψG

分离力

FsG =

FtG tan φG

cos ψG

载荷计算

　　下列等式用来确定由机械零部件形成的力，这些机械

零部件在轴承应用中经常遇到。

图 57. 直齿轮传动 图 59. 直齿锥齿轮与弧齿锥齿轮

图 58. 螺旋齿轮传动

轴承选择流程

载荷计算和轴承分析

TIM KEN 工程手册 35

FtG

直锥齿轮

切向力

FtG =

(1.91 x 107

) H （公制）

DmG nG

=

(1.26 x 105

) H （英制）

DmG nG

轴向力

FaG = FtG tan φG sin ΥG

分离力

FsG = FtG tan φG cos ΥG

螺旋锥齿轮传动和双曲面齿轮传动

　　在螺旋锥齿轮传动和双曲面齿轮传动装置中，轴向力和分

离力的方向取决于螺旋角、螺旋方向、旋转方向和齿轮是主动

还是从动（见图61）。螺旋的方向是通过观察齿轮正面的齿轮

廓（图62）是从轴线向左倾还是向右倾来确定。旋转的方向是

通过望向齿轮或小齿轮顶点判断顺时针还是逆时针。

　　在螺旋锥齿轮传动中

FtP = FtG

　在双面齿轮传动中

FtP =

FtG cos ψP

cos ψG

　　双曲面小齿轮有效工作直径

DmP = DmG

Np cos ψG

NG cos ψP

切向力

FtG =

(1.91 x 107

) H （公制）

DmG nG

=

(1.26 x 105

) H （英制）

DmG nG

　　双曲面齿轮的有效工作直径

DmG = DpG - b sin ΥG

图 61. 螺旋锥齿轮与双曲面齿轮

( )( )

顺时针

逆时针

图 60. 直锥齿轮传动装置

图 62. 螺旋锥齿轮与双曲面齿轮

轴向力为正

轴向力为负

远离小齿轮顶点

指向小齿轮顶点

载荷计算和轴承分析

轴承选择流程

36 TIM KEN 工程手册

直蜗杆传动

蜗杆

切向力

FtW =

(1.91 x 107

) H （公制）

DPW nW

=

(1.26 x 105

) H （英制）

DpW nW

轴向力

FaW =

(1.91 x 107

) H η （公制）

DpG nG

=

(1.26 x 105

) H η （英制）

DpG nG

或

FaW =

FtW η

tan λ

分离力

FsW =

FtW sin φ

cos φ sin λ + μ cos λ

图 63. 直蜗杆传动

表 2. 螺旋锥齿轮传动和偏轴双曲面齿轮传动公式

主动件旋转方式 轴向力 分离力

右螺旋顺时针方向

或左螺旋逆时针方向

主动件 主动件

从动件 从动件

右螺旋逆时针方向

或左螺旋顺时针方向

主动件 主动件

从动件 从动件

FaG =

FtG (tan φG sin ΥG + sin ψG cos ΥG)

cos ψG

FaP =

FtP (tan φP sin ΥP – sin ψP cos ΥP

)

cos ψP

FaP =

FtP (tan φP sin ΥP + sin ψP cos ΥP

)

cos ψP

FsP =

FtP (tan φP cos ΥP

+ sin ψP sin ΥP

)

cos ψP

FsG =

FtG (tan φG cos ΥG – sin ψG sin ΥG)

cos ψG

FsP =

FtP (tan φP cos ΥP – sin ψP

sin ΥP

)

cos ψP

FsG =

FtG (tan φG cos ΥG + sin ψG sin ΥG)

cos ψG

FaG =

FtG (tan φG sin ΥG – sin ψG cos ΥG)

cos ψG

轴承选择流程

载荷计算和轴承分析

TIM KEN 工程手册 37

( )

( )

蜗轮

切向力

FtG =

(1.91 x 107

) H η （公制）

DpG nG

=

(1.26 x 105

) H η （英制）

DpG nG

或

FtG =

FtW η

tan λ

轴向力

FaG =

(1.91 x 107

) H （公制）

DpW nW

=

(1.26 x 105

) H （英制）

DpW nW

分离力

FsG =

FtW sin φ

cos φ sin λ + μ cos λ

式中：

λ = tan-1

DpG

m DpW

或

λ = tan-1

LH

π DpW

与

η =

cos φ – μ tan λ

cos φ + μ cot λ

公制

μ(1) = (5.34 x 10 -7) Vr

3

+

0.146 - 0.103

Vr

0.09

Vr =

DpW nW （米每秒）

(1.91 x 104

) cos λ

英制

μ(1) = (7 x 10 -14) Vr

3

+

0.235 - 0.103

Vr

0.09

Vr =

DpW nW （英尺/分）

3.82 cos λ

(1) 0.015至15 m/s(3至3000ft/min)速度范围内的近似摩擦系数。

双包线蜗杆传动

蜗杆

切向力

FtW =

(1.91 x 107

) H （公制）

DmW nW

=

(1.26 x 105

) H （英制）

DmW nW

轴向力

FaW = 0.98 FtG

分离力

FsW =

0.98 FtG tan φ

cos λ

蜗轮

切向力

FtG =

(1.91 x 107

) H m η （公制）

DpG nW

=

(1.26 x 105

) H m η （英制）

DpG nW

或

FtG =

(1.91 x 107

) H η （公制）

DpG nG

=

(1.26 x 105

) H η （英制）

DpG nG

轴向力

FaG =

(1.91 x 107

) H （公制）

DmW nW

=

(1.26 x 105

) H （英制）

DmW nW

分离力

FsG =

0.98 FtG tan φ

cos λ

式中：

η = 效率 (参考制造商产品目录)

