本书介绍了齿轮箱轴承选型与维护中的相关技术。书中内容从常见的齿轮箱与齿轮箱相关轴承基本性能入手，介绍了齿轮箱轴承的选型原则、齿轮箱轴承的配置、齿轮箱轴承的选型计算、齿轮箱轴承的润滑等在齿轮箱设计过程中的轴承选型技术。同时介绍了齿轮箱轴承的安装、振动监测等齿轮箱轴承维护工作中的相应技术。本书在齿轮箱维护技术部分探讨了基于大数据和人工智能等技术的智能运维技术和数据分析方法。*后本书针对风力发电机齿轮箱轴承的相应选型和维护技术进行了专门的阐述。
本书可供从事齿轮箱设计、使用和维护相关领域工作的技术人员学习参考，也可供齿轮箱技术人员在日常进行设计、试验、维护、保养等涉及轴承相关问题的分析、校核工作中使用，从事齿轮箱轴承应用技术工作的轴承工程师也可将本书作为系统性的参考工具书。
轴承是齿轮箱的重要组成部分和故障高发零部件。本书对齿轮箱设计过程中的选型技术和使用过程中的维护技术进行了系统的介绍。主要包括：一般工业齿轮箱轴承的选型、结构布置、校核计算、润滑技术、装配技术、维护与检测技术、故障诊断与失效分析技术、风力发电机组齿轮箱轴承的选型与维护技术、基于大数据和人工智能技术的齿轮箱轴承分析技术等。
轴承是齿轮箱中一个非常关键的零部件。在进行齿轮箱相应的设计以及应用的时候，广大机械工程师需要对轴承相应的选型、校核计算以及维护等技术具有一定程度的掌握。
目前对齿轮箱技术和轴承技术进行系统介绍的技术书籍十分完备，但是专门介绍某一领域中轴承应用技术的书籍又十分匮乏。事实上，轴承作为通用零部件，在不同的设备中的选型、校核、配置、维护等技术都具有设备本身强烈的技术属性，受到所使用设备技术条件的强烈约束。
以齿轮箱领域为例，轴承在齿轮箱中的选型、校核计算等方法更多地受到齿轮箱本身的影响，具有浓重的齿轮箱设计的色彩，而面对的对象又是具体的轴承。这样的实际情况使得专门领域的轴承选型与维护成为了交叉学科。这些交叉学科的技术恰恰是广大工程师在工程实际工作中日常遇到的问题和直接的需求。
作者在 2020年出版了《电机轴承应用技术》一书，那本书是介绍轴承在电机中的选型、校核与应用的技术书籍。正是因为这些技术是专门领域的轴承技术，又是工程师日常需要的技术，此书一经出版便受到广大电机设计、使用工程师的欢迎，出版一年已经两次印刷，并准备修订后出版第 2版。由此也使我想到同为驱动设备的齿轮箱领域，也需要一本专门地、系统性地阐述轴承应用技术的书籍。这也是本书着笔的初衷。
同时，随着工业技术的不断发展和进步，人工智能和大数据技术在工业设备运维中的应用越来越广泛，设备数据的架构、设备数据的分析算法等也得到了很好的发展。作者近两年正好从事这方面的工作与实践，因此也将人工智能与大数据技术的一些实践经验加入轴承维护、监测与分析部分的介绍之中。
在驱动设备中，齿轮箱是一个多轴系统。与电机等其他单轴系统相比，具有更大的复杂性。同时，在齿轮箱的设计、选型、校核计算、生产制造以及维护过程中对轴承应用技术的要求也相应更高。因此，熟练地掌握齿轮箱轴承应用技术对于从事齿轮箱相关的设计、制造以及使用的工程师而言是一个不小的挑战。
本书聚焦齿轮箱的设计、制造、使用、维护的全生命周期，从齿轮箱工程师的角度以及思考顺序对轴承相关应用技术进行系统阐述。机械工程师可以按顺序阅读本书的各个章节以掌握齿轮箱轴承选型与维护技术的全貌。同时，也可以在不同的阶段相应地查询相关章节，以辅助轴承的选型、应用。
本书还针对齿轮箱应用领域中一个比较专门的工况 风力发电机中的齿轮箱应用技术做了专门的阐述。本书前十章、第十五章及附录由王勇主笔，第十一 ~第十四章由赵明主笔。本书在一些地方引用了《电机轴承应用技术》中共性的内容部分（比如部分轴承性能、定义的介绍等），同时针对齿轮箱工况加入了专门的阐述。书中的一些数据引用了相应的国标、企标、一些轴承生产厂家的型录和手册等。由于作者水平所限，书中难免有不准确甚至错误的地方。恳请广大机械工程技术人员、轴承应用工程师以及齿轮箱使用人员提出宝贵的意见和建议。在本书成书之际，特别感谢伍美芳（ Quency NG）女士、吴凯先生、杨彦女士在过去多年来对作者的教诲和帮助！感恩曾经的并肩战斗与学习！
