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。

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。

• 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）。

  

• 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）。

• 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。

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。

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。

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。

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。

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。

• 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。

相同尺寸规格与公差等级的轴承，当采用不同形式保持架时，对其转速性能的影响非常显著。以角接触球轴承作为参考性比较，采用实体保持架轴承的极限转速仅为酚醛树脂保持架轴承的一半左右，而采用冲压保持架轴承的极限转速约为实体保持架轴承的80%。

内圈旋转、外圈静止时，内圈引导；外圈旋转、内圈静止时，外圈引导；内、外圈都旋转时，滚动体引导。

这是由于内圈旋转时，采用内圈引导，内圈挡边与保持架之间产生的摩擦力构成的是对保持架的驱动力；而采用外圈引导产生的摩擦力则构成了对保持架的阻力。外圈旋转时，宜采用外圈引导；内、外圈都旋转时，宜采用滚动体引导，也都是同理。

上述准则只是从摩擦力这一单纯角度来考虑的，实际使用中应综合考虑选择。以实际应用中最为普遍的内圈旋转、外圈静止为例：高速时多采用外圈引导，是因为以静止外圈做引导更为稳定，以及前述的其他突出优点；而重载或大尺寸轴承则多采用内圈引导，以减小保持架的启动力矩及转动力矩。

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

 

（三）常用轴承采用的保持架引导方式

不同轴承常规采用的保持架引导方式

3不同轴承常规采用的保持架引导方式

通常采用冲压保持架或PA66 保持架等（大尺寸轴承采用实体保持架），滚动体引导；高速轴承则采用酚醛保持架等，外圈或内圈引导。在新能源汽车驱动电机轴承中，经设计改进的PA66保持架，采用滚动体引导，脂润滑，目前已能实现轴承dmn值达1.4×106 mm · r/min 甚至1.8×106 mm · r/min 的高速运转，而过去脂润滑深沟球轴承的dmn推荐值仅为0.6×106～1.0×106 mm · r/min。

2：角接触球轴承

32：角接触球轴承

通用轴承（公称接触角40°）主要采用冲压保持架或塑料保持架，滚动体引导。最典型的球类高速精密轴承：

1）机床主轴轴承大多采用酚醛保持架，大尺寸轴承则采用实体保持架，超高速时也有采用PEEK保持架等，外圈引导；

2）航空发动机主轴承（常用三点接触球轴承），采用铝青铜、硅青铜、合金结构钢等实体保持架并表面镀银处理，外圈或内圈引导。

3：圆柱滚子轴承

33：圆柱滚子轴承

通常采用冲压保持架或PA66 保持架，大尺寸轴承采用黄铜实体保持架，滚动体引导。作为最典型的滚子类高速精密轴承：

1）机床主轴轴承大多采用黄铜实体保持架以及PPS 保持架，滚动体引导，超高速时则有采用PEEK 保持架等，外圈引导；

2）航空发动机主轴承，采用与上述角接触球轴承同样材料、表面处理与引导方式的保持架。

3.4 滚针轴承

33.4 滚针轴承

由于滚针的长径比过大，容易歪斜，因此滚针轴承不适宜于高速应用，故通常采用冲压保持架，滚动体引导；但也有精密实体套圈滚针轴承用于高速的案例，采用实体保持架，外圈引导。

3.5 圆锥滚子轴承

33.5 圆锥滚子轴承

通用轴承采用冲压保持架，滚动体引导。作为一个高安全性的典型应用，包括高铁动车组在内的铁路轴箱用圆锥滚子轴承单元，已普遍采用玻璃纤维增强PA66 保持架，滚动体引导。在高速轴承中，也有采用PEEK保持架，滚动体引导；或者仍采用冲压保持架，混合引导。

3.6 调心滚子轴承

33.6 调心滚子轴承

通常采用冲压保持架，滚动体引导；对于大尺寸或抗振轴承，则采用实体保持架或工程塑料保持架，套圈引导。但调心滚子轴承是一个特殊的存在：

2）独特的滚子/滚道曲率匹配设计使滚子具有“自引导”功能。这2 种引导相比保持架引导更占优势地位，因此也常有观点，会回避或淡化该类轴承有关保持架引导功能的描述。

3.7 推力球轴承

33.7 推力球轴承

由于离心力会将润滑剂从轴圈与座圈之间抛甩出去，难以在沟道中留存，因此推力球轴承不适用于高速应用，故而无论采用冲压保持架、实体保持架还是PA66 等工程塑料保持架，通常均为滚动体引导。

