将圆柱滚子推力轴承与适用于同一 30 mm 轴的推力球轴承并列比较,差异会立刻显现:滚子型宽度约窄 29%,外形宽度仅 11 mm,而球轴承为 15.5 mm。

其静载荷能力也高出约 69%。以更薄的轴向截面换取更高的单向推力承载能力,正是这类轴承独立于常见推力球轴承而存在的根本原因。

俯视图滚子所示为 10 个中的 1 个,均匀分布于孔周围滚子沿孔周向径向布置,而非直线排列侧视图 — 直径剖面轴向载荷内孔 / 轴径向载荷 —不承受轴圈(WS)安装于旋转轴上滚子保持架组件(K)图中示出两个滚子中的 1 个 —完整环形布置见俯视图座圈(GS)固定于座孔中示意图,811/812 系列结构 — 不按工程比例绘制

圆柱滚子推力轴承不能实现什么

先从其局限性说起,因为这一点直接决定该轴承是否适用:圆柱滚子推力轴承可承受较大的轴向载荷以及单方向峰值载荷,但不能承受径向载荷——这并非经验性结论,而是产品系列分类说明中的直接表述。

其几何结构中并未设置用于承受侧向力的滚道曲率。若轴同时承受轴向载荷和径向载荷,则径向分量必须由另一只轴承单独承担。

圆柱滚子推力轴承的结构:三大部件

与带密封的球轴承不同,圆柱滚子推力轴承通常按三个独立部件进行选型和订购:轴圈、座圈,以及位于两者之间的滚子保持架推力组件。

目录零件编号在前缀中即可直接体现这一点: WS 用于轴圈, GS 或 OW 用于座圈, K 用于滚子保持架组件。大规格产品有时采用 IW/OW 代替 WS/GS——两者含义相同,分别表示内圈垫圈和外圈垫圈。

将轴承拆分为三个部件并不只是命名习惯,而是为了实现更灵活的组合匹配:同一套滚子保持架组件可与不同类型的垫圈配合——固定安装时采用平垫圈,需要考虑一定轴偏斜的场合则采用调心垫圈——因此目录通常将垫圈与滚子保持架组件分别列为独立条目,而非作为一个固定整体。

在打开规格表之前,还有一种值得留意的命名规律:以 “TN” 采用玻璃纤维增强 PA66 保持架,而以 “M” 则采用机加工黄铜保持架。该规律在本目录所核对的全部规格中保持一致:从 17 mm 内径的 81103 TN 到 100 mm 内径的 81120 TN 均为 PA66 材质;自 200 mm 内径的 81140 M 起切换为黄铜,并一直延续至 1,000 mm 内径的 811/1000 M。

不同规格圆柱滚子推力轴承额定载荷

811/812 系列在同一目录产品家族内的内径跨度接近 60 倍,相应参数也按比例递增。

型号

内径

宽度

保持架材质

静载荷

动载荷

极限转速

81103 TN

17 mm

9 mm

玻璃纤维 PA66

7,088 lbf(31.5 kN)

2,745 lbf(12.2 kN)

8,500 rpm

81106 TN

30 mm

11 mm

玻璃纤维 PA66

17,550 lbf(78.1 kN)

6,075 lbf(27.0 kN)

6,000 rpm

81120 TN

100 mm

25 mm

玻璃纤维 PA66

141,750 lbf(630.5 kN)

35,100 lbf(156.1 kN)

2,400 rpm

81140 M

200 mm

37 mm

机加工黄铜

337,500 lbf(1,501 kN)

69,750 lbf(310.3 kN)

1,400 rpm

81176 M

380 mm

65 mm

机加工黄铜

1,125,000 lbf (5,004 kN)

202,500 lbf (900.8 kN)

800 rpm

811/1000 M

1,000 mm

140 mm

机加工黄铜

7,312,500 lbf (32,528 kN)

1,068,750 lbf (4,754 kN)

300 rpm

有两个特征尤为明显。其一,静载荷与动载荷的比值随尺寸增大而扩大——17 mm 内径时为 2.6:1,至 1,000 mm 内径时升至 6.8:1——这一规律同样出现在圆锥滚子推力轴承中,说明它是这类基于疲劳寿命的额定参数随尺寸扩展时普遍存在的特征,而非某一种轴承的个别现象。

其二,在整个范围内,极限转速约下降 28 倍:最小内径时为 8,500 rpm,最大内径时降至 300 rpm。这也说明,额定静载荷极高的轴承并不一定适用于高速工况。

查看现行 圆柱滚子推力轴承型号 ,获取按尺寸细分的规格参数。

同内径对比:圆柱滚子推力轴承与球面推力轴承

在相同 30 mm 内径条件下,这两类轴承分别体现了紧凑截面高度与承载能力之间的不同取向。

轴承类型

型号

宽度

静载荷

动载荷

极限转速

球面推力轴承

1106

15.5 毫米

10,401 lbf(46.3 kN)

1,725 lbf(7.7 kN)

5,740 rpm

圆柱滚子推力

81106 TN

11 mm

17,550 lbf(78.1 kN)

6,075 lbf(27.0 kN)

6,000 rpm

在相同内径条件下,圆柱滚子型结构更薄,静载和动载能力也更高;就这一对型号而言,其极限转速甚至略高于球推力型。球推力轴承的优势则体现在其他方面:在极轻载荷下摩擦更低,并可通过调心座垫圈型式容许轻微偏斜,而这些特性都不会直接反映在额定载荷表中。

如需了解圆柱滚子推力轴承与其他重载滚子设计的对比,请参见 什么是圆锥滚子推力轴承? 以及 什么是调心滚子推力轴承?

有关该类别的概述,请参见 什么是推力轴承?

圆柱滚子推力轴承的应用

凭借单向承受高推力和轴向占用空间小的组合优势,圆柱滚子推力轴承常见于机床主轴、齿轮箱以及其他轴向安装空间受限、但该空间内所承受推力并不小的设备中。

这属于通用工程应用经验,而非基于某一具体样本资料的明确说明——与 TTHD 圆锥滚子结构不同,该产品系列的类别说明并未点名具体终端行业。

常见问题

如果该轴承在使用中承受径向载荷,实际会发生什么?

由于滚子仅在平面垫圈表面形成线接触,径向力会使滚子发生偏斜,而不是均匀滚动。这种受力不均、边缘载荷集中的接触状态会使滚子端部应力显著集中,并大幅加速磨损。

在承受径向载荷的工况下,轴承寿命通常会比额定载荷数值所暗示的下降得更快,因为这些数值是基于纯轴向载荷条件计算的。

它与滚针推力轴承有何区别?

基本结构相同——滚子布置于两片平垫圈之间——但 滚针推力轴承 采用直径更小的滚子,因而可进一步压缩轴向尺寸,但代价是承载能力降低。

当轴向空间是最严苛的约束条件时,应选用滚针推力轴承;当需要更高承载能力且可接受增加数毫米宽度时,则应选用圆柱滚子推力轴承。

是否需要将垫圈和滚子保持架组件分别采购?

通常需要,而且这是有意为之——这样可以根据安装形式,将同一套滚子保持架组件与相应的垫圈类型进行匹配:固定安装选用平垫圈,存在一定轴偏差时则选用调心垫圈。

安装时需要怎样的游隙或预紧?

标准做法是采用少量运转游隙,而非预紧,因为该轴承不具备径向承载能力,一旦轴向夹紧过大,便没有径向能力可作补偿。

具体数值应以该系列的制造商安装指南为准——若设定不当,要么会降低承载能力,要么会导致轴承过热。

是否应针对具体应用改用不同于标准 TN/M 保持架材料的方案?

通常不需要——目录中按尺寸默认配置的保持架材料,已经对应了该尺寸轴承的载荷与转速设计范围。对于较小、转速较高的规格,玻纤增强 PA66 相比钢制保持架更轻且发热更低;而对于较大、转速较低的规格,机加工黄铜更能承受这类轴承所承受的较高单位载荷。

只有在少数特殊情况下才需要例外调整,例如环境温度极端、接触会侵蚀 PA66 的溶剂,或者转速要求明显超出该内径对应的标准额定范围。

为什么最大转速额定值会随着尺寸增大而显著下降?

在相同转速下,尺寸更大的滚子会沿更大的滚道圆周运动,因此每转产生的热量和离心载荷都更高。

该系列最大转速相差 28 倍——内径 17 mm 时为 8,500 rpm,内径 1,000 mm 时降至 300 rpm——反映的是这一客观物理规律,而不是可以通过更优保持架或润滑剂进一步提高的保守设计裕量。