角接触轴承是高速、高精度应用中的关键轴承。
其尤其适用于机床主轴、航空航天设备和精密机械。
其独特的结构设计使轴承在重载工况下仍能保持较高的刚性和稳定性。
本指南将介绍角接触轴承的主要类型、常见应用、预紧方法以及实用选型建议，帮助您为具体需求选择合适的轴承。
什么是角接触轴承？
角接触轴承是球轴承一种内圈与外圈滚道彼此呈一定角度布置的轴承。
这种设计使轴承能够同时承受径向载荷和轴向载荷，且轴向载荷只能单向承受。
同时，该结构有利于实现高速运转，并保持较高的精度。
角接触球轴承的一项重要优势在于其承受轴向载荷的能力。
随着轴承接触角增大，其轴向承载能力也随之提高。
角接触轴承的基本组成
外圈
内圈
内滚道
外滚道
钢球
角接触轴承的工作原理
接触角
接触角是角接触轴承的关键特征之一。
它指的是钢球与滚道接触点连线所形成的角度。
该连线与一条垂直于轴承轴线的基准线相比较。（通常为15°、25°、30°、40°）
轴承接触角决定了轴承承受轴向载荷的能力。
接触角 | 轴向载荷 | 径向载荷 |
更大 | 更高 | 更低 |
更小 | 更低 | 更高 |
载荷传递路径
在承载状态下，载荷沿接触角通过钢球传递，并在内外圈滚道之间分布。
这使角接触球轴承能够同时承受轴向载荷和径向载荷。
它可提升轴承的载荷适应性、运行稳定性和旋转精度。
角接触轴承的类型
单列角接触球轴承
特点：
承载能力更高
运转平稳可靠
安装简便，通用匹配性好
高刚性应用：
压缩机
物料输送系统
螺杆冷水机组
工业泵及通用泵
电梯曳引装置
电动机
注：
微型角接触球轴承是标准单列角接触球轴承的紧凑型高精度版本。
角接触轴承的内径通常小于10 mm并针对空间受限且对精度要求严格的应用进行了优化。
配对/双联角接触球轴承
双联角接触球轴承又称配对角接触球轴承，属于高精度成对配置。
它们可承受联合载荷，并适用于特定的安装配置。常见形式如下：
背对背（DB）
背对背角接触轴承具有以下特点：
可同时承受径向载荷和双向轴向载荷。来自两个方向的轴向载荷均可承受，但每个方向的载荷仅由一只轴承承担。
载荷中心距较大，因而具有较高的力矩承载能力。
仅允许较小的对中偏差。
轴承配置刚性高。
可承受倾覆力矩。
载荷传递路径向轴承轴线外侧展开。
面对面（DF）
面对面角接触轴承具有以下特点：
可承受径向载荷和双向轴向载荷，每个方向的轴向载荷均由单个轴承承担
由于载荷中心距较短，力矩承载能力较低
与背对背布置相比，允许更大的对中偏差
刚性低于背对背配置
载荷传递路径向轴承轴线中心线汇聚
串联（DT）
串联角接触轴承具有以下优势：
当单个轴承的承载能力不足时使用。
使径向载荷和轴向载荷在各轴承之间均匀分配。
具有平行载荷路径。
仅可承受单向轴向载荷。
如果轴向载荷同时作用于两个方向，则必须增加第三个轴承，并将其布置在串联轴承组的外侧。
双列角接触球轴承
一个双列角接触球轴承由两个单列角接触球轴承组成。
这两只角接触轴承以背对背形式组合在一个总成中。
主要特点：
所需轴向安装空间更小
相比需要更大轴向空间的背对背单列角接触球轴承，提供更紧凑的替代方案
可同时承受双向径向载荷和轴向载荷
可承受倾覆力矩
具备高刚性轴承配置
用途：
泵和压缩机
机床主轴
齿轮箱
输送系统与AGV
纺织行业
双列角接触球轴承：3200 ATN9
带有……的双列角接触球轴承密封与防尘盖设计在严苛应用中可提供更优的防护性、耐久性和可靠性。
可根据应用需求配置橡胶密封圈或金属防尘盖。
橡胶密封圈适用于潮湿、多尘环境，而金属防尘盖则更适合洁净、高速工况。
四点接触球轴承
四点接触球轴承具有30°接触角和分体式内圈设计。
在承受径向载荷时，钢球与内圈和外圈形成四点接触。
这种独特设计使单个轴承即可承受双向轴向载荷。
在纯轴向载荷或重轴向载荷条件下，载荷由两个接触点共同分担，类似于标准角接触轴承。
四点接触球轴承：QJ 202 N2MA
特点：
可承受双向轴向载荷
紧凑型轴向设计
更高承载能力
便于拆分的结构
优化润滑性能
便于安装与操作
用途：
如需更直观地并列比较这三种结构，请参见单列、双列与四点接触轴承对比。
如何选用角接触轴承
选用角接触轴承时，需要综合评估多项应用参数。
其中包括转速、载荷方向和刚度要求。
此外，接触角、材料以及配对方式等因素同样至关重要。
确定基本应用参数
目标运行转速（rpm）
载荷类型
所需刚度