DmW = 2dc -0.98 DpG

蜗杆导程角：

λ = tan-1 DpG = tan-1 LH

m DpW DpW

使用此FtG值对蜗轮传动轴的轴承负

荷进行计算。使用以下FtG等式计算

扭矩。

使用此值计算齿轮

与传动轴的扭矩。

用FaW等式计算轴

承负荷。

( ) ( )

载荷计算和轴承分析

轴承选择流程

38 TIM KEN 工程手册

皮带与链条传动系数

　　由于不同的操作人员对于皮带的松紧度设置不同，很难

确定总的皮带拉力与在张紧侧的张力F1和在松弛侧的张力F2(

图64)的精确等式,下面的等式以及表3可以用来对各种类型的

皮带和皮带轮,以及链条和链轮等不同设计的拉力进行估计：

Fb =

(1.91 x 107

) H B （公制）

Dm n

=

(1.26 x 105

) H B （英制）

Dm n

标准滚子链轮平均直径：

Dm = P

sin 180

Ns

式中：

P = 链条节距

表 3. 基于 180 度包角的皮带或链条传动系数

类型 B

单链条.................................................. 1.00

双链 ...................................................... 1.25

“V”型皮带 ........................................ 1.50

图 64. 皮带或链条传动

Dm

Fb

F2 =

F1 =

冲击载荷

　　很难确定冲击载荷对于轴承寿命的确切影响。冲击载荷

大小取决于碰撞物体的质量，速度以及冲击时的变形程度。

　　冲击载荷对于轴承的影响取决于在冲击点和轴承之间所吸

收的冲击载荷的大小，以及冲击载荷是否足够大致引起轴承损

伤，当然也取决于冲击载荷的频率和持续时间。

　　一个突然的外加载荷至少等效于其静态值的两倍。根据冲

击载荷的速度，也可能远大于这个最小值。

　　冲击载荷产生于许多一般不为人所知或不容易确定的变

量，因此，最好的办法是依靠经验。铁姆肯公司有多年关于多

种类型设备在最苛刻承载条件的运行经验。在涉及异常载荷或

使用要求上特殊的任何应用上，应咨询铁姆肯公司工程师。

离心力

由旋转件的不平衡引起的离心力：

Fc =

Fw r n2 （公制）

8.94 x 105

=

Fw r n2 （英制）

3.52 x 104

牵引力与车轮速度

　　牵引力是驱动轮和地面之间的切向力，用来推动车轮克

服空气阻力，滚动阻力的合力，以一定的速度运动。牵引、

功率、车轮速度以及车辆速度的关系如下：

H =

与

n =

Fte V

3600

Fte V

375

5300V

Dm

336V

Dm

H =

n =

( )

