齿轮箱轴承应用技术

本书从齿轮箱设计、制造、使用、维护的全生命周期对轴承在齿轮箱中的应用技术进行了系统梳理，共分为13章：①绪论，②工业齿轮箱概述，③齿轮箱轴承基础知识，④齿轮箱轴承配置，⑤齿轮箱轴承选型，⑥齿轮箱轴承系统公差与配合，⑦齿轮箱轴承储运、安装与拆卸，⑧齿轮箱轴承润滑技术，⑨齿轮箱轴承振动分析技术，⑩齿轮箱轴承失效分析技术。还有3章内容着重介绍了目前齿轮箱中非常广泛使用的一类——风力发电机齿轮箱。由于风力发电机齿轮箱有其特殊的工况要求和设计需要，因此本书就风力发电机齿轮箱轴承特殊的配置及应用进行了详述——?风力发电机齿轮箱概述、?风力发电机齿轮箱轴承及轴承配置、?风力发电机齿轮箱轴承的应用。
本书可供齿轮箱设计和研究人员、轴承设计和应用工程技术人员学习参考，可作为与轴承有关的设备使用和维修人员的日常工作指导用书，也可作为院校相关专业师生的教材和参考资料。

王勇
本科毕业于沈阳工业大学电机电器及控制专业，研究生毕业于上海交通大学获MBA硕士学位。曾在SKF、NTN等公司从事齿轮箱、电机等传动领域的技术及培训工作近20年。在国内某知名电机技术论坛开辟的“电机轴承终结者”讨论帖成为置顶精华帖，十余年为国内电机工程师所追捧，并于2020年开设“轴承问题终结者”公众号，作为业内技术交流互动平台广受关注。曾在《电机控制与应用》杂志开设专栏两年，发表文章8篇。合著出版《滚动轴承使用常识》《电机轴承应用技术》《电机轴承故障诊断与分析》等书。

赵明
毕业于华东理工大学机械设计及自动化专业。从事轴承的应用技术支持、产品管理和工程咨询服务等工作十余年。曾就职于SKF等公司，技术涉及电机、齿轮箱，风力发电机等轴承应用领域，具有丰富的轴承应用知识和实践经验，尤其擅长复杂领域的轴承校核计算和故障诊断。后就职于某工业大数据研究院，担任副院长职务。目前从事工业旋转设备故障诊断的大数据解决方案研究。合著出版《电机轴承应用技术》《电机轴承故障诊断与分析》。“轴承问题终结者”公众号作者之一。

适读人群 ：齿轮箱设计和研究人员、轴承设计和应用工程技术人员
齿轮箱轴承技术是齿轮箱技术和轴承技术之间的交叉学科，应用技术又是理论知识和实践经验的结合产物。本书从齿轮箱的全生命周期对轴承应用技术进行系统阐述，搭建齿轮箱技术和轴承技术的桥梁，避免了过多的理论探讨，重点分析总结了齿轮箱轴承生产实践中的技术难题及解决办法，实用性和借鉴性非常强，希望能帮助更多的同行解决实际问题。

