轴承种类大全：一篇讲透所有类型

每一台运转的机器都有一个共同点：它依赖轴承来实现顺畅运动。从滑板的轮子到喷气发动机的涡轮轴，轴承的作用就是让一个部件相对于另一个部件旋转或滑动，同时将摩擦降到最低并合理分配载荷。

然而，大多数人说不出两种以上的轴承类型——即便是工程师，有时也只是凭经验法则选型，而非真正深入理解各种方案的差异。本文旨在系统梳理这些知识。无论你是对机械感兴趣的读者、在校学生，还是需要温习基础的专业工程师，读完本文后你都将对各类轴承的结构、原理和适用场景有清晰而扎实的认识。

什么是轴承？

轴承是一种机械元件，用于约束两个零件之间的相对运动，使其仅沿期望的方向进行——通常是旋转或直线运动——同时减小摩擦并承受机械载荷。

轴承通过以下两种基本机制之一实现这一功能：

• 滚动接触 —— 球或滚子介于运动表面之间，以极低的滚动摩擦取代滑动摩擦。
• 滑动接触 —— 润滑膜将运动部件隔开，使其在滑动中避免直接磨损。

世界上所有的轴承，都是这两种基本原理的变体或组合。

轴承的主要类别

1. 球轴承

球轴承是最广为人知的轴承类型。它由内圈、外圈、一组钢球和保持架组成，保持架的作用是使钢球均匀分布。当施加载荷时，钢球在内外圈之间滚动，通过点接触传递力。

工作原理： 由于球体与平面之间的接触在理论上是一个点，滚动阻力极低。这使得球轴承在转速要求高、载荷适中的场合表现出色。

主要子类型：

• 深沟球轴承 —— 世界上产量最大的轴承类型。沟道相对于钢球直径较深，因此既能承受径向载荷（垂直于轴的方向），也能承受一定的轴向（推力）载荷。广泛应用于电动机、齿轮箱、泵和家用电器。
• 角接触球轴承 —— 内外圈存在偏移，使载荷以特定的接触角（通常为15°、25°或40°）传递。这种几何结构使其能更有效地承受径向与轴向的联合载荷。常用于机床主轴、高速泵，以及乘用车轮毂（通常采用双列角接触球轴承单元）。
• 调心球轴承 —— 外圈滚道为球面形状，允许内圈相对于外圈倾斜，从而补偿轴的挠曲或安装不对中。常见于农业机械、输送机和纺织设备。
• 推力球轴承 —— 专门承受轴向载荷，不能承受径向载荷。用于汽车离合器分离机构和立式泵的推力支撑。

局限性： 由于点接触的特性，球轴承的承载能力相对有限。在重载条件下，接触应力可能导致滚道过早疲劳。

2. 滚子轴承

球轴承使用球体作为滚动体，而滚子轴承则使用圆柱形、圆锥形或鼓形滚动体。关键区别在于接触几何形状：滚子与滚道之间是线接触而非点接触。线接触将载荷分布在更大的面积上，承载能力因此大幅提升。

主要子类型：

• 圆柱滚子轴承 —— 滚动体为平行圆柱体。能承受极高的径向载荷，但通常不能承受轴向载荷（除非增加挡边）。用于大型电动机、轧机和铁路车轴。
• 圆锥滚子轴承 —— 滚子和滚道均为锥面。这种几何结构使轴承能同时承受大的径向载荷和单方向的轴向载荷。它是汽车工程中最重要的轴承类型之一——广泛用于车辆轮毂、差速器壳体和变速箱。安装时必须成对布置以承受双向推力，常见的布置方式有背对背（O型）和面对面（X型），以适应不同的力矩载荷和对中条件。
• 调心滚子轴承 —— 鼓形滚子安装在球面外圈滚道中。与调心球轴承类似，它能适应显著的轴不对中或挠曲——但承载能力远高于后者。常见于矿山设备、造纸机和重型工业齿轮箱。
• 滚针轴承 —— 滚子极为细长（长径比大于4:1）。截面尺寸小，非常适合径向空间受限的场合。常用于汽车摇臂、二冲程发动机连杆和万向节。
• 环面滚子轴承 —— 一种现代轴承，兼具调心滚子轴承的不对中适应能力和允许轴向位移而不产生轴向力的特性。用于造纸机和某些工业传动系统。

3. 直线轴承

直线轴承用于支撑和引导轴沿轴线方向的精确定向往复运动，它将旋转轴承中的滚动或滑动原理延伸到了直线运动领域。在自动化设备和精密仪器中，直线轴承是不可或缺的基础元件。

主要子类型：

• 滚珠直线轴承 —— 内部通过循环球结构使钢球在封闭轨道内滚动，摩擦系数极低（0.001~0.003），运动轻快。广泛用于3D打印机、数控机床、半导体封装设备和各种自动化滑台。
• 滑动直线轴承 —— 采用自润滑衬套（如烧结青铜或PTFE复合材料）直接与轴配合，结构更为紧凑、无滚动体，静音且抗污染能力强。适用于中低载荷、无需极高精度的往复机构，如包装机械和医疗设备导轨。

直线轴承与旋转轴承最大的区别在于运动形式：它承受垂直于运动方向的径向载荷，但允许轴向自由滑动。选型时需同时考虑行程长度、导向精度和抗弯矩能力。

4. 滑动轴承（套筒轴承/径向滑动轴承）

滑动轴承没有任何滚动体。它通过两个表面之间的滑动接触工作——通常是轴在衬套或套筒内旋转。轴与轴承之间的间隙由润滑膜维持，润滑膜的形成方式包括：

• 动压润滑 —— 旋转的轴自身在油膜中产生楔形压力区，将轴托起并支撑在孔内。当转速足够时，不会发生金属间接触。大型发动机曲轴轴承和工业汽轮机轴承正是基于这一原理。
• 静压润滑 —— 由外部泵向轴承间隙供给加压流体，即使在零转速下也能实现全膜分离。用于精密机床和大型天文望远镜支架。
• 边界/混合润滑 —— 润滑膜很薄或不完整，金属间接触间歇性发生。依赖高粘度润滑剂和表面硬度来减缓磨损。

优势： 滑动轴承结构简单、紧凑、运行安静，在润滑良好的条件下能承受极大的载荷。柴油发动机的曲轴采用滑动轴承，因为没有任何滚动轴承能承受其中的冲击载荷。

局限性： 滑动轴承对润滑管理要求严格。一旦润滑膜因供油不足、污染或温度过高而破坏，磨损将急剧加速。对于动压滑动轴承，需要最低轴转速才能形成完整的分离油膜；在极低转速或频繁启停工况下，会出现边界接触，磨损在过渡阶段最为严重。若必须在频繁启停条件下运行，可采用静压辅助来弥补这一不足（静压滑动轴承在零转速下即可实现全膜分离）。

常用材料： 锡基巴氏合金、青铜、烧结青铜（自润滑）、PTFE复合材料和工程塑料。

5. 推力轴承（专门承受轴向载荷的轴承）

推力轴承的定义不在于接触机制，而在于载荷方向：它们专门承受轴向（推力）载荷——即沿轴线方向作用的力。从结构上看，推力轴承本质上是球轴承、滚子轴承或滑动轴承为承受纯轴向载荷而衍生的变体。

• 推力球轴承 —— 适用于轻轴向载荷和中等转速。用于旋转吧台凳、旋转托盘和汽车转向柱。
• 圆锥滚子推力轴承 —— 承载能力更高，用于重型变速箱和车桥。
• 可倾瓦推力轴承 —— 一种精密的滑动轴承变体。分段瓦块在载荷作用下动态倾斜以产生动压油膜。用于船舶推进系统、大型压缩机和水力发电机组，这些场合的轴向载荷可达数百万牛顿。

大多数径向轴承能承受一定的轴向力，但当轴向力占主导或非常大时，必须使用上述专用推力轴承。

6. 关节轴承

关节轴承是一种专门承受摆动运动和调心需求的滑动轴承。它的核心结构是一个带有球面外圈的内环，可在任意方向倾斜一定角度，从而补偿安装误差、轴挠曲以及结构的空间变形。

工作原理： 内圈的球形表面在外圈中滑动，允许角度对中，但不适合连续高速旋转。大多数关节轴承采用自润滑衬层（如PTFE织物）或需定期补充润滑脂。

典型应用： 液压缸的耳环接头、工程机械的连杆机构、飞机飞行操纵面的铰链点，以及任何需要低频摆动与角度补偿的场合。它是连接“结构件”与“运动件”之间的关键接口。

7. 特殊材料轴承

当工作环境超出常规轴承钢（如GCr15）的能力范围时，先进陶瓷和混合材料就派上了用场。

• 全陶瓷轴承 —— 内外圈与滚动体均采用氮化硅（Si₃N₄）或氧化锆（ZrO₂）制造。具备绝对耐腐蚀性、完全电绝缘、耐高温（可达800°C以上）和自润滑潜力。用于半导体制造设备、超高速主轴和强磁场环境。
• 混合陶瓷轴承 —— 钢制内外圈搭配氮化硅陶瓷球。陶瓷球密度仅为钢球的40%，能大幅降低高速旋转时的离心力和滚动体打滑，同时提供天然的电绝缘性。常见于高性能电主轴和电动汽车驱动电机。

陶瓷轴承已不再是实验室产物，而是许多极限工况下的标准配置。

8. 磁力轴承

磁力轴承利用可控的电磁场或永磁场使旋转轴悬浮，实现零机械接触。主动磁力轴承（AMB）通过传感器和反馈控制器实时调节电磁铁电流，以微米级精度维持轴的位置。

优势： 无摩擦、无需润滑、可实现极高转速，适用于真空和洁净环境。

局限性： 成本高、控制系统复杂，且需要配备备用（着陆）轴承以应对断电情况。

应用： 高速透平机械、飞轮储能系统、半导体制造设备和医用离心机。

9. 流体膜轴承（气体轴承）

流体膜轴承是滑动轴承的一个特殊分支，其分离介质为气体（通常是空气或氮气）而非油液。这完全消除了污染风险，并允许在极高转速下运行。

应用于精密机床主轴、牙科手机和高速涡轮分子泵——即任何不允许油液污染且转速极高的场合。

10. 宝石轴承

在精密仪器——机械手表、测量仪器和科学设备中——使用由人造蓝宝石或红宝石制成的宝石轴承。这些材料具有极低且稳定的摩擦系数、优异的硬度和尺寸稳定性。

手表摆轮的枢轴运行在尺寸仅为毫米级分数的宝石轴承中。宝石的使用并非为了奢华，而是出于精密工程的功能性需求。

11. 带座轴承（轴承单元）

带座轴承并非一种新的接触机制，而是将滚动轴承（多为深沟球轴承或调心球/滚子轴承）预先装配在铸铁、冲压钢或不锈钢座体内的模块化单元。它可以直接用螺栓安装到机架上，无需单独设计轴承座孔。

常见型式： 立式座（P型）、菱形法兰座、方形法兰座等。广泛用于农业输送机械、食品加工设备和一般工业传动系统，最大特点是“安装即用”和维护便捷。

如何选择合适的轴承类型

轴承选型是一个系统化的工程决策过程。关键参数如下：

一般经验法则：

• 高转速、轻至中等载荷 → 球轴承
• 重载、中等转速 → 圆柱滚子轴承或调心滚子轴承
• 径向与轴向联合载荷 → 圆锥滚子轴承或角接触球轴承
• 精密直线运动 → 直线轴承（滚珠型或滑动型）
• 低频摆动与角度补偿 → 关节轴承
• 极重径向载荷、持续运转转速充足 → 动压滑动轴承（频繁启停可加静压辅助）
• 极端洁净、高速或真空 → 气体轴承或磁力轴承
• 高温、腐蚀性或电绝缘环境 → 陶瓷轴承或混合陶瓷轴承
• 精密仪器 → 宝石轴承
• 简化安装与维护 → 带座轴承单元

此外，两个常常被忽视但至关重要的概念是轴承寿命和内部游隙/预紧。滚动轴承的寿命通常以L10基本额定寿命表示（90%可靠度），它与当量动载荷的三次方（球轴承）或10/3次方（滚子轴承）成反比——这从本质上解释了为何重载要切换至滚子轴承。而游隙的选择与预紧设置直接决定了轴承的刚度、旋转精度和发热水平，机床主轴等高精度场合必须仔细匹配。

常见问题

问：最常见的轴承类型是什么？

深沟球轴承是全球产量最大的轴承类型。它能同时承受径向和一定的轴向载荷，适用于高转速，加之成本低、结构紧凑，使其成为从小型电动机到电脑散热风扇等海量应用场景的默认选择。

问：球轴承和滚子轴承有什么区别？

根本区别在于接触几何形状。球轴承与滚道之间为点接触，摩擦极低、转速性能好，但承载能力有限。滚子轴承为线接触，载荷分布在更大的面积上，承载能力大幅提升——但摩擦相对较高，极限转速通常也较低。

问：轴承能同时承受径向和轴向载荷吗？

可以，许多轴承类型就是为联合载荷设计的。角接触球轴承、圆锥滚子轴承和深沟球轴承都能同时承受径向和轴向载荷，但各自的相对承载能力不同。纯径向轴承（如某些圆柱滚子轴承）和纯推力轴承不应承受其非设计方向上的显著载荷。

问：所有轴承都需要润滑吗？

大多数需要，但也有例外。由烧结青铜或PTFE复合材料制成的自润滑滑动轴承与关节轴承自身携带润滑介质。磁力轴承和气体轴承则完全不需要润滑剂。然而，对于绝大多数滚动轴承而言，充分的润滑——无论是润滑脂还是润滑油——是达到额定使用寿命的必要条件。

结语

轴承是现代机械中最重要却最不受关注的工程成就之一。你选择的轴承类型——球轴承、滚子轴承、滑动轴承、直线轴承、关节轴承、推力轴承、磁力轴承或其他——不仅决定了机器的性能表现，还决定了它的使用寿命、能耗水平，以及它能否在特定环境中正常运行。

每一种轴承类型都凝聚了数十年的工程积累，它们之间的差异绝非随意为之。深入理解这些差异——接触几何、载荷方向、运动形式、润滑机制、材料科学和转速极限——将使你在分析、选型乃至欣赏这些让世界运转的机构时，拥有更加扎实的专业基础。