张力，松弛侧

张力，张紧侧

轴承选择流程

轴承反作用力

TIM KEN 工程手册 39

轴承反作用力

　　在有两点支撑的轴上，轴承径向载荷可按如下步骤进行

计算：

• 确定轴承的有效跨距

• 选择相对方便的基准面，将施加到轴上的力分解为水平与

垂直两个分量

• 针对各个轴承的有效中心进行力矩求和，进而得到每一处

支撑位置的轴向与径向反作用力

有效跨距

圆锥滚子轴承或角接触球轴承

　　当对圆锥滚子轴承或者角接触球轴承施加载荷时，滚动体

与外圈滚道接触处的内力垂直于滚道面。这些内力有径向和轴

向两个分量。除特殊情况下纯轴向载荷外，施加到滚动体上力

的轴向分量不对称，导致内圈和轴受到不对称力引起的力矩。

垂直于外圈滚道的力的延长线与轴承中心线的交点被定义为圆

锥滚子轴承的有效中心。类似的，有效中心的定义也适用于角

接触球轴承。双轴承系统内的有效跨度定义为两个轴承有效中

心的距离。可以通过数学证明，如果对轴建模时假定轴由轴承

的有效中心处支撑，而不是轴承的几何中心，在计算轴承的径

向载荷时轴承的力矩可忽略。

　　只需考虑外部施加的载荷，根据外力对轴承的有效中心产

生的力矩进行计算载荷或者反作用力。

　　图 65 所示为面对面与间接安装配置的单列轴承。根据应

用要求选择面对面或背对背安装。

调心滚子轴承

　　每一列调心滚子的有效中心与轴承中线线相交于轴承的

几何中心处。如图66所示。每列滚子的有效中心的距离为0

（即零力臂），轴承内部不会产生旋转力矩。因此，当轴和

轴承座存在偏心时，轴承内圈和外圈会相对对方旋转一定角

度，不会产生内力。自对齐能力会阻止轴承承受外部的转动

力矩，因此，调心滚子只能通过径向和轴向反作用力来承受

轴和轴承座施加的载荷。

面对面安装 —— 圆锥滚子轴承

面对面/ DF —— 角接触球轴承

图 65. 所示为单列轴承的不同安装型

式，并显示有效载荷中心位置

图 66. 调心滚子轴承

背对背安装 —— 圆锥滚子轴承

背对背/ DB —— 角接触球轴承

Effective bearing spread

Float position Fixed position

有效轴承跨距

有效轴承

跨距

有效轴承

跨距

有效轴承

跨距

有效轴承

跨距

浮动位置 固定位置

轴承反作用力

轴承选择流程

40 TIM KEN 工程手册

力的分解

两点支撑的轴

　　可使用简支梁方程将外部施加载荷转化为在轴承有效中

心处的轴承反作用力。

　　下面公式是用在如下情况下的：一根轴由两处位置支

撑，承受齿轮传动带来的力，由三部分组成，Ft(切向)，Fs(分

离)，Fa(轴向)。另外还有外部载荷F与外部力矩M0.所有的力

与基准面成一定角度（θ1，θ2，θ3），如图67所示。运用叠

加原理，用来求得垂直以及水平方向支反力(Frv和Frh)的公式

可以扩展到任何数量的齿轮，外力以及力矩。计算时，齿轮

力需要带有各自齿轮力计算时的正负符号。

B 轴承位置处的反作用力垂直分力：

FrBv

=

1 c1 (FsG cos θ1 + FtG sin θ1) + 1 (DpG - b sin γG) FaG cos θ1 +c2 F cos θ2 + M cos θ3

ae 2

B 轴承位置处的反作用力水平分力：

FrBh

=

1 c1 (FsG sin θ1 - FtG cos θ1) + 1 (DpG - b sin γG) FaG sin θ1 +c2 F sin θ2 + M sin θ3

ae 2

A 轴承位置处的反作用力垂直分力:

FrAv

= FsG cos θ1 + FtG sin θ1 + F cos θ2 - FrBv

A 轴承位置处的反作应力水平分力：

FrAh

= FsG sin θ1 - FtG cos θ1 + F sin θ2 - FrBh

合成径向反作用力： FrA = [(FrAv

)

2

+ (FrAh

)

2 ]

1/2 FrB = [(FrBv

)

2

+ (FrBh

)

2 ]

1/2

合成轴向反作用力： FaA = FaG (固定位置) FaB = O (浮动位置)

(

(

(

(

图 67. 轴承径向反作用力

　　在使用上述公式计算支反力时，应注意确保使用了正确

的支撑自由度。就是说，圆锥滚子轴承与球轴承可承受径向

载荷、力矩载荷以及双向的轴向载荷；调心滚子轴承不能承

受力矩载荷，只能承受径向和双向的轴向载荷；圆柱滚子轴

承主要承受径向载荷，根据内圈外圈挡边配置的不同也可承

受较小的轴向载荷。

具有三个或更多个支撑点的轴

　　静态平衡等式不足以解决有超过两个支撑点的轴上的轴

承反作用力。如有充分的信息，可以使用电脑程序来解决这

些情况。在这些情况里，轴、轴承和轴承座的变形影响载荷

的分布。在这些参数上的任何变化能够较大地影响轴承的反

作用力。

θ3

θ1

θ2基准面

力矩作用面

F

FsG

FtG FaG FaG

FsG

FtG

F

c1

c2

ae

轴承 A 轴承 B

FrAh

FrAv

FrBh

FrBv

Mo

轴承选择流程

轴承反作用力

TIM KEN 工程手册 41

动态径向当量载荷(Pr)

　　计算 L10 寿命，需要计算动态径向当量载荷，由 Pr 标明。

动态径向当量载荷是指一个单一径向载荷，如果施加到轴承

上，会得到与轴承工作复合载荷下相同的寿命。下面动态径向

当量载荷的计算公式，适用于所有轴承类型。

Pr = XFr + YFa

调心滚子轴承

　　调心滚子轴承的Pr值可通过下面的公式确定。计算轴向载

荷与径向载荷的比值，将该比值与轴承的e值进行比较。

公式：

Pr = Fr + YFa for Fa / Fr e,

或 Pr = 0.67Fr + YFa for Fa / Fr > e.

e值与Y值可从调心滚子轴承产品目录中查到，该产品目录可从铁姆肯公司网站

www.timken.com上得到。

圆柱滚子轴承

　　圆柱滚子轴承只承受径向载荷时：

Pr = Fr

　　圆柱滚子轴承可承受的最大动态径向载荷应 ≤ C/3。

　　除径向载荷外，如果轴承还承受轴向载荷，在计算轴承

疲劳寿命时应将该轴向载荷考虑在内（Fa ≤ Faz；Faz为许用轴向

载荷）。

表 4. 圆柱滚子轴承动态径向当量载荷

尺寸系列 载荷比 动态径向当量载荷

10.. 2..E, 3..E

Fa/Fr < 0.11

Fa/Fr > 0.11

P = Fr

P = 0.93 Fr + 0.69 Fa

22..E, 23..E

Fa/Fr < 0.17

Fa/Fr > 0.17

P = Fr

P = 0.93 Fr + 0.45 Fa

深沟与角接触球轴承

　　表 5 所示为所有类型球轴承的动态径向当量载荷的计算公

式。所需Y参数可从第 42 页的表 6 中查得。

表 5. 球轴承的动态径向当量载荷计算公式

深沟与角接触球轴承

轴承说明（基准） 接触角 单列与串联安装 双列与预紧成对

安装

轴承类型或系列

KT = Fa KT = Fa

iBCo Co

深沟球轴承 使用Pr

(1) 较大值

M9300K,MM9300K

M9100K,MM9100K

M200K,MM200K

M300K,MM300K

0°

Pr = Fr

或

Pr = 0.56Fr + Y1Fa

Pr = Fr + 1.20Y1Fa

或

Pr = 0.78Fr + 1.625Y1Fa

9300、9100、200、

300 和派生XLS 较大

的和三层密封

0°

Pr = Fr

或

Pr = 0.56Fr + Y1Fa

宽内圈球轴承座单元 0°

Pr = Fr

或

Pr = 0.56Fr + Y1Fa

角接触球轴承 使用Pr

(1) 较大值

7200K, 7200W

7300W, 7400W

5200K-5300W

5311W-5318W

5218W, 5220W, 5407W

5221W, 5214W

20°

Pr = Fr

或

Pr = 0.43Fr + Fa

Pr = Fr + 1.09Fa

或

Pr = 0.70Fr + 1.63Fa

5200, 5200W

（见20°例外项）

5300, 5300W

（见20°例外项）

5400, 5400W

（见20°例外项）

30°

Pr = Fr

或

Pr = 0.39Fr +0.76Fa

Pr = Fr + 0.78Fa

或

Pr = 0.63Fr + 1.24Fa

7200WN

7300WN

7400WN

40°

Pr = Fr

或

Pr = 0.35Fr +0.57Fa

Pr = Fr + 0.55Fa

或

Pr = 0.57Fr + 0.93Fa

2M9300WI

2M9100WI, 2MM9100WI

2M200WI, 2MM9100WI

2MM300WI

15°

Pr = Fr

或

Pr = 0.44Fr +Y2Fa

Pr = Fr + 1.124Y2Fa

或

Pr = 0.72Fr + 1.625Y2Fa

2MM9100WO

Pr = Fr

或

Pr = 0.44Fr + Y3Fa

Pr = Fr + 1.124Y3Fa

或

Pr = 0.72Fr + 1.625Y3Fa

3M9300WI

3M9100WI, 3MM9100WI

3M200WI, 3MM200WI

3MM300WI

25°

Pr = Fr

或

Pr = 0.41Fr +0.87Fa

Pr = Fr + 0.92Fa

或

Pr = 0.67Fr + 1.41Fa

(1)当 Pr > Co 或 Pr > 1/2 CE 时，相关寿命计算请咨询您的铁姆肯公司工程师。

轴承反作用力

轴承选择流程

42 TIM KEN 工程手册

表 6. 球轴承动态径向当量载荷计算时所需参数

KT Y1 Y2 Y3

0.015 2.30 1.47 1.60

0.020 2.22 1.44 1.59

0.025 2.10 1.41 1.57

0.030 2.00 1.39 1.56

0.040 1.86 1.35 1.55

0.050 1.76 1.32 1.53

0.060 1.68 1.29 1.51

0.080 1.57 1.25 1.49

0.100 1.48 1.21 1.47

0.120 1.42 1.19 1.45

0.150 1.34 1.14 1.42

0.200 1.25 1.09 1.39

0.250 1.18 1.05 1.35

0.300 1.13 1.02 1.33

0.400 1.05 1.00 1.29

0.500 1.00 1.00 1.25

0.600 — — 1.22

0.800 — — 1.17

1.000 — — 1.13

1.200 — — 1.10

圆锥滚子轴承

　　圆锥滚子轴承可承受径向载荷、轴向载荷或两者的组合。

由于滚道的锥形设计，轴承承受径向载荷时，会在轴承内部产

生轴向反作用力，而为避免该轴向反作用力导致轴承内外圈分

离，必需反方向施加相等或者较大的轴向载荷。根据外部施加

轴向力的方向，决定对径向载荷产生的轴向力进行相加或者减

除。因而，定位处轴承所承受的轴向力为另一轴承产生的轴向

力加上外部轴向载荷。非定位处轴承则只承受自身径向载荷产

生的轴向力。

　　对于给定轴承，径向载荷与轴向载荷的比值以及外圈滚

道的包角决定了轴承的承载区。由该比值导致的承受力的滚

动体的数目定义了承载区。如果所有滚动体都受力，此时承

载区被称为360度。

　　当圆锥滚子轴承只承受径向载荷，为方便计算，在使用传

统计算方法时，假定此时有一半的滚动体承受载荷—承载区为

180度。此种情况，所引发的轴承轴向力为：

　　基本动态径向额定载荷，C90，被定义为在承载区为180度

时轴承的径向载荷承载能力。当轴承承受的轴向载荷大于径向

载荷所引发的轴向载荷Fa（180）时，计算轴承寿命时必需使用所

承受的轴向力为另一轴承产生的轴向力加上外部轴向载荷。

　　表7和表8的公式提供了动态径向当量载荷的近似计算公

式，该公式是假定 一个轴承承载区为180度，而另一个轴承承

载区为180度或者更大。

Fa(180) =

0.47 Fr

K

轴承选择流程

轴承反作用力

TIM KEN 工程手册 43

Bearing A

FrA FrB

Fae

Bearing B

Bearing A Bearing B

FrA FrB

Fae

FrA FrB

Fae

Bearing A Bearing B

Bearing A Bearing B

FrA FrB

Fae

单列安装

　　单列安装时使用此表，确定轴承是面对面安装还是背对

背安装，轴向载荷Fae是施加到轴承A还是轴承B上。一旦判断

了所选的设计，按照与其对应的条件，选择适用的轴向载荷

和动态径向当量载荷计算公式。

表 7. 动态径向当量载荷公式，单列圆锥滚子轴承安装

设计 轴向载荷条件 轴向载荷 动态径向当量载荷

FaA =

0.47 FrB + Fae

KB

FaB =

0.47 FrB

KB

0.47 FrA ≤

0.47 FrB + Fae

KA KB

FaA =

0.47 FrA

KA

FaB =

0.47 FrA - Fae

KA

0.47 FrA

>

0.47 FrB + Fae

KA KB

PA = 0.4 FrA + KA FaA(1)

PB = FrB

PA = FrA

PB = 0.4 FrB + KB FaB (1)

设计 轴向载荷条件 轴向载荷 动态径向当量载荷

(1) 如果PA < FrA，使用 PA = FrA 或如果 PB < FrB，采用 PB = FrB。

FaA =

0.47 FrA

KA

FaB =

0.47 FrA + Fae

KA

0.47 FrB ≤

0.47 FrA + Fae

KB KA

FaA =

0.47 FrB - Fae

KB

FaB =

0.47 FrB

KB

0.47 FrB

>

0.47 FrA + Fae

KB KA

PA = 0.4 FrA + KA FaA(1)

PB = FrB

PA = FrA

PB = 0.4 FrB + KB FaB(1)

轴承

轴承

轴承

轴承

轴承

轴承

轴承

轴承

轴承反作用力

轴承选择流程

44 TIM KEN 工程手册

双列安装，固定或浮动

　　对于双列圆锥滚子轴承，可使用下表。在该表中，只有轴

承 A 承受轴向载荷。如果是轴承 B 承受轴向载荷，公式中的

下标A应该替换为 B，反之亦然。

　　对于没有外加轴向载荷（Fae）的双列轴承相似系列，动态

径向当量载荷Pr等于FrAB或者FrC。因为FrAB或者FrC是双列轴

承的径向载荷，所以可使用双列基本动态径向额定载荷C90(2)

来计算轴承的寿命。

表 8. 动态径向当量载荷公式，双列圆锥滚子轴承结构

设计 —— 轴承系列相同 轴向载荷条件 动态径向当量载荷

Fae ≤

0.6 FrAB

K A

Fae >

0.6 FrAB

KA

PA = 0.4 FrAB + KA Fae

PB = 0

设计 —— 轴承系列不同 轴向载荷条件 动态径向当量载荷

注意: FrAB是施加到双列轴承组件上的径向载荷。当使用上述公式计算轴承寿命时，使用的是单列基本动态径向额定载荷C90。

Fae ≤

0.6 FrAB

KA

PA =

KA (FrAB + 1.67 KB Fae)

KA + KB

PB =

KB (FrAB - 1.67 KA Fae)

KA + KB

Fae >

0.6 FrAB

KA

PA = 0.4 FrAB + KA Fae

PB = 0

PA = 0.5 FrAB + 0.83 KA Fae

PB = 0.5 FrAB - 0.83 KA Fae

FrC FrAB

Bearing A Bearing B

Fae

Fixed Bearing Floating Bearing

Bearing C

FrAB

Bearing B

Fae

FrC

Bearing C Bearing A

FrC FrAB

Bearing A Bearing B

Fae

Fixed Bearing Floating Bearing

Bearing C

FrAB

Bearing B

Fae

FrC

Bearing C Bearing A

轴承

固定轴承

固定轴承

固定轴承

固定轴承

浮动轴承

浮动轴承

浮动轴承

浮动轴承

轴承

轴承 轴承 轴承

轴承 轴承 轴承

轴承 轴承

轴承 轴承

轴承选择流程

轴承反作用力

TIM KEN 工程手册 45

球轴承:

σ0 = 4200 P0

1/3

MPa

C0

σ0 = 607 P0

1/3

ksi

C0

σ0 = 4000 P0

1/2

MPa

C0

σ0 = 580 P0

1/2

ksi

C0

　　对于所有轴承，最大接触应力可用静态载荷当量和基本静

态载荷进行近似计算。

滚子轴承:

调心滚子、深沟球以及角接触球轴承

　　可使用表9所列的载荷系数X0 、Y0代入下面公式计算静态

径向当量载荷。

P0r = X0 Fr + Y0 Fa

止推球轴承

　　与深沟球轴承相同，止推球轴承使用同样公式计算静态

当量载荷。

P0a = X0 Fr + Y0 Fa

　　www.timken.com 的止推轴承目录列出了X0与Y0系数，

同时列出了确保轴承正常运转所需要的最小轴向载荷与径向

载荷比值。

止推调心滚子轴承

以下等式用于止推调心滚子轴承：

P0a = Fa + 2.7 Fr

　　为确保正常运转，止推调心滚子轴承需要最小轴向载

荷。P0a不应大于0.5C0a. 如超出以上要求，请咨询您的铁姆

肯公司工程师。

( )

( )

( )

( )

静态径向与轴向当量载荷

　　为了比较非旋转轴承承受的载荷与基本静态承载能力，需

要定义静态当量载荷。该载荷可被定义为一个纯径向力或轴向

力，它在受载最大的滚动体中部产生的接触应力与实际复合外

力所造成的应力相同。静态径向或轴向当量载荷的选择取决于

选用的轴承。对于设计用来承受纯径向或纯轴向的轴承，此时

施加的载荷等同于静态当量载荷。

动态轴向当量载荷 (Pa)

　　对于止推球轴承、止推调心轴承和止推圆锥滚子轴承，

径向力的存在使得载荷的计算变得复杂，必须要仔细考虑。

如果径向载荷是零，动态轴向当量载荷将等于外加的轴向载

荷。如果在应用中预计有任何径向载荷，关于轴承选型的建

议请咨询您的铁姆肯公司工程师。

止推角接触球轴承

　　对于止推角接触球轴承，其动态轴向当量载荷通过下列

公式计算:

Pa = Xr F + YFa

　　最小轴向载荷与径向载荷之比(Fa / Fr)、X系数与Y系数可

在止推轴承产品目录中找到，该产品目录在铁姆肯公司网站

www.timken.com/catalogs内获得。

止推调心滚子轴承

　　止推调心滚子轴承的动态轴向当量载荷通过下式计算:

Pa = 1.2Fr + Fa

　　止推调心轴承所能承受的径向载荷（Fr）与施加的轴向载荷

相关，需满足等式 Fr ≤0.55 Fa；由于滚子倾角较大，当径向载

荷施加到轴承上时，将产生一个轴向载荷(Fai=1.2Fr)，产生的轴

向力需要轴上的另外一个止推轴承或比Fai值大的轴向力支撑。

表 9. 静态压力下径向轴承的 XO 与 YO值

轴承类型 接触角

(a)

单列 双列

X0 Y0 X0 Y0

深沟球轴承 0.6 0.5 0.6 0.5

角接触球轴承 15 0.5 0.47 1 0.94

20 0.5 0.42 1 0.84

25 0.5 0.38 1 0.76

30 0.5 0.33 1 0.66

35 0.5 0.29 1 0.58

40 0.5 0.26 1

调心滚子轴承 0.5 0.22 cota 1 0.44 cota

轴承反作用力

轴承选择流程

46 TIM KEN 工程手册

　　止推调心滚子轴承所需的最小轴向载荷(Fa min)可由如下

公式计算：

Fa min = 1.2 Fr + Fac

C0a

1000

(N)

　　除满足上面公式计算出的最小值外，正常工作所需的最小

轴向载荷(Fa min)应大于或等于静态轴向载额定载荷(C0a)的0.1%。

Bearing A

FrA FrB

Fae

Bearing B

Bearing A Bearing B

FrA FrB

Fae

表 10. 静态当量载荷公式，单列圆锥滚子轴承

设计 轴向载荷条件 轴向载荷 静态径向当量载荷

将静态当量载荷 P0 值与静态额定载荷 (C0) 进行比较，即使 P0 值小于径向载荷 Fr。

0.47 FrA

≤

0.47 FrB + Fae

KA KB

FaA =

0.47 FrB + Fae

KB

FaB =

0.47 FrB

KB

FaA =

0.47 FrA

KA

FaB =

0.47 FrA

- Fae

KA

0.47 FrA

>

0.47 FrB + Fae

KA KB

P0B = FrB

当 FaA < 0.6 FrA / KA

P0A = 1.6 FrA - 1.269 KA FaA

当 FaA > 0.6 FrA / KA

P0A = 0.5 FrA + 0.564 KA FaA

设计（外部轴向载荷Fae施加到

轴承 A 上)

当 FaB > 0.6 FrB / KB

P0B = 0.5 FrB + 0.564 KB FaB

当 FaB < 0.6 FrB / KB

P0B = 1.6 FrB - 1.269 KB FaB

P0A = FrA

圆锥滚子轴承

　　对于单列圆锥滚子轴承，计算其静态当量载荷需首先确

定轴向载荷(Fa)，然后根据其轴向载荷条件使用下面的等式进

行计算。

最小轴承负荷

　　如果载荷太小，且润滑不良，轴承容易打滑，会造成轴

承损伤。径向圆柱滚子轴承和调心滚子轴承的最小载荷为 Pr

= 0.04 C。

　　止推调心滚子轴承的离心力趋向于将滚子向外推。轴承

的几何形状会将该推力转变成一个轴向力，该轴向力需要被

一个轴向载荷克服。产生的轴向力（Fac）通过如下公式计算：

Fac = 4.4kn2

x 10-5 （N）

　　轴承数据表没有包括双列轴承的基本静态载荷。双列

轴承的基本静态载荷可由下式近似得出：

C0(2) = 2C0

轴承

轴承

轴承

轴承

轴承选择流程

轴承额定载荷

TIM KEN 工程手册 47

　　轴承额定载荷

　　轴承有两种基本额定载荷，分别为动态与静态额定载荷。动态额定载荷用于估计轴承的

寿命。静态额定载荷用于确定在非旋转轴承上可施加的最大允许载荷。

动态额定载荷

　　铁姆肯公司所公布的轴承动态额定载荷基本上是以一百万

转数的寿命为基准的。额定载荷，用C来表示，表示在该径向

载荷作用下，一定数量的轴承的L10寿命为一百万转。对于铁

姆肯公司圆锥滚子轴承，其动态额定载荷是基于寿命为九千

万转而得到的，标识为C90。在某一径向载荷下，一定数量的

轴承L10寿命可达到九千万转时，则定义此载荷为动态额定载

荷，同时对于圆锥滚子轴承，铁姆肯公司也公布了轴向动态额

定载荷，标识为Ca90。同样其定义为在Ca90轴向载荷下，一定

数量的轴承L10寿命可达到九千万转。

　　轴承动态额定载荷与轴承内部几何形状有函数关系，内部

几何形状包括滚道角度、滚动体的有效长度（滚动体与滚道接

触区域的长度）与滚动体的数量和大小，另外动态额定载荷还

与材料纯净度相关。

静态额定载荷

　　　　Timken®轴承的基本静态径向额定载荷和轴向额定载

荷是以非运转轴承的最大接触应力为基准的，在承载最大的滚

子的接触中心，最大接触应力对于滚子轴承为4000MPa，对于

球轴承为4200 MPa。

　　4000 MPa 或4200 MPa的应力水平可以在轴承滚道上引

起看得见的轻微压痕标记。当轴承继续在较低的应用载荷下

运转时，该标记程度在疲劳寿命上不会有重大影响。如果声

音、振动或扭矩要求高，或出现冲击载荷，应选用较低的载

荷极限。对于静态载荷的轴承选型的更多信息，请咨询您的

铁姆肯公司工程师。

轴承额定载荷

轴承选择流程

48 TIM KEN 工程手册

　　径向轴承用的基于一百万的转数的动态额定载荷的公式

是最普通的形式，其将贯穿本节的其余部分。前面提到的动

态当量载荷等式和接下来将提到的寿命调整系数适用于所有

形式的寿命等式。

　　随着对基准条件和轴承在机器中运行的实际环境之间关系

的关注不断提高，传统的寿命计算公式已经扩展来包括影响轴

承性能的某些额外的变量。在轴承分析和选型过程中考虑寿命

调整系数的方法称为轴承系统分析（BSA）。

ABMA轴承调整寿命的公式是：

Lna = a1

a2

a3

L10

铁姆肯公司轴承调整寿命的公式是：

Lna = a1

a2

a3da3ka3la3ma3p

C e (1x106

) 转数

Pr

式中：

　　相对于一百万转寿命计算方法，圆锥滚子轴承的动态额

定载荷是基于九千万转寿命计算方法，寿命计算公式如下：

或

与

或

L10 =

C90 10/3

(90x106

)

转数

Pr

L10 =

C90 10/3 90x106

小时

Pr 60n

L10 =

Ca90 10/3

(90x106

)

转数

Pa

L10 =

Ca90

10/3 90x106

小时

Pa 60n

轴承寿命

　　在进行轴承选型时，有着许多不同的性能标准要遵循。包

括疲劳寿命、旋转精度、功率要求，温度限制、速度能力以及

噪声等。本部分主要讨论与材料疲劳相关的轴承疲劳寿命。轴

承疲劳寿命定义为开始出现 6 mm2（0.01 in.2）大小的剥落时

的时间或者转数。由于疲劳具有统计分布特性，所以单个轴承

的寿命是无法精确预测的。即使相同的轴承在相同条件下进行

实验，其得到的寿命也可能相差较大。因此，寿命预测需要基

于大量的轴承在相似的条件下实验，对得到的寿命进行数据统

计。Weibull分布函数作为一个普遍接受的标准，可以对大批量

轴承在给定可靠度水平下进行寿命预测。

额定寿命

　　额定寿命（L10）是指在一块疲劳剥落出现前，90%的一组

同样的轴承将达到或超过的寿命。对于在特定载荷下的单个轴

承，L10寿命也与90%的可靠性相关联。

轴承寿命计算公式

　　通常，在动态径向当量载荷（Pr）已经确定时，对在径向

或复合载荷下的轴承L10寿命计算公式如下，此时动态额定载荷

是基于一百万转寿命计算方法：

或

对止推轴承而言，上述公式应转换如下：

或

L10 =

C e

(1x106

)

转数

Pr

L10 =

C e 1x106

小时

Pr 60n

L10 =

Ca e

(1x106

)

转数

Pa

L10 =

Ca

e 1x106

小时

Pa 60n

球轴承 e = 3

圆锥、圆柱以及调心滚子轴承 e= 10/3

( )

( )

( ) ( )

( )

( ) ( )

球轴承 e = 3

圆锥、圆柱以及调心滚子轴承 e= 10/3

( )

( )

( )

( )

( )

轴承选择流程

轴承额定载荷

TIM KEN 工程手册 49

( )

可靠性寿命系数 (a1)

　　对于在相同条件下运转的一组相同轴承，轴承寿命中的

可靠性是指预期达到或超过既定寿命的一组轴承的百分比。

单个轴承的可靠性是指该轴承会达到或超过既定寿命的概率。

可靠性寿命调整系数：

a1 = 4.26 ln 100 2/3

+ 0.05

R

ln = 自然对数，底数为e

　　通过将L10寿命乘以a1系数，可计算得到基于可靠性的寿

命。如果以 90（90%可靠性）代上面公式中的R 值，a1=1，如

果 R=99（99%可靠性），a1=0.25。下表列举了平时常用可靠

性值的可靠性系数。

表 11. 可靠性调整系数

R（百分比） Ln a1

90 L10 1.00

95 L5 0.64

96 L4 0.55

97 L3 0.47

98 L2 0.37

99 L1 0.25

99.5 L0.5 0.175

99.9 L0.1 0.093

　　请注意可靠性调整系数基于一个假设，假定存在一个最短

寿命，在此最短寿命下的轴承损伤的概率是微乎其微的（例如，

轴承损伤概率为零时轴承有一个较短的寿命）。大量的轴承疲

劳寿命试验显示，最短寿命下轴承损伤的概率可忽略不计，且

得到的最短寿命比使用可靠性调整系数计算预测得到的寿命

长。在较高可靠性水平下对轴承寿命进行精确的预测，请咨

询您的铁姆肯公司工程师。

材料寿命系数 (a2)

　　轴承材料寿命调整系数 a2，对于由优质轴承钢制造的标准

Timken®轴承为1.0。那些比标准钢非金属杂质少的优质钢材制

造的轴承能够得到更长的寿命（例如DuraSpexx™轴承）。材料

寿命系数的适用要求疲劳寿命仅是由于非金属夹杂引起的，且

接触应力小于2400MPa（350ksi）与润滑充分。请注意如果轴

承运行系统存在润滑不良时，材料的改善并不能改善轴承的性

能。对于材料系数的适用性，请咨询您的铁姆肯公司工程师。

异物寿命系数(a3d)

　　润滑系统里的异物在接触表面上造成的压痕，会导致应力

提高，进而降低轴承的寿命。在润滑系统内的异物通过在接触

表面产生凹痕降低滚动轴承的寿命，导致应力提高。铁姆肯公

司额定载荷等式是在40μm过滤油（其测量值接近于15/12 ISO

洁净水平）润滑的基础上得到的测试数据。15 /12 ISO 洁净水

平是在普通工业机械标准的清洁等级。当在系统内呈现更多或

更少异物时，可以根据测量得的或预期的 ISO 润滑剂清洁水平

调整疲劳寿命预测来更精确地反映轴承性能。

　　可以采用异物特征分析（Debris Signature AnalysisTM）

来精确预测异物环境下的轴承寿命。执行异物特征分析是确

定在您的系统中出现的实际异物在轴承性能上的影响的一个

过程。所使用的典型方法是对运行在给定应用中的实际轴承

上的凹痕/擦伤表面进行测量。因为不同类型的异物引起不同

水平的性能降低，所以该分析方法是有效的。软、韧性的的颗

粒相比硬、脆的颗粒造成不同的性能降低。硬、韧性的颗粒通

常对轴承寿命影响最大，脆性的颗粒会破碎，因而不会对轴承

性能造成与硬、韧性的颗粒一样的影响，关于异物特性分析的

更多信息或抗异物轴承对于您的应用的适用性，请咨询您的铁

姆肯公司工程师。

图 68. 异物压痕的轴承滚道表面特征图