軸承技術(shù)的本質(zhì)特征主要表現(xiàn)在5個(gè)方面：

　　1）運(yùn)動(dòng)學(xué)特征——摩擦及高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

　　2）動(dòng)力學(xué)特征——高頻交變載荷及彈性接觸應(yīng)力與變形；

　　3）摩擦學(xué)特征——摩擦、磨損與潤(rùn)滑成為軸承服役性能典型表現(xiàn)；

　　4）界面力學(xué)與應(yīng)用技術(shù)特征——高端軸承接觸面的微觀分析及應(yīng)用技術(shù)；

　　5）失效特征——以表面疲勞為主要形式。

　　（一）運(yùn)動(dòng)學(xué)特征

　　旋轉(zhuǎn)是滾動(dòng)軸承最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式。

　　軸承是機(jī)械傳動(dòng)中的摩擦副?；拘问绞菨L動(dòng)摩擦、滑動(dòng)摩擦和耦合摩擦。摩擦的直接結(jié)果是發(fā)熱和磨損，并由此引發(fā)傳動(dòng)系統(tