本書介紹了齒輪箱軸承選型與維護中的相關技術。書中內容從常見的齒輪箱與齒輪箱相關軸承基本性能入手，介紹了齒輪箱軸承的選型原則、齒輪箱軸承的配置、齒輪箱軸承的選型計算、齒輪箱軸承的潤滑等在齒輪箱設計過程中的軸承選型技術。同時介紹了齒輪箱軸承的安裝、振動監(jiān)測等齒輪箱軸承維護工作中的相應技術。本書在齒輪箱維護技術部分探討了基于大數(shù)據(jù)和人工智能等技術的智能運維技術和數(shù)據(jù)分析方法。*后本書針對風力發(fā)電機齒輪箱軸承的相應選型和維護技術進行了專門的闡述。
本書可供從事齒輪箱設計、使用和維護相關領域工作的技術人員學習參考，也可供齒輪箱技術人員在日常進行設計、試驗、維護、保養(yǎng)等涉及軸承相關問題的分析、校核工作中使用，從事齒輪箱軸承應用技術工作的軸承工程師也可將本書作為系統(tǒng)性的參考工具書。
軸承是齒輪箱的重要組成部分和故障高發(fā)零部件。本書對齒輪箱設計過程中的選型技術和使用過程中的維護技術進行了系統(tǒng)的介紹。主要包括：一般工業(yè)齒輪箱軸承的選型、結構布置、校核計算、潤滑技術、裝配技術、維護與檢測技術、故障診斷與失效分析技術、風力發(fā)電機組齒輪箱軸承的選型與維護技術、基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術的齒輪箱軸承分析技術等。
軸承是齒輪箱中一個非常關鍵的零部件。在進行齒輪箱相應的設計以及應用的時候，廣大機械工程師需要對軸承相應的選型、校核計算以及維護等技術具有一定程度的掌握。
目前對齒輪箱技術和軸承技術進行系統(tǒng)介紹的技術書籍十分完備，但是專門介紹某一領域中軸承應用技術的書籍又十分匱乏。事實上，軸承作為通用零部件，在不同的設備中的選型、校核、配置、維護等技術都具有設備本身強烈的技術屬性，受到所使用設備技術條件的強烈約束。
以齒輪箱領域為例，軸承在齒輪箱中的選型、校核計算等方法更多地受到齒輪箱本身的影響，具有濃重的齒輪箱設計的色彩，而面對的對象又是具體的軸承。這樣的實際情況使得專門領域的軸承選型與維護成為了交叉學科。這些交叉學科的技術恰恰是廣大工程師在工程實際工作中日常遇到的問題和直接的需求。
作者在 2020年出版了《電機軸承應用技術》一書，那本書是介紹軸承在電機中的選型、校核與應用的技術書籍。正是因為這些技術是專門領域的軸承技術，又是工程師日常需要的技術，此書一經出版便受到廣大電機設計、使用工程師的歡迎，出版一年已經兩次印刷，并準備修訂后出版第 2版。由此也使我想到同為驅動設備的齒輪箱領域，也需要一本專門地、系統(tǒng)性地闡述軸承應用技術的書籍。這也是本書著筆的初衷。
同時，隨著工業(yè)技術的不斷發(fā)展和進步，人工智能和大數(shù)據(jù)技術在工業(yè)設備運維中的應用越來越廣泛，設備數(shù)據(jù)的架構、設備數(shù)據(jù)的分析算法等也得到了很好的發(fā)展。作者近兩年正好從事這方面的工作與實踐，因此也將人工智能與大數(shù)據(jù)技術的一些實踐經驗加入軸承維護、監(jiān)測與分析部分的介紹之中。
在驅動設備中，齒輪箱是一個多軸系統(tǒng)。與電機等其他單軸系統(tǒng)相比，具有更大的復雜性。同時，在齒輪箱的設計、選型、校核計算、生產制造以及維護過程中對軸承應用技術的要求也相應更高。因此，熟練地掌握齒輪箱軸承應用技術對于從事齒輪箱相關的設計、制造以及使用的工程師而言是一個不小的挑戰(zhàn)。