王勇、赵明 2022年 6月
王勇，1976年7月出生，毕业于沈阳工业大学电机电器及控制专业，上海交通大学MBA硕士研究生。初从事低速永磁曳引机研发，后转入轴承领域，曾在SKF、NTN等公司从事市场、应用技术、培训等工作二十余年。目前从事旋转设备故障诊断与分析、工业数字化、智能化及算法相关工作。在《电机控制与应用》杂志开设轴承技术专栏两年，连续发表8篇文章。后合著出版《滚动轴承使用常识》、《电机轴承应用技术》、《电机轴承故障诊断与分析》、《齿轮箱轴承应用技术》等轴承应用技术著作。2020年开始开设《轴承问题终结者》公众号。
前言
第一篇 概 述
第一章 工业齿轮箱与轴承应用 3
第一节 齿轮箱生命周期中的轴承 5
一、齿轮箱设计过程中的轴承应用技术轴承选型 6
二、齿轮箱装配过程中的轴承应用 7
三、齿轮箱使用、维护过程中的轴承维护 8
第二节 齿轮箱轴承选型与维护技术概述 8
第三节 风力发电机齿轮箱与齿轮箱轴承选型、维护 10
第四节 本书框架 11
第二章 工业齿轮箱概述 13
第一节 工业齿轮箱简介 13
一、齿轮箱的定义 13
二、齿轮箱的作用、特点 15
第二节 齿轮与齿轮箱的分类 17
一、齿轮的分类 17
二、齿轮箱的分类 22
第三节 齿轮箱的基本结构、设计条件与拆装 23
一、齿轮箱的基本结构 24
二、齿轮箱的设计条件 25
三、齿轮箱安装与拆卸基本流程 27
第四节 齿轮箱的基本故障以及失效概述 28
第三章 齿轮箱轴承基础知识 30
第一节 轴承概述 30
一、轴承的历史 30
二、摩擦与轴承 31
三、轴承分类 32
四、滚动轴承的基本结构、组成部件以及各部位的名称 34
五、滚动轴承代号 37
第二节 滚动轴承通用特性介绍 44
一、轴承的温度 44
二、轴承的转速能力 49
三、轴承的负荷能力 59
四、轴承的保持架 62
五、轴承的游隙 64
第三节 齿轮箱常用轴承介绍 68
一、深沟球轴承 68
二、圆柱滚子轴承 72
三、角接触球轴承 75
四、圆锥滚子轴承 78
五、调心滚子轴承 81
第二篇 齿轮箱轴承选型技术
第四章 齿轮箱轴承配置 85
第一节 齿轮箱轴承配置概述 85
一、齿轮箱设计中的轴承配置 85
二、轴系统支撑、定位的基本概念 86
第二节 圆柱齿轮箱中的轴承配置 91
一、圆柱齿轮箱高速轴轴承配置 91
二、圆柱齿轮箱中间轴轴承配置 97
三、圆柱齿轮箱低速轴轴承配置 101
四、轴承内置式齿轮与换档齿轮轴承配置 102
第三节 圆锥齿轮箱中的轴承配置 105
一、小齿轮轴轴承配置 105
二、输出轴轴承配置 109
三、输出轴轴承选择注意事项 111
第四节 蜗轮蜗杆齿轮箱中的轴承配置 112
一、蜗杆轴轴承配置 112
二、蜗轮轴轴承配置 116
第五节 行星齿轮箱中的轴承配置 119
一、太阳轮轴承配置 119
二、行星轮轴承配置 121
三、行星架布置及轴承选用 124
第五章 齿轮箱轴承的选型计算 126
第一节 齿轮箱轴承选型计算的目的、方法和流程 126
一、齿轮箱轴承选型计算的主要目的 126
二、齿轮箱轴承选型计算的主要内容 127
三、齿轮箱轴承选型计算的方法和流程 128
第二节 齿轮箱轴承受力计算 130
一、轴系统受力计算 130
二、轴承受力计算 143
第三节 齿轮箱轴承当量负荷计算 148
一、当量负荷的概念 148
二、不同方向的轴承负荷折算成当量负荷 148
三、变动负荷折算成当量负荷计算（载荷谱折算） 152
第四节 齿轮箱轴承额定寿命计算 154
一、齿轮箱轴承寿命计算的概念和意义 154
二、齿轮箱轴承基本额定寿命计算与调整 157
第五节 齿轮箱轴承静态安全系数计算 163
第六节 齿轮箱轴承小负荷计算 165
一、齿轮箱轴承小负荷计算的概念和意义 165