轴承是齿轮箱中一个非常关键的零部件。在进行齿轮箱相应的设计时，广大机械工程师需要掌握一定的轴承相关应用技术。
作者在多年从事驱动设备（电机以及齿轮箱）轴承应用技术的工作中，发现与轴承应用技术相关的书籍较少，很多应用技术知识分散在各个轴承厂家的资料中。这种情况给机械工程师造成了查询的困难。同时，轴承应用技术知识针对的往往是旋转设备，而专门针对齿轮箱轴承应用的专业技术书籍更少。
作者在2020年出版了《电机轴承应用技术》一书，受到广大电机设计、使用工程师的欢迎。由此也想到同为驱动设备的齿轮箱领域，也需要一本专门的、系统性地阐述轴承应用技术的书籍，这就是本书着笔的初衷。
在驱动设备中，齿轮箱是一个多轴系统。与电机等其他单轴系统相比，具有更大的复杂性。同时，在齿轮箱的设计、选型、校核计算、生产制造以及维护过程中对轴承应用技术的要求也相应地更高。因此，熟练地掌握齿轮箱轴承应用技术对于从事齿轮箱相关的设计、制造以及使用的工程师而言是一个不小的挑战。
本书从齿轮箱的设计、制造、使用、维护的全生命周期，以及齿轮箱工程师的角度与思考顺序对轴承相关应用技术进行系统阐述。读者可以依次阅读本书的各个章节，以掌握齿轮箱轴承应用技术的全貌。同时，也可以根据所处的设计阶段以及技术需求，有目的地进行相应地查询，以辅助轴承的选型、应用。
本书第一章～第十章由王勇主笔，第十一章～第十三章由赵明主笔，常东方、许伟等参与了本书部分内容的编写。
第一章对齿轮箱轴承应用技术的总体定义、目的、意义以及技术框架进行介绍。
第二章从齿轮箱设计、基本结构以及对轴承的要求入手，对齿轮箱进行介绍。
第三章介绍工业齿轮箱中可能会用到的轴承类型及其基本性能。通过这些介绍，读者可以对齿轮箱轴承的工况条件及本身性能有一定的认识。
第四章对工业齿轮箱中常用的轴承配置及其技术细节进行阐述，供读者在进行齿轮箱轴承系统设计时参考。
齿轮箱的设计选型除了定性地进行轴承选择、布置之外，更重要的工作是对齿轮箱轴承选型之后的校核计算。
第五章从齿轮箱轴承系统的受力分析、计算入手，分别对齿轮箱轴承选型应用时的主要校核目标的具体计算方法展开详细阐述。
第六章针对齿轮箱的图样设计阶段，轴承相关零部件的公差与配合选择进行介绍。
第七章从润滑基本概念、原理入手，详细介绍齿轮箱轴承润滑选型、使用以及维护方法。
第八章主要针对齿轮箱生产、制造等实际工艺环节中对轴承相关的安装和拆卸方法进行详细介绍。
第九章、第十章对齿轮箱轴承设计验证、出厂试验以及使用时的失效分析技术进行详细介绍，供读者在进行轴承故障诊断与分析时参考。
第十一章～第十三章着重介绍了目前齿轮箱中广泛使用的一类——风力发电机齿轮箱。风力发电机齿轮箱是工业齿轮箱中的一类，但是又有其特殊的工况要求和设计需要。目前广泛应用的风力发电设备中，轴承的应用需求十分广泛，因此本书在这一部分就其特殊的应用进行了详述。
本书与《电机轴承应用技术》所载内容同为驱动设备轴承应用技术的专门分支之一，因此其内容也有部分相通。这两本书共同构成工业驱动设备轴承应用技术的姊妹篇。
由于作者水平所限，书中难免有不准确甚至错误的地方，恳请广大读者提出宝贵的意见和建议。
齿轮箱轴承应用技术前言在本书成书之际，特别感谢伍美芳（Quency NG）女士、吴凯先生、杨彦女士在过去多年来对作者的教诲和帮助！感恩曾经的并肩战斗与学习！