尺寸限制
安装空间限制
运行环境
了解转速极限
三类转速定义
极限转速：轴承在理想条件下可达到的理论最高转速——即润滑、载荷与对中状态均处于最佳水平时的极限值。
参考转速：在正常工况下实现长期稳定运行的推荐上限。
实际运行转速：设备在正常条件下的运行速度。
推荐转速参考表
应用场景 | 目标转速（rpm） | 推荐轴承参考转速 |
高速 CNC 主轴 | 12,000 | ≥ 15,000–18,000 rpm |
高速电动机 | 18,000 | ≥ 22,000 转/分 |
通用工业传动 | 3,000–5,000 | ≥ 6,000 转/分 |
提示：选型时，应确保轴承参考转速不低于目标转速，并保留 10-30% 的安全裕量。
影响参考转速的因素
轴承配对
预紧方式
保持架材料
明确载荷要求
角接触轴承可同时承受径向载荷和轴向载荷，适用于高刚性或多载荷工况。
单列角接触轴承只能承受一个方向的轴向力。若需同时承受双向轴向力，通常采用成对配置，例如 DB（背对背）或 DF（面对面）组合。
双列角接触轴承和四点接触轴承可直接承受双向轴向力，常用于需要精确轴向定位或承受较大推力载荷的场合。
对于重载工况，建议选用较大接触角的轴承，例如 40°。采用多列结构也有助于提高承载能力。
选择合适的接触角
不同接触角适用于不同的转速和轴向载荷要求。
初步选型可参照下表。
选型时，还应注意不同品牌采用的角度代码。（例如，NSK 角接触轴承 A5 = 25°）。
接触角（°） | 特性 | 应用场景 | NSK | SKF | FAG | NTN | Timken |
15° | 高速、轻载 | 主轴电机、精密仪器 | C | CD | C | C | |
25° | 中等转速、中等轴向载荷 | 主轴、伺服电机、机床 | A5 | AC | E | E | AC |
30° | 适用于中等转速及中高载荷工况，性能平衡 | 工业传动装置及通用设备 | A | — | — | A | — |
40° | 高轴向载荷、低转速 | 泵、压缩机、减速箱及重型机械 | B | B | B | B | B |
选择材料与保持架
应用场景 | 材料/结构 | 特性 |
高速工况 | 混合陶瓷球 + PEEK 保持架 | 性能提升，发热更低 |
高湿/腐蚀环境 | 不锈钢或全陶瓷 | 卓越的耐腐蚀性能，适用于高湿度或化学介质暴露环境 |
低噪音/轻载工况 | 树脂保持架（尼龙、酚醛等） | 低摩擦、降噪性能优异，适用于轻载工况 |
选型时应考虑预紧
对于主轴、伺服电机等高速高精度应用，预紧是选型时必须重点考虑的因素。
预紧有助于提高刚性并降低振动，应在轴承选型过程中予以充分评估。
预紧与接触角及轴承配对方式密切相关。
具体的预紧方式——如采用弹簧或垫片——通常在安装阶段确定。
其确定取决于应用的工况条件和性能要求。
选择轴承配置（DB/DF/DT）
配对形式 | 特性 | 推荐应用 |
DB（背对背） | 刚性高，适用于双向轴向载荷 | 主轴、刀具主轴及其他对刚性要求较高的应用 |
DF（面对面） | 可调性较好，适用于存在偏心或不同轴的工况 | 适用于长轴结构或轴承座同心度要求不高的场合 |
DT（串联） | 承受同方向轴向载荷，可提高推力承载能力 | 适用于高速运转工况，在刚性略有降低的情况下提升转速性能 |
角接触轴承材料
套圈与滚动体材料
铬钢
标准牌号：
国家/地区 | 常用牌号 | 备注 |
中国 | GCr15 | 最常用的轴承钢 |
美国 | AISI 52100 | 与 GCr15 相近 |
日本 | SUJ2 | 日本工业标准 |
特性：
硬度高，耐磨性优异
切削加工性能良好。
适用于大多数标准工业应用场景。
典型应用：
电动机轴承，通用机械传动系统。
机床、汽车传动系统及高速旋转部件。
适用于各类工业设备的轴承。
多种合金钢（经渗氮及其他工艺处理）
示例材料：
X30CrMoN15-1（X30）
Cronidur 30（渗氮不锈钢）
特性：
渗氮层可提高表面硬度，从而延长使用寿命；
具备优异的抗疲劳性能和耐磨性能；
可在极端温度条件下稳定运行（-70°C 至 +250°C）。
典型应用：
航空航天、精密仪器。
高速主轴轴承、航空陀螺仪。
军工、核电及探测设备。
不锈钢
常用牌号：
AISI 440C、AISI 316L、AISI 304