二、齿轮箱轴承小负荷计算方法 165
第七节 行星齿轮箱轴承平均加速度以及保持架承载能力计算 167
第八节 齿轮箱轴承的摩擦及冷却计算 168
第九节 齿轮箱轴承的工作游隙计算 170
第六章 齿轮箱轴承系统公差与配合 172
第一节 齿轮箱轴承公差配合选择的机理分析 172
一、轴承内圈配合选择分析 173
二、轴承外圈配合选择分析 174
第二节 齿轮箱轴承系统公差配合选择的原则 175
第三节 齿轮箱轴承公差配合推荐 177
一、一般齿轮箱中轴、轴承室公差配合推荐 177
二、轴承安装于齿轮轮毂内的轴、轴承室公差配合推荐 179
三、齿轮箱轴、轴承室的几何公差和表面粗糙度推荐 180
第七章 齿轮箱轴承润滑技术 181
第一节 齿轮箱轴承润滑基本知识 181
一、齿轮箱轴承润滑设计概述 181
二、润滑脂的主要性能指标和检测方法 182
第二节 润滑的基本原理 185
一、润滑的基本状态与油膜的形成机理 185
二、润滑剂工作条件与油膜形成的关系 186
三、轴承润滑与温度、转速、负荷的关系 188
四、不同润滑脂的兼容性 189
第三节 齿轮箱轴承润滑的选择 191
一、齿轮箱轴承润滑脂的选择 191
二、齿轮箱轴承润滑油黏度（润滑脂基础油黏度）的选择 191
三、极压添加剂的使用 194
第四节 齿轮箱轴承润滑寿命及润滑方法 194
一、油脂润滑 194
二、油润滑 198
第五节 齿轮箱轴承的润滑维护 200
一、齿轮箱润滑供给的检查 201
二、运行中齿轮箱润滑剂质量劣化检查 202
第三篇 齿轮箱轴承的维护技术
第八章 齿轮箱轴承的储运、安装与拆卸 207
第一节 轴承的存储和运输 207
一、轴承的存储 207
二、轴承的防锈 208
三、轴承的运输 208
第二节 齿轮箱常用轴承的安装准备 208
一、齿轮箱轴承装配的环境要求 208
二、装配前的检查 209
三、轴承的清洗 209
第三节 齿轮箱常用轴承的安装方法 211
一、冷安装 211
二、热安装 212
三、圆锥内孔轴承的安装 213
四、推力轴承的安装 214
五、分体式径向轴承的安装与检查 215
第四节 角接触球轴承及圆锥滚子轴承系统的预负荷（游隙）调整 216
一、角接触球轴承及圆锥滚子轴承系统预负荷调整的计算 216
二、安装时零游隙位置的确定以及安装游隙调整 220
三、面对面配置轴承隔圈尺寸的确定与安装 221
四、背对背配置轴承垫片尺寸的确定与安装 223
第五节 轴承安装后的检查 224
第六节 齿轮箱轴承的拆卸 227
一、冷拆卸 227
二、加热拆卸 228
第九章 齿轮箱轴承振动分析技术 229
第一节 齿轮箱轴承的振动 229
一、负荷区滚动体交替带来的振动 229
二、滚动体与保持架碰撞引发的振动 230
三、滚动体与滚道碰撞引发的振动 231
四、轴承内部加工误差带来的振动 231
五、润滑引起的振动 232
第二节 齿轮箱轴承振动监测与分析概述 232
一、振动基本概念 232
二、振动信号分析中的傅里叶变换 234
三、振动频谱分析方法 235
第三节 齿轮箱轴承振动的时域分析 235
一、设备运行的浴盆曲线 236
二、齿轮箱轴承运行时振动的时域表现 237
第四节 齿轮箱轴承振动的频域分析 240
一、齿轮箱轴承振动的频域表现 240
二、齿轮箱轴承振动频域分析的实施方法（频谱分析方法） 241
三、齿轮箱轴承振动频域分析的其他应用 243
第十章 齿轮箱轴承的失效分析技术 244
第一节 齿轮箱轴承失效分析概述 244
一、齿轮箱轴承失效分析的概念 244
二、齿轮箱轴承失效分析的基础和依据（标准） 245
三、轴承失效分析的限制 246
第二节 轴承接触轨迹分析 248
一、轴承接触轨迹（旋转轨迹、负荷痕迹）的定义 248
二、轴承接触轨迹分析的意义 248
三、轴承的非正常接触轨迹 252
第三节 轴承失效类型及其机理 254
