作者：EtsuHARIMA
翻译：洛阳LYC轴承有限公司技术中心张艺

摘要：

NTN根据工业机械市场各种应用的需要提供多种尺寸的轴承产品。这些输承包括用于电子设备的外径为几毫米的超小型轴承，以及用于风力涡轮机和大型采矿机械的外径为儿米的超大型轴承。除了现有的建筑机械，农业机械和机床等“核心”工业市场客户外，与社会基础设施相关的客户业务也在增加。随着社会结构的变化和对环境间题认识的提高，飞机、铁路车辆和风力涡轮机市场的客户需求出在增加。因此，NTN开发了相应的工程和生产系统。由于物联网（IoT）的进步和人工智能（AI）技术的发展，预计当前的环境将发生重大变化。本报告介绍NTN分析和评估技术的进步，以及NTN提高轴承性能和可靠性的方法。

1引言

在数千年前绘制的埃及图片中，人们通过放置在岩石下方的滚子来运输若石。这就是滚动轴承（以下简称“轴承”）的起源。

人们还认为，文艺复兴时期的艺术家达芬奇发明了现代轴承的基本原理和结构。达芬奇绘制的轴承图与今天使用的轴承结构几乎相同。

NTN开始制造轴承已经有大约100年了。外观和组件与当时儿乎相同。然而，由于材料、润滑剂和加工技术的进步，组件的性能有了显著改善。现在，轴承是设备不可缺少的机械部件。本文回顾了轴承在钢铁制造方法、制造技术和设计技术等领域的发展。此外，还介绍了NTN在分析技术和评估技术方面的进展、以及提高可靠性的举措。

本文还介绍了通过集成前胎性轴承技术、传感技术和精确控制技术，以及通过故障检测、状态监测系统（CMS）和物联网的新产品和服务，实现模块化和智能化组件的方法。

2过去的技术发展

纵观NTN公司的历史，有无数的变革显示出技术上的卓越。

1934年，NTN开发了飞机轴承，其产品用于100%国产飞机“神风”的发动机和机身。这架飞机创造了东京和伦敦之间飞行94小时17分56秒的世界纪录。

1964年，双列圆柱滚子轴承和单列深沟球轴承用作0系列新干线（子弹头列车）的滑动轴承，新干线首次出现在新开通的东海道铁轨上。当时的日本国家铁路公司（目前称为日本铁路公司）对材料的组成部分、热处理和检验条件进行了严格的检查和标准化，只有NTN和其他指定公司交付的产品达到要求。

后来，H-1火箭在1986年成功发射了第一个试验飞行器，是第一枚在第二阶段100%使用国产液氧/液氢发动机的火箭。火箭上使用的几乎所有轴承都由NTN生产。2002年，NTN与日本国家航空航天实验室（目前为JAXA）合作，在世界上首次开发出能够超高速旋转300万转dn"液态氢（-253℃）的轴承。

NTN一直在积累产品技术和制造技术，以便响应客户的需求，如“长使用寿命”和“高速”。所有工业机器都需要这些性能

2.1长使用寿命

炼钢方法的发展极大地促进了“长寿命”。

随着现代轴承清洁度的提高，在适当的润滑条件下，非金属夹杂物引起的滚动接触疲劳导致的内部刺落减少。如果轴承钢经过标准热处理（浸没淬火）制成的轴承在疲劳极限载荷下使用，那么其工作寿命为半永久性。相反，由于实际轴承的工作条件恶劣，并且在更高的温度、更高的速度和更高的载荷下使用，因此市场预期使用寿命更长，润滑和污染更少。

过去的研究成果表明，改善钢的化学成分（合金元素）和热处理特性（韧性、硬度等）可以提高轴承寿命。因此，NTN使用这些技术为市场上提供了许多长寿命轴承。NTN最近开发了“ETFA轴承”。该轴承的使用寿命是传统长寿命“ETA轴承”的两倍，是NTN润滑受到污染的标准“4Top”系列的6倍。由于表面硬化钢（渗碳钢）（图1）的特殊热处理技术（强化晶粒细化），抗异物性增强。

2.2高速

轴承所需的另一个关键性能特征是“高速”。特别是，机床主轴（如加工中心）的运行速度显著提高，从而提高加工效率和精度NTN一直致力于开发和改进其产品，以满足高建运行的要求。NTN采用陶瓷球实现了超高速运行。陶瓷球比钢球轻，并能很好地适应高接触用力的高速运行，采用较小的滚子元件以降低高速运行的离心力，以及采用空气-油润滑和空气冷技术。最后两项技术通过减少润滑剂的搅拌阻力产生的热量来提高润滑可靠性（图2）。

最近，为了便于使用和减少环境影响，对使用脂润滑的主轴轴承的需求有所增加。使用润滑脂润滑时，热量会导致润滑脂降解，并对轴承寿命产生重大影响。因此，在运行期间减少热量是一个重要因素。NTN以其独特的空气冷却技术开发了“具有用于润滑脂润滑的空气冷却空间的机床主轴轴承”。该技术通过轴承之间外圈隔圈上的空气冷却喷嘴引人冷空气冷却轴承，通过内圈隔圈冷却内圈（图3）。