王勇 赵明

前言
第一章 绪论
第一节 工业齿轮箱与轴承应用
第二节 齿轮箱生命周期与轴承应用技术
一、齿轮箱设计过程中的轴承应用技术
二、齿轮箱装配过程中的轴承应用
三、齿轮箱使用、维护以及故障分析中的轴承应用技术
第三节 齿轮箱轴承应用技术概述
第四节 风力发电机齿轮箱与齿轮箱轴承应用技术
第二章 工业齿轮箱概述
第一节 工业齿轮箱简介
一、齿轮箱概述
二、齿轮箱的作用、特点
第二节 齿轮与齿轮箱的分类
一、齿轮的分类
二、齿轮箱的分类
第三节 齿轮箱的基本结构、设计条件与拆装
一、齿轮箱的基本结构
二、齿轮箱的设计条件
三、齿轮箱组装与拆卸基本流程
第四节 齿轮箱的基本故障以及失效概述
第三章 齿轮箱轴承基础知识
第一节 轴承概述
一、轴承的发展史
二、摩擦与轴承
三、轴承分类
四、滚动轴承的基本结构、组成部件以及各部位的名称
五、滚动轴承代号
第二节 滚动轴承通用特性
一、轴承的温度
二、轴承的转速能力
三、轴承的承载能力
四、轴承的保持架
五、轴承的游隙
第三节 齿轮箱常用轴承
一、深沟球轴承
二、圆柱滚子轴承
三、角接触球轴承
四、圆锥滚子轴承
五、调心滚子轴承
第四章 齿轮箱轴承配置
第一节 齿轮箱轴承配置概述
一、齿轮箱设计中的轴承配置
二、轴系统支撑、定位的基本概念
第二节 圆柱齿轮箱中的轴承配置
一、圆柱齿轮箱高速轴轴承配置
二、圆柱齿轮箱中间轴轴承配置
三、圆柱齿轮箱低速轴轴承配置
四、轴承内置式齿轮与换挡齿轮轴承配置
第三节 锥齿轮箱中的轴承配置
一、小齿轮轴轴承配置
二、输出轴轴承配置
三、输出轴轴承选择注意事项
第四节 蜗轮蜗杆齿轮箱中的轴承配置
一、蜗杆轴轴承配置
二、蜗轮轴轴承配置
第五节 行星齿轮箱中的轴承配置
一、太阳轮轴承配置
二、行星轮轴承配置
三、行星架布置及轴承选用
第五章 齿轮箱轴承的选型计算
第一节 齿轮箱轴承选型计算的目的、方法和流程
一、齿轮箱轴承选型计算的主要目的
二、齿轮箱轴承选型计算的主要内容
三、齿轮箱轴承选型计算的方法和流程
第二节 齿轮箱轴承受力计算
一、轴系统受力计算
二、轴承受力计算
第三节 齿轮箱轴承当量载荷计算
一、当量载荷的概念
二、不同方向的轴承载荷折算成当量载荷
三、 变动载荷折算成当量载荷计算（载荷谱折算）
第四节 齿轮箱轴承额定寿命计算
一、齿轮箱轴承寿命计算的概念和意义
二、齿轮箱轴承基本额定寿命计算与调整
第五节 齿轮箱轴承静态安全系数计算
第六节 齿轮箱轴承小载荷计算
一、齿轮箱轴承小载荷计算的概念和意义
二、齿轮箱轴承小载荷计算方法
第七节 行星齿轮箱轴承平均加速度以及保持架承载能力计算
第八节 齿轮箱轴承的摩擦及冷却计算
第九节 齿轮箱轴承的工作游隙计算
第六章 齿轮箱轴承系统公差与配合
第一节 齿轮箱轴承公差配合选择的机理分析
一、轴承内圈配合选择分析
二、轴承外圈配合选择分析
第二节 齿轮箱轴承公差配合选择的原则
第三节 齿轮箱轴承公差配合推荐
一、一般齿轮箱中轴、轴承室公差配合推荐
二、轴承安装于齿轮轮毂内的轴、轴承室公差配合推荐
三、齿轮箱轴、轴承室的几何公差、表面粗糙度推荐
第七章 齿轮箱轴承润滑技术
第一节 齿轮箱轴承润滑基本知识
一、齿轮箱轴承润滑设计概述
二、润滑脂的主要性能指标和检测方法
第二节 润滑的基本原理
一、润滑的基本状态与油膜的形成机理
二、润滑剂工作条件与油膜形成的关系
三、轴承润滑与温度、转速、载荷的关系
四、不同润滑脂的兼容性
第三节 齿轮箱轴承润滑的选择
一、齿轮箱轴承润滑脂的选择
二、齿轮箱轴承润滑油黏度（润滑脂基础油黏度）的选择
三、极压添加剂的使用
第四节 齿轮箱轴承润滑方法
一、脂润滑
二、油润滑
第五节 齿轮箱轴承的润滑维护
一、齿轮箱润滑供给的检查
二、运行中齿轮箱润滑剂质量劣化检查
第八章 齿轮箱轴承的储运、安装与拆卸
第一节 轴承的存储和运输
一、轴承的存储
二、轴承的防锈
三、轴承的运输
第二节 齿轮箱常用轴承的安装准备
一、齿轮箱轴承装配的环境要求
二、装配前的检查
三、轴承的清洗
第三节 齿轮箱常用轴承的安装方法
一、冷安装
二、热安装
三、圆锥内孔轴承的安装
四、推力轴承的安装
五、分体式向心轴承的安装
第四节 角接触球轴承及圆锥滚子轴承系统的预载荷（游隙）调整
