近年來，以新能源驅動電機軸承為代表的高溫、高速應用工況，對軸承的使用性能提出了更高的要求，制造難度也大大增加。
軸承的應用特點主要包括：
1）長壽命。壽命要求由原來的8年10萬公里，提高到10年30萬公里（油潤滑軸承要求達到80萬公里）。
2）高轉速。乘用車最常用的驅動電機轉子支承軸承6206-2RS、6207-2RS等，平均轉速由原先的12000r/min，提升到16000r/min，最新又提出24000r/min的要求；以特斯拉、比亞迪為代表的電動汽車的應用轉速已經達到20000r/min，dm·n值超過了110萬，達到極限轉速的3倍以上。
3）急加速，百公里加速由原來的20～30s提高到2～3s。
4）大沖擊力，最高可達30g。
5）高密封性能要求，防漏脂、防水、防微塵等密封性能要求高。
為滿足軸承的這些要求，與以往同類軸承相比，需具備較高的精度，較低的振動及噪聲，較低的摩擦力矩，耐沖擊，良好的密封性能等等。因此，在高速軸承研發中，需要對結構、保持架、潤滑脂、密封圈、試驗技術等進行全方位的優化，其中保持架設計問題是其中的一個關鍵因素，下面重點針對創新型高溫、高速深溝球軸承高速保持架的開發和試驗進行分析和說明。
01
保持架的受力情況
深溝球軸承保持架結構主要有浪形、S形、冠形，根據不同的應用工況、材質，設計結構細節上有多種變化。隨著高速深溝球軸承的研發，單從保持架材質看，近年來，dm·n值超過65萬以上的深溝球軸承已經很少使用鋼制保持架，多采用工程塑料保持架，主要考慮的影響因素包括：高速下保持架的離心力、強度、振動和磨損等。工程塑料保持架自身重量輕，振動小（較鋼制保持架振動值低2～3dB以上），耐沖擊等優點，已經廣泛應用于電機深溝球軸承中，特別是高速電機深溝球軸承。
通常，保持架被看作一個受復雜力系作用的剛體，受力主要包括：
1）保持架與滾動體相互作用面上的沖擊力和摩擦力；
2）保持架與套圈引導擋邊接觸表面的法向力和摩擦力（假定擋邊引導保持架）；
3）高速運動的離心力；
4）保持架質心不平衡引起的力；
5）重力；
6）保持架慣性力；
7）保持架與潤滑劑的滾動粘滯阻力和攪拌阻力。
由于冠形塑料保持架（圖1）單邊開口，質心偏離（不可避免）鋼球運轉中心橫截面。高速運轉時，由于離心力、接觸角等的變化，鋼球和滾道之間會產生差動、自旋、陀螺等復雜運動，這些運動勢必會對保持架造成劇烈的碰撞，加劇保持架的磨損、發熱及變形。一方面，這些運動會對保持架兜孔底部產生高頻擺動扭曲，再加之保持架兜孔底部相對較薄弱（軸承內部空間所限）和高溫時材料變軟的影響，可能造成保持架兜孔底部的斷裂。另一方面，由于這種質心的不對稱和差動滑動、自旋滑動、陀螺滑動等導致的高溫，以及長期處于電機的高溫運行環境中，可能導致保持架爪口變軟、變形；高速運轉時，保持架有向底部方向（爪口的反方向）頂出的趨勢，速度越高、產生的溫升越高，這種風險越大，可能導致保持架失去引導而致使軸承失效。
圖1 冠形工程塑料保持架
02
保持架結構的創新
國內外很多公司都在高速深溝球軸承保持架的結構設計上進行了諸多的創新和探索。
1）SKF
圖2為SKF公司的經典保持架結構，為該公司十幾年前的探索者系列產品，適用于高速電機深溝球軸承。
圖2 SKF公司高速深溝球保持架結構
2）NSK
NSK通過新開發的潤滑脂和樹脂保持架，實現了dm·n值140萬的高速旋轉工況（軸承內徑：35 mm；轉速：30000r/min），如圖3所示；今年NSK又推出了第三代世界最高轉速、電動車驅動電機用高速球軸承（圖4）。
圖3 NSK公司高速深溝球軸承保持架結構
圖4 NSK第三代高速深溝球軸承保持架結構
3）國內公司A
圖5為國內公司A的保持架結構，兜孔底部帶有圓柱形軸向弧槽，其目的為減輕保持架重量，質心更靠近鋼球旋轉中心截平面，增加軸承內部容脂空間等。
圖5 國內A公司高速深溝球保持架結構
4）國內公司B
圖6為國內公司B的保持架結構，與公司A類似，但其兜孔底部為軸向矩形挖槽，實現目的同公司A。
圖6 國內B公司高速深溝球保持架結構
5）創新型
創新型系列保持架結構如圖7所示。
（a）2018版
（b）2020版
圖7 創新型專利保持架結構
創新型高速深溝球軸承保持架的結構特點為：
1）兜孔內表面帶有對稱的油槽，有利于保持架高速運行時，保證鋼球與兜孔之間的接觸潤滑和儲油以及油脂的流動，快速帶走兜孔內部的熱量，保持兜孔形狀的穩定性；
2）加大保持架下冠與兜孔之間的壁厚，保證保持架高速高溫運轉時兜孔的強度和穩定性；
3）保持架底部開有環形槽，有利于減輕保持架重量，增大容脂空間，減小保持架底部變形對整體保架運行穩定性的影響；
4）每個兜孔之間底弧為圓錐弧，保證兜孔外徑與底弧之間壁厚和兜孔內徑與底弧之間壁厚的一致性，在保持架高速運轉時，兜孔形狀的變形最小化，有利于引導鋼球穩定運轉。
以深溝球軸承6307為例，上述列舉的保持架基礎數據對比見表1。
表1 不同公司高速深溝球軸承6307保持架的基礎數據對比