3滚动轴承的演变

如前所述，轴承所需的性能是在大载荷下长时间平稳旋转。然而，自前的轴承并不限于此，NTN现在正向市场上推出更多功能的轴承。

为了满足需求，正在开发新产品，如市场中不断增长的风力涡轮机和铁路车辆、机器人、飞机和机床等应用需求。所有这些行业都需要最先进的技术。

3.1大型风力涡轮机用轴承与CAE分析技术

在过去的20年里，大型风力涡轮机作为轴承的一个应用领域迅速发展。除了设计寿命超过20年的要求外，海上风力涡轮机对高可靠性大型轴承的需求也很高。这些轴承的外径超过2米。轴承上的载荷大小和方向可能因风力条件而异，并且有多达数百万个方向载荷组合。此外，

由于轴承的尺寸，使用实际产品进行试验非常困难。因此，轴承及其配套轴和轴承座变形的CAE分析技术必不可少（图4）

NTN还开发了有助于延长使用寿命的独特产品。对于主轴承，使用了自调心滚子轴承。这种轴承可以应对可能出现的安装误差以及由于滚道磨损而可能导致的早期故障。注意到与前排（离叶片较近的一排）相比，后排（离叶片较远的一排）轴承承受的载荷更大，NTN于2017年推出了“非对称调心滚子轴承”，采用了NTN独特的设计，具有不同的滚子长度和不同的接触角（图5）。

3.2机床与loT用轴承

机床主轴轴承要求超高速、超高精度运行。然而，机械加工过程集成和组合的新趋势要求使用一个刀具来处理中低速高负载旋转的深切削和高速旋转的重切削。NTN于2018年开发了“高速重型切削机床用角接触球轴承”，优化了传统高速角接触球轴承“HSE型”的内部设计，在保持高速性能的同时，实现了30%的更高承载能力并允许轴向载荷，此外，对状态监测和物联网功能的可靠性也有很高的要求。NTN为“传感器集成轴承单元”增加了新的负载检测和无线功能，之前已宜布该单元在轴承外圈隔中集成传感器，以实现高级状态监测（图6）。

3.3铁路车辆用滚动轴承及绝缘技术

轴承用于铁路车辆的轴颈、驱动机构和主电机位置。轴承的性能和质量直接影响铁路车辆的安全。因此，对工业机械轴承的可靠性要求特别高。

NTN还致力于技术开发，以应对最近对高速运行和延长维护间隔的需求。轴颈和主牵引电机轴承可能发生杂散电流腐蚀。通常，对车辆及其车厢采取措施，其中绝缘轴承本身可能是一种非常有效的措施。NTN已经开发出“MEGAOHM"T"系列，轴承外径上有陶瓷喷涂或树脂涂层。这种产品受到了市场的欢迎（图7）。

3.4轴承状态监测服务

NTN目前正在开发一种状态监测服务（以下简称“CMS”）：通过物联网和NTN传感技术行预测性维护，以响应节能、长期稳定运行和障低生命周期成本的需求。在风力涡轮机领域，NTN已经开发了状态监测系统“WindDoctorTM"。该系统已经在风力涡轮机系统中得到了很好的反馈（图8）。

为了使CMS有助于降低维护成本并提高风力发电业务中的设备可用性，需要高度准确的预测和故障检测技术，以便在部件剩余寿命已知的情况下，在正确的时间安排维修工作。为了提高准确性，必须开发数据分析技术和诊断算法，这些技术和算法不仅集成传感器的测量数据，还集成了各种信息，如设施的运行和管理。从这些角度来看，NTN正在推动CMS技术的发展，有效地支持维护活动，并打算在铁路车辆、机床和机械设备领域提出具体建议。

4未来的发展

市场环境即将发生变化。

·碳中和

·DX（数字转换）、loT（物联网）

·降低劳动力人口比例

在这些变化中，滚动轴承面临的挑战也在发生变化。“碳中和”提高了对可再生能源的期望，尤其是风力涡轮机。风力涡轮机设施将变得越来越大，包括海上设施。然而，能够设计和生产支持这些涡轮机转子和叶片用轴承产品的公司害寒无几。

如前所述，NTN正通过使用CMS提高其轴承的可靠性，并有助于降低维护成本，提高风力涡轮机业务中的设备可用性。

NTN还将致力于在“DX（数字转换）和IoT（物联网）”的背景下使轴承智能化。展望未来，利用NTN的传感和分析技术以及人工智能（AI），NTN将提供服务，支持用户在轴承故障预测和预测性维护方面的务力。

由于“劳动力人口比例的降低”，将加快采用自动化设备和机器人。在工业机器人领域，精确定位需要高刚性轴承。NTN专注于在有限空间内开发更高刚度的轴承。NTN也在利用其基本轴承技术销售“i-WRIST”T"腕关节模块。由于低成本产品的激烈竞争，轴承也正在成

为一种商品。NTN通过优化材料和组件的采购，将降低成本作为一项重要任务来应对。

5小结

未来，滚动轴承还是一个关键的机械元件。NTN必须在“长寿命”“超高速”“高刚性”和“高可靠性”的永恒目标上，努力引领世界技术发展。NTN专注于利用物联网的轴承、旋转机器的状态监测和数据收集、利用数据的外围机器以及应用程序的开发，因此在10年或20年后，每个人都会惊牙于滚动轴承的变化。NTN工业机械业务仍然不可或缺，支持基于轴承技术和利用数字技术的世界工业发展。

注释：*dn值：d=ID(mm)×n=轴旋转速度(min")

一般来说，dn值超过100万称为“高速”，dn值超过200万称为“超高速”。

参考文献（略）.

（译自：《NTNTECHNICALREVIEW》）