一、概述 254
二、疲劳 255
三、磨损 260
四、腐蚀 263
五、电蚀 267
六、塑性变形 269
七、断裂和开裂 271
第十一章 风力发电机概述 273
第一节 风力发电机的功能及作用 273
一、风力发电机的各个组成部件 274
二、风力发电机的设计类型与发展方向 278
第二节 风力发电机的发展趋势 280
一、单机容量的不断增大 280
二、风力发电从陆地向海上拓展 280
三、新方案和新技术的不断使用 280
第十二章 风力发电机齿轮箱的作用及特点 281
第一节 风力发电机齿轮箱的设计 281
第二节 风力发电机齿轮箱的作用及特点 284
一、风力发电机齿轮箱的作用 284
二、风力发电机齿轮箱的特点 284
第十三章 风力发电机齿轮箱轴承及轴承配置 286
第一节 风力发电机齿轮箱里的行星轮 286
一、行星轮简介 286
二、风力发电机齿轮箱的基本设计 288
第二节 风力发电机行星轮上各个部件的轴承配置 290
一、风力发电机行星架轴承配置 290
二、风力发电机行星轮轴承配置 303
三、风力发电机平行轴轴承配置 311
第三节 风力发电机中轴承的特点 316
一、轴承的表面处理 316
二、关于轴承类型选择的问题 317
第十四章 风力发电机齿轮箱轴承应用 318
第一节 风力发电机齿轮箱轴承应用建议 318
一、润滑系统的建议 318
二、风力发电机齿轮箱轴承配合的建议 319
第二节 风力发电机齿轮箱轴承校核方法 320
一、风力发电机齿轮箱轴承的寿命校核原理 320
二、风力发电机齿轮箱轴承的寿命校核计算 323
第十五章 基于大数据的齿轮箱轴承的智能运维技术 325
第一节 大数据与人工智能技术在轴承运行维护领域的应用场景 325
第二节 基于大数据和人工智能分析技术的齿轮箱轴承运维系统实施的基本思路和方法 326
一、齿轮箱轴系统运行状态的参数化 326
二、齿轮箱轴承系统运行数据的采集与管理 330
三、齿轮箱轴承系统状态参数的判断 331
四、齿轮箱轴承系统状态参数的分析 332
五、齿轮箱轴承系统智能运维的实施路径 334
第三节 基于大数据和人工智能分析技术的齿轮箱轴承系统状态监测与诊断方法 335
一、齿轮箱轴承系统的振动信号处理技术 336
二、齿轮箱轴承系统的振动特征提取与处理 337
第四节 齿轮箱轴承系统健康管理模型 344
一、基于健康基准的PHM 方法 345
二、基于工况相关性的动态阈值法 346
三、基于3 的动态阈值法 348
四、健康特征向量法 351
附录 354
附录A 轴承失效模式和原因（GB/T 246112020/ISO 24611 ：2020） 355
附录B 深沟球轴承的径向游隙（GB/T 4604.12012） 358
附录C 圆柱滚子轴承的径向游隙（GB/T 4604.12012） 358
附录D 开启式深沟球轴承（60000 型）的极限转速值 359
附录E 带防尘盖的深沟球轴承（60000Z 型和600002Z 型）的极限转速值 359
附录F 带密封圈的深沟球轴承（60000RS 型、600002RS 型、60000RZ 型、600002RZ 型）的极限转速值 359
附录G 内圈或外圈无挡边的圆柱滚子轴承（NU0000 型、NJ0000 型、NUP0000 型和N0000 型、NF0000 型）的极限转速值 360
附录H 单列圆锥滚子轴承（30000 型）的极限转速值 360
附录I 单向推力球轴承（510000 型）的极限转速值 360
附录J 单向推力圆柱滚子轴承（80000 型）的极限转速值 361
附录K 单列角接触轴承（70000C 型、70000AC 型、70000B 型）的极限转速值 361
附录L ISO 公差等级尺寸规则 361
附录M 深沟球轴承新老标准型
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