（四）高速轴承保持架引导关注要点

在高速轴承中，保持架引导的设计要点是引导间隙与兜孔间隙的匹配（称为“间隙比”）。对于引导间隙，重点考虑：

1. 由离心力（当轴承dmn值大于1.0×106 mm·r/min 时）引起的保持架尺寸变化；
2. 与套圈温差及热膨胀系数不同而引起的保持架尺寸变化。

除了引导间隙与兜孔间隙的匹配设计，就保持架本身而言，决定其引导效果与相关使用性能优劣的，概要而言就是平衡、精度和材料这“三要素”。

保持架平衡包括静平衡与动平衡，静平衡是指质量平衡，动平衡是指重心平衡。静平衡不一定动平衡，动平衡则一定包含静平衡。有特殊要求的高速轴承，往往需要对保持架进行专门的动平衡处理。

2.1：加工精度。

保持架的尺寸公差与形状误差在轴承主要零件中一直相对比较粗放，高速轴承保持架必须保证更高的加工精度（如日本NSK的牙钻轴承，对保持架的兜孔尺寸、兜孔圆度和引导间隙有极严格的优化设计与加工精度要求，如图1所示）。由于实体保持架以及酚醛保持架采用切削成形，因此可以保证较高加工精度；而冲压保持架采用冲压成形，工程塑料保持架采用注射或模压成形等，加工误差严格控制在很窄范围内存在一定困难。

图1 NSK的牙钻轴承保持架

2.2：精度保持性及尺寸稳定性。

金属保持架具有较好的尺寸稳定性（其中实体保持架的刚性好、不易变形的优点更为突出），塑料保持架尺寸稳定性稍差，并且在使用过程中会由于温度、湿度、受力等各种原因发生尺寸松弛或形状改变。

保持架材料涉及因素较多，而且不少性能指标都至关重要：

• 密度。材料密度要尽可能小，以减轻保持架的转动惯量与高速下的离心力作用。
• 温度效应。材料的热膨胀系数与轴承相关零件越接近越好；材料的热稳定性越高越好，不易随温度变化发生松弛或变形等现象；材料的耐温范围越大越好。工程塑料与金属材料相比对温度更敏感，耐温性能也更为受到限制，因此在设计与应用中要予以特别关注。
• 种类。不同种类的材料有不同的适用性，以满足不同保持架的应用特性要求。
• 力学性能。材料（与保持架结构形式相结合）在经受高速离心力、碰撞、振动、高温等的作用时，应具有足够刚度、强度、韧性与耐疲劳性能。
• 耐磨损。材料本身（或经过表面处理后）应耐磨损，包括避免“硬磨软”或“软磨软”的合适硬度匹配。
• 自润滑。材料本身（或经改性处理后）具有自润滑性能。
• 化学稳定性。具有对润滑剂、橡胶件等的兼容性，对化学药品试剂等介质环境的耐受性等。

常用保持架材料的主要性能指标见表1。

表1 常用保持架材料的主要性能指标

注：表中所列工程塑料密度为树脂材料密度，添加玻璃纤维等增强材料后密度会改变。

 

（五）保持架引导方式的典型案例

案例1：外圈引导（单、双挡边引导）

3案例1：外圈引导（单、双挡边引导）

机床主轴用高速精密角接触球轴承普遍采用套圈一面直挡边、一面斜坡的设计，以便装填更多的球，增大轴承的刚度与承载能力；而且给设置于保持架内径面下方的供油喷嘴留下较大空间，轴承内部的油流通道也较顺畅；契合于此结构中，保持架为外圈单挡边引导，处于斜坡处的另一端悬空，如图1a 所示。

当轴承以更高速运转时，由于更大离心力的作用，保持架悬空端的变形增大且没有约束限制，会导致保持架运动不平稳。因此，在超高速、极高速轴承设计中，为适应以离心力为主的载荷，将保持架由外圈单挡边引导改进为双挡边引导，如图1b所示，有效解决了保持架在轴承更高运转速度下的稳定性问题。