本書聚焦齒輪箱的設計、制造、使用、維護的全生命周期，從齒輪箱工程師的角度以及思考順序對軸承相關應用技術進行系統(tǒng)闡述。機械工程師可以按順序閱讀本書的各個章節(jié)以掌握齒輪箱軸承選型與維護技術的全貌。同時，也可以在不同的階段相應地查詢相關章節(jié)，以輔助軸承的選型、應用。
本書還針對齒輪箱應用領域中一個比較專門的工況 風力發(fā)電機中的齒輪箱應用技術做了專門的闡述。本書前十章、第十五章及附錄由王勇主筆，第十一 ~第十四章由趙明主筆。本書在一些地方引用了《電機軸承應用技術》中共性的內容部分（比如部分軸承性能、定義的介紹等），同時針對齒輪箱工況加入了專門的闡述。書中的一些數(shù)據(jù)引用了相應的國標、企標、一些軸承生產廠家的型錄和手冊等。由于作者水平所限，書中難免有不準確甚至錯誤的地方。懇請廣大機械工程技術人員、軸承應用工程師以及齒輪箱使用人員提出寶貴的意見和建議。在本書成書之際，特別感謝伍美芳（ Quency NG）女士、吳凱先生、楊彥女士在過去多年來對作者的教誨和幫助！感恩曾經的并肩戰(zhàn)斗與學習！
王勇、趙明 2022年 6月
王勇，1976年7月出生，畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學電機電器及控制專業(yè)，上海交通大學MBA碩士研究生。初從事低速永磁曳引機研發(fā)，后轉入軸承領域，曾在SKF、NTN等公司從事市場、應用技術、培訓等工作二十余年。目前從事旋轉設備故障診斷與分析、工業(yè)數(shù)字化、智能化及算法相關工作。在《電機控制與應用》雜志開設軸承技術專欄兩年，連續(xù)發(fā)表8篇文章。后合著出版《滾動軸承使用常識》、《電機軸承應用技術》、《電機軸承故障診斷與分析》、《齒輪箱軸承應用技術》等軸承應用技術著作。2020年開始開設《軸承問題終結者》公眾號。
前言
第一篇 概 述
第一章 工業(yè)齒輪箱與軸承應用 3
第一節(jié) 齒輪箱生命周期中的軸承 5
一、齒輪箱設計過程中的軸承應用技術軸承選型 6
二、齒輪箱裝配過程中的軸承應用 7
三、齒輪箱使用、維護過程中的軸承維護 8
第二節(jié) 齒輪箱軸承選型與維護技術概述 8
第三節(jié) 風力發(fā)電機齒輪箱與齒輪箱軸承選型、維護 10
第四節(jié) 本書框架 11
第二章 工業(yè)齒輪箱概述 13
第一節(jié) 工業(yè)齒輪箱簡介 13
一、齒輪箱的定義 13
二、齒輪箱的作用、特點 15
第二節(jié) 齒輪與齒輪箱的分類 17
一、齒輪的分類 17
二、齒輪箱的分類 22
第三節(jié) 齒輪箱的基本結構、設計條件與拆裝 23
一、齒輪箱的基本結構 24
二、齒輪箱的設計條件 25
三、齒輪箱安裝與拆卸基本流程 27
第四節(jié) 齒輪箱的基本故障以及失效概述 28
第三章 齒輪箱軸承基礎知識 30
第一節(jié) 軸承概述 30
一、軸承的歷史 30
二、摩擦與軸承 31
三、軸承分類 32
四、滾動軸承的基本結構、組成部件以及各部位的名稱 34
五、滾動軸承代號 37
第二節(jié) 滾動軸承通用特性介紹 44
一、軸承的溫度 44
二、軸承的轉速能力 49
三、軸承的負荷能力 59
四、軸承的保持架 62
五、軸承的游隙 64
第三節(jié) 齒輪箱常用軸承介紹 68
一、深溝球軸承 68
二、圓柱滾子軸承 72
三、角接觸球軸承 75
四、圓錐滾子軸承 78
五、調心滾子軸承 81
第二篇 齒輪箱軸承選型技術
第四章 齒輪箱軸承配置 85
第一節(jié) 齒輪箱軸承配置概述 85
一、齒輪箱設計中的軸承配置 85
二、軸系統(tǒng)支撐、定位的基本概念 86
第二節(jié) 圓柱齒輪箱中的軸承配置 91