一、预载荷调整的计算
二、安装时零游隙位置的确定以及安装游隙调整
三、面对面配置轴承隔圈尺寸的确定与安装
四、背对背配置轴承垫片尺寸的确定与安装
第五节 轴承安装后的检查
第六节 齿轮箱轴承的拆卸
一、冷拆卸
二、加热拆卸
第九章 齿轮箱轴承振动分析技术
第一节 齿轮箱轴承的振动
一、载荷区滚动体交替带来的振动
二、滚动体与保持架碰撞引发的振动
三、滚动体与滚道碰撞引发的振动
四、轴承内部加工误差带来的振动
五、润滑引起的振动
第二节 齿轮箱轴承振动监测与分析
一、振动基本概念
二、振动信号分析中的傅里叶变换
三、振动频谱分析方法
第三节 齿轮箱轴承振动的时域分析
一、设备运行的“浴盆曲线”
二、齿轮箱轴承运行时振动的时域表现
三、齿轮箱轴承时域分析基本方法
第四节 齿轮箱轴承振动的频域分析
一、齿轮箱轴承振动的频域表现
二、齿轮箱轴承振动频域分析的实施方法（频谱分析方法）
三、齿轮箱轴承振动频域分析的其他应用
第十章 齿轮箱轴承的失效分析技术
第一节 齿轮箱轴承失效分析概述
一、齿轮箱轴承失效分析的概念
二、齿轮箱轴承失效分析的基础和依据（标准）
三、轴承失效分析的限制
第二节 轴承接触轨迹分析
一、轴承接触轨迹（旋转轨迹、载荷痕迹）的定义
二、轴承接触轨迹分析的意义
三、轴承正常的接触轨迹
四、轴承的非正常接触轨迹
第三节 轴承失效类型及其机理
一、滚动接触疲劳
二、磨损
三、腐蚀
四、电蚀
五、塑性变形
六、开裂和断裂
第十一章 风力发电机齿轮箱概述
第一节 风力发电机的功能及作用
一、风力发电机的组成部件
二、风力发电机的设计类型与发展方向
第二节 风力发电机的发展趋势
一、单机容量不断增大
二、风力发电从陆地向海面拓展
三、新方案和新技术的不断使用
第三节 风力发电机齿轮箱的设计
第四节 风力发电机齿轮箱的作用及特点
一、风力发电机齿轮箱的作用
二、风力发电机齿轮箱的特点
第十二章 风力发电机齿轮箱轴承及轴承配置
第一节 风力发电机齿轮箱里的行星轮
一、行星轮简介
二、风力发电机齿轮箱的设计及轴承配置
第二节 风力发电机行星轮各部件的轴承配置
一、行星架轴承配置
二、行星小齿轮轴承配置
三、平行轴轴承配置
第三节 风力发电机中轴承的特点
一、轴承的表面处理
二、关于轴承选型的问题
第十三章 风力发电机齿轮箱的轴承应用
第一节 风力发电机齿轮箱的轴承应用建议
一、润滑系统的建议
二、风力发电机齿轮箱轴承配合的建议
第二节 风力发电机齿轮箱的轴承校核方法
一、风力发电机齿轮箱寿命校核原理
二、风力发电机齿轮箱轴承寿命校核计算
附录
附录A 电机轴承故障对照表（GB/T 24611—2020/ISO 15243:2017）
附录B 开式深沟球轴承（60000型）的极限转速值
附录C 带防尘盖的深沟球轴承（60000-Z型和60000-2Z型）的极限转速值
附录D 带密封圈的深沟球轴承（60000-RS型、2RS型、RZ型、2RZ型）的极限转速值
附录E 内圈或外圈无挡边的圆柱滚子轴承（NU0000型、NJ0000型、NUP0000型和N0000型、NF0000型）的极限转速值
附录F 圆锥滚子轴承（30000型）的极限转速值
附录G 单向推力球轴承（510000型）的极限转速值
附录H 单向推力圆柱滚子轴承（80000型）的极限转速值
附录I 单列角接触球轴承（70000C型、70000AC型、70000B型）的极限转速值
附录J ISO公差等级尺寸规则
附录K 深沟球轴承新老标准型号对比及公称尺寸表
附录L 带防尘盖的深沟球轴承新老标准型号及公称尺寸对比表
附录M 带骨架密封圈深沟球轴承新老标准型号及公称尺寸对比表
附录N 内圈无挡边圆柱滚子轴承新老标准型号及公称尺寸对比表
附录O 外圈无挡边圆柱滚子轴承新老标准型号对比及公称尺寸表
附录P单向推力球轴承新老标准型号及公称尺寸对比表
附录Q 推力圆柱滚子轴承新老标准型号对比及公称尺寸表
附录R 我国和国外主要轴承生产厂商常用滚动轴承型号对比表（内径≥10mm）
附录S 向心轴承（圆锥滚子轴承除外）内环尺寸公差表
附录T 向心轴承（圆锥滚子轴承除外）外环尺寸公差表
附录U 向心轴承（圆锥滚子轴承除外）内外圈厚度尺寸极限偏差表
参考文献