特性：
具有良好的耐腐蚀性和抗锈蚀性能
适用于潮湿、高湿度或化学介质环境
与 GCr15 相比硬度略低，适用于轻载至中载工况
典型应用：
医疗设备、实验室仪器
船舶设备、清洗系统
陶瓷
特点：硬度高、摩擦系数低、耐腐蚀性能优异，并具备良好的耐高温性能。
保持架材料
保持架类型 | 常用材料 | 推荐接触角 | 应用领域 | 温度范围 | 特点与优势 |
冲压钢保持架 | 钢 | 通常为30°、40°，具体取决于载荷工况 | 中低速、中低载荷 | 最高120°C | 性价比高、用途广泛、强度中等、耐高温 |
车制黄铜保持架 | 黄铜 | 30°、40° | 中速、高负荷、重载工况 | 最高可达150°C | 高强度、优异的耐高温性、出色的抗振性、良好的散热性、使用寿命长 |
注塑树脂保持架 | 尼龙66、尼龙46 | ≤30°（15°/25°/30°） | 中速、轻至中等载荷、低噪声 | 通常为60-80°C | 低噪声、低摩擦、轻量化、高速性能优异 |
车制合成树脂保持架 | PEEK（聚醚醚酮）、酚醛树脂 | ≤30° | 高速、高精度、低噪声、精密主轴 | 最高可达100–120°C | 高速性能优异、高精度、低振动、低噪声、耐高温 |
特殊聚酰胺树脂保持架 | 聚酰胺 | ≤30° | 高速高精密主轴轴承 | 通常为 60-80°C，特殊型号可达 100°C | 低噪声、低摩擦、精度稳定、高速性能优异，广泛用于主轴轴承 |
角接触轴承的安装与预紧
预紧基础
预紧是指在轴承工作前预先施加一定的力。
其目的是在角接触轴承承受外载荷之前完成预加载。
这样可确保滚动体始终与滚道保持接触。
即使未施加外部载荷，轴承内部仍能保持稳定。
作用：
提高刚性
降低振动
提高精度
改善载荷分布
预紧方式：
恒定预紧：通过弹簧或隔套等部件维持固定的预紧力。
可变预紧：根据运行工况调整预紧力，通常通过垫片或调整器等机械装置实现。
安装方法
预紧力调整方法
垫片：通过增减层数来调整预紧力的薄型垫圈。
隔套：用于保持轴承零件之间的固定距离，从而控制预紧力。
弹簧：在套圈之间或轴承与轴承座之间设置，以提供恒定预紧力，保持稳定的轴承接触压力。
锥形垫圈：用于成对轴承的轴向预紧，凭借斜面结构实现精确调整。
安装注意事项
调整预紧力时，必须避免对轴承套圈施加过度约束，否则会导致摩擦增大、温升过高，并引发轴承早期失效。
应保持正确的对中和适当游隙，以防止轴承滚动体受力不均。
预紧力建议
应用场景 | 预紧力等级 | 原因 |
高速应用（如主轴、CNC 机床） | 轻至中等 | 可将摩擦和温升降至最低，确保运行稳定。 |
重载应用（如齿轮箱、压缩机） | 中等至较高 | 有助于改善载荷分布并降低磨损，从而延长轴承寿命。 |
精密应用（如航空航天、医疗设备） | 轻预紧 | 降低内部应力，确保高精度，并将热膨胀降至最低。 |
承受变化轴向力的旋转设备（如电动机、涡轮机） | 可变、可调 | 可适应变化载荷，保持轴承性能稳定一致。 |
角接触轴承与深沟球轴承对比
特性 | 角接触轴承 | |
接触角 | 具有接触角（通常为15°、25°、30°、40°） | 无接触角；径向对中 |
轴向载荷承载能力 | 可承受单向轴向载荷 （配对使用时可承受双向） | 轴向载荷能力有限 |
刚性 | 刚性高，尤其在预紧条件下表现更佳 | 刚性较低，弹性更大 |
转速 | 适用于高速工况 | 适用于中高速工况 |
载荷类型 | 复合载荷（径向 + 轴向） | 径向载荷 |
轴承配置 | 用于轴向载荷的 DB、DF 或串联配置 | 单个使用或成对使用 |
应用领域 | 精密机械、主轴、机器人、齿轮箱 | 通用工业机械、电动机 |
安装 | 为实现最佳性能，需精确安装 | 安装与对中更为简便 |
径向游隙 | 由预紧控制（灵活） | 规定游隙（CC0、CC1…） |
如需进一步了解这两种轴承在实际应用中的对比，请参阅深沟球轴承与角接触球轴承对比。
结论
角接触球轴承是高速、高精度应用中的关键部件，能够同时承受径向载荷和轴向载荷。
选择合适的轴承需要综合考虑转速、载荷和尺寸。
确定结构后，请访问角接触球轴承制造商网站，核对型号、尺寸及安装方式，以确认兼容性。
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