一、圓柱齒輪箱高速軸軸承配置 91
二、圓柱齒輪箱中間軸軸承配置 97
三、圓柱齒輪箱低速軸軸承配置 101
四、軸承內置式齒輪與換檔齒輪軸承配置 102
第三節(jié) 圓錐齒輪箱中的軸承配置 105
一、小齒輪軸軸承配置 105
二、輸出軸軸承配置 109
三、輸出軸軸承選擇注意事項 111
第四節(jié) 蝸輪蝸桿齒輪箱中的軸承配置 112
一、蝸桿軸軸承配置 112
二、蝸輪軸軸承配置 116
第五節(jié) 行星齒輪箱中的軸承配置 119
一、太陽輪軸承配置 119
二、行星輪軸承配置 121
三、行星架布置及軸承選用 124
第五章 齒輪箱軸承的選型計算 126
第一節(jié) 齒輪箱軸承選型計算的目的、方法和流程 126
一、齒輪箱軸承選型計算的主要目的 126
二、齒輪箱軸承選型計算的主要內容 127
三、齒輪箱軸承選型計算的方法和流程 128
第二節(jié) 齒輪箱軸承受力計算 130
一、軸系統(tǒng)受力計算 130
二、軸承受力計算 143
第三節(jié) 齒輪箱軸承當量負荷計算 148
一、當量負荷的概念 148
二、不同方向的軸承負荷折算成當量負荷 148
三、變動負荷折算成當量負荷計算（載荷譜折算） 152
第四節(jié) 齒輪箱軸承額定壽命計算 154
一、齒輪箱軸承壽命計算的概念和意義 154
二、齒輪箱軸承基本額定壽命計算與調整 157
第五節(jié) 齒輪箱軸承靜態(tài)安全系數(shù)計算 163
第六節(jié) 齒輪箱軸承小負荷計算 165
一、齒輪箱軸承小負荷計算的概念和意義 165
二、齒輪箱軸承小負荷計算方法 165
第七節(jié) 行星齒輪箱軸承平均加速度以及保持架承載能力計算 167
第八節(jié) 齒輪箱軸承的摩擦及冷卻計算 168
第九節(jié) 齒輪箱軸承的工作游隙計算 170
第六章 齒輪箱軸承系統(tǒng)公差與配合 172
第一節(jié) 齒輪箱軸承公差配合選擇的機理分析 172
一、軸承內圈配合選擇分析 173
二、軸承外圈配合選擇分析 174
第二節(jié) 齒輪箱軸承系統(tǒng)公差配合選擇的原則 175
第三節(jié) 齒輪箱軸承公差配合推薦 177
一、一般齒輪箱中軸、軸承室公差配合推薦 177
二、軸承安裝于齒輪輪轂內的軸、軸承室公差配合推薦 179
三、齒輪箱軸、軸承室的幾何公差和表面粗糙度推薦 180
第七章 齒輪箱軸承潤滑技術 181
第一節(jié) 齒輪箱軸承潤滑基本知識 181
一、齒輪箱軸承潤滑設計概述 181
二、潤滑脂的主要性能指標和檢測方法 182
第二節(jié) 潤滑的基本原理 185
一、潤滑的基本狀態(tài)與油膜的形成機理 185
二、潤滑劑工作條件與油膜形成的關系 186
三、軸承潤滑與溫度、轉速、負荷的關系 188
四、不同潤滑脂的兼容性 189
第三節(jié) 齒輪箱軸承潤滑的選擇 191
一、齒輪箱軸承潤滑脂的選擇 191
二、齒輪箱軸承潤滑油黏度（潤滑脂基礎油黏度）的選擇 191
三、極壓添加劑的使用 194
第四節(jié) 齒輪箱軸承潤滑壽命及潤滑方法 194
一、油脂潤滑 194
二、油潤滑 198
第五節(jié) 齒輪箱軸承的潤滑維護 200
一、齒輪箱潤滑供給的檢查 201
二、運行中齒輪箱潤滑劑質量劣化檢查 202
第三篇 齒輪箱軸承的維護技術
第八章 齒輪箱軸承的儲運、安裝與拆卸 207
第一節(jié) 軸承的存儲和運輸 207
一、軸承的存儲 207
二、軸承的防銹 208
三、軸承的運輸 208
第二節(jié) 齒輪箱常用軸承的安裝準備 208
一、齒輪箱軸承裝配的環(huán)境要求 208