案例2：内圈引导

3案例2：内圈引导

涡轮喷气发动机主轴承，当dn 值小于2×106 mm · r/min时，通常采用喷射润滑，保持架为外圈引导。当dn值大于2×106 mm · r/min时，由于强大离心力的作用，喷射润滑时仅有很小一部分润滑油能够进入轴承内部，造成供油不足；若加大供油量，由于转速的提高，还会导致更加剧烈的润滑油搅拌热：因此采用环下润滑方式，保持架则相应改为内圈引导。

润滑油通过环下润滑方式，借助离心力经内圈上的径向孔、槽进入轴承内部，使轴承套圈滚道与滚动体接触处，以及保持架与内圈挡边引导面得到很好润滑与冷却，可显著减小磨损。此外，环下润滑比喷射润滑用油量小，可减少能耗及轴承发热；并且该润滑方式使得内圈比外圈温度低，润滑条件改善，可有效防止内圈滚道的蹭伤。

美国Timken 的ULTRA-HIGH-SPEED 轴承（dn 值大于2×106 mm · r/min）的保持架内圈引导案例如图2所示。

图2 环下润滑—内圈引导

案例3：外圈引导改进为滚动体引导

3案例3：外圈引导改进为滚动体引导

高铁动车组牵引电机驱动端用圆柱滚子轴承，脂润滑，原为外圈引导保持架。由于高温、电蚀等原因容易使润滑脂性能劣化，导致保持架外径引导面润滑不良，摩擦增大，磨损加剧。而摩擦增大又进一步提高温升，严重磨损下来的保持架铜粉造成润滑脂污染后又进一步恶化了润滑状况，使得轴承发生早期故障或失效，难以满足牵引电动机的运用维护要求。后将保持架引导方式改进为滚动体引导，避免了保持架外径引导面与套圈挡边的滑动接触摩擦与磨损，针对性极强地解决了这一问题，现已成为牵引电机用圆柱滚子轴承的标准设计（其他类似的工业电机用圆柱滚子轴承也多采用此种改进）。

案例4：滚动体引导改进为混合引导

3案例4：滚动体引导改进为混合引导

高铁动车组齿轮箱输出端大齿轮用圆锥滚子轴承，冲压保持架，通过大齿轮搅动溅射润滑，要求工作转速不低于2 600 r/min。原采用滚动体引导，保持架难以适应高转速下的温升、振动等控制要求。解决措施之一就是改进为“滚动体引导+内圈引导”的混合引导方式，显著改善了这一问题。

案例5：保持架引导面的“软磨硬”现象与改进

3案例5：保持架引导面的“软磨硬”现象与改进

航空发动机及燃气涡轮机主轴用圆柱滚子轴承，套圈材料以渗碳钢M50NiL 代替原用全淬钢M50 钢，保持架材料为40CrNiMoA 合金结构钢并镀银处理，内圈挡边引导。由于M50NiL 渗碳处理后表面为细小弥散的碳化物，不如M50 钢碳化物尺寸粗大更耐磨损；而磨损颗粒嵌入保持架软质镀银层中，形成磨粒磨损，更加剧了内圈挡边引导面的磨损程度，形成了所谓的“软磨硬”现象。

采取的解决措施是对内圈挡边引导面制备TiN 硬质涂层，从而改善了其抗磨粒磨损能力，提高了轴承的使用可靠性。

案例6：不同线膨胀系数材料的保持架引导间隙确定

3案例6：不同线膨胀系数材料的保持架引导间隙确定

三点接触球轴承QJS207，公称接触角25°，公差等级P4，喷油润滑，外圈挡边引导保持架，对铝青铜保持架与聚酰亚胺保持架的引导间隙进行试验确定。两保持架材料的线膨胀系数分别为1.92×10-5，4.00×10-5 K-1。在试验转速50 000 r/min、兜孔间隙均为0.3 mm 的条件下，铝青铜保持架引导间隙为0.3 mm 运转正常，聚酰亚胺保持架引导间隙则需要增大至0.9 mm才能通过试验考核。