二、裝配前的檢查 209
三、軸承的清洗 209
第三節(jié) 齒輪箱常用軸承的安裝方法 211
一、冷安裝 211
二、熱安裝 212
三、圓錐內孔軸承的安裝 213
四、推力軸承的安裝 214
五、分體式徑向軸承的安裝與檢查 215
第四節(jié) 角接觸球軸承及圓錐滾子軸承系統(tǒng)的預負荷（游隙）調整 216
一、角接觸球軸承及圓錐滾子軸承系統(tǒng)預負荷調整的計算 216
二、安裝時零游隙位置的確定以及安裝游隙調整 220
三、面對面配置軸承隔圈尺寸的確定與安裝 221
四、背對背配置軸承墊片尺寸的確定與安裝 223
第五節(jié) 軸承安裝后的檢查 224
第六節(jié) 齒輪箱軸承的拆卸 227
一、冷拆卸 227
二、加熱拆卸 228
第九章 齒輪箱軸承振動分析技術 229
第一節(jié) 齒輪箱軸承的振動 229
一、負荷區(qū)滾動體交替帶來的振動 229
二、滾動體與保持架碰撞引發(fā)的振動 230
三、滾動體與滾道碰撞引發(fā)的振動 231
四、軸承內部加工誤差帶來的振動 231
五、潤滑引起的振動 232
第二節(jié) 齒輪箱軸承振動監(jiān)測與分析概述 232
一、振動基本概念 232
二、振動信號分析中的傅里葉變換 234
三、振動頻譜分析方法 235
第三節(jié) 齒輪箱軸承振動的時域分析 235
一、設備運行的浴盆曲線 236
二、齒輪箱軸承運行時振動的時域表現(xiàn) 237
第四節(jié) 齒輪箱軸承振動的頻域分析 240
一、齒輪箱軸承振動的頻域表現(xiàn) 240
二、齒輪箱軸承振動頻域分析的實施方法（頻譜分析方法） 241
三、齒輪箱軸承振動頻域分析的其他應用 243
第十章 齒輪箱軸承的失效分析技術 244
第一節(jié) 齒輪箱軸承失效分析概述 244
一、齒輪箱軸承失效分析的概念 244
二、齒輪箱軸承失效分析的基礎和依據(jù)（標準） 245
三、軸承失效分析的限制 246
第二節(jié) 軸承接觸軌跡分析 248
一、軸承接觸軌跡（旋轉軌跡、負荷痕跡）的定義 248
二、軸承接觸軌跡分析的意義 248
三、軸承的非正常接觸軌跡 252
第三節(jié) 軸承失效類型及其機理 254
一、概述 254
二、疲勞 255
三、磨損 260
四、腐蝕 263
五、電蝕 267
六、塑性變形 269
七、斷裂和開裂 271
第十一章 風力發(fā)電機概述 273
第一節(jié) 風力發(fā)電機的功能及作用 273
一、風力發(fā)電機的各個組成部件 274
二、風力發(fā)電機的設計類型與發(fā)展方向 278
第二節(jié) 風力發(fā)電機的發(fā)展趨勢 280
一、單機容量的不斷增大 280
二、風力發(fā)電從陸地向海上拓展 280
三、新方案和新技術的不斷使用 280
第十二章 風力發(fā)電機齒輪箱的作用及特點 281
第一節(jié) 風力發(fā)電機齒輪箱的設計 281
第二節(jié) 風力發(fā)電機齒輪箱的作用及特點 284
一、風力發(fā)電機齒輪箱的作用 284
二、風力發(fā)電機齒輪箱的特點 284
第十三章 風力發(fā)電機齒輪箱軸承及軸承配置 286
第一節(jié) 風力發(fā)電機齒輪箱里的行星輪 286
一、行星輪簡介 286
二、風力發(fā)電機齒輪箱的基本設計 288
第二節(jié) 風力發(fā)電機行星輪上各個部件的軸承配置 290
一、風力發(fā)電機行星架軸承配置 290
二、風力發(fā)電機行星輪軸承配置 303
三、風力發(fā)電機平行軸軸承配置 311
第三節(jié) 風力發(fā)電機中軸承的特點 316
一、軸承的表面處理 316
二、關于軸承類型選擇的問題 317
第十四章 風力發(fā)電機齒輪箱軸承應用 318
第一節(jié) 風力發(fā)電機齒輪箱軸承應用建議 318
一、潤滑系統(tǒng)的建議 318
二、風力發(fā)電機齒輪箱軸承配合的建議 319
第二節(jié) 風力發(fā)電機齒輪箱軸承校核方法 320
一、風力發(fā)電機齒輪箱軸承的壽命校核原理 320
二、風力發(fā)電機齒輪箱軸承的壽命校核計算 323
第十五章 基于大數(shù)據(jù)的齒輪箱軸承的智能運維技術 325
第一節(jié) 大數(shù)據(jù)與人工智能技術在軸承運行維護領域的應用場景 325
第二節(jié) 基于大數(shù)據(jù)和人工智能分析技術的齒輪箱軸承運維系統(tǒng)實施的基本思路和方法 326
一、齒輪箱軸系統(tǒng)運行狀態(tài)的參數(shù)化 326
二、齒輪箱軸承系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的采集與管理 330
三、齒輪箱軸承系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)的判斷 331
四、齒輪箱軸承系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)的分析 332
五、齒輪箱軸承系統(tǒng)智能運維的實施路徑 334
第三節(jié) 基于大數(shù)據(jù)和人工智能分析技術的齒輪箱軸承系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與診斷方法 335
一、齒輪箱軸承系統(tǒng)的振動信號處理技術 336
二、齒輪箱軸承系統(tǒng)的振動特征提取與處理 337
第四節(jié) 齒輪箱軸承系統(tǒng)健康管理模型 344
一、基于健康基準的PHM 方法 345
二、基于工況相關性的動態(tài)閾值法 346
三、基于3 的動態(tài)閾值法 348
四、健康特征向量法 351
附錄 354
附錄A 軸承失效模式和原因（GB/T 246112020/ISO 24611 ：2020） 355
附錄B 深溝球軸承的徑向游隙（GB/T 4604.12012） 358
附錄C 圓柱滾子軸承的徑向游隙（GB/T 4604.12012） 358
附錄D 開啟式深溝球軸承（60000 型）的極限轉速值 359
附錄E 帶防塵蓋的深溝球軸承（60000Z 型和600002Z 型）的極限轉速值 359
附錄F 帶密封圈的深溝球軸承（60000RS 型、600002RS 型、60000RZ 型、600002RZ 型）的極限轉速值 359
附錄G 內圈或外圈無擋邊的圓柱滾子軸承（NU0000 型、NJ0000 型、NUP0000 型和N0000 型、NF0000 型）的極限轉速值 360
附錄H 單列圓錐滾子軸承（30000 型）的極限轉速值 360
附錄I 單向推力球軸承（510000 型）的極限轉速值 360
附錄J 單向推力圓柱滾子軸承（80000 型）的極限轉速值 361
附錄K 單列角接觸軸承（70000C 型、70000AC 型、70000B 型）的極限轉速值 361
附錄L ISO 公差等級尺寸規(guī)則 361
附錄M 深溝球軸承新老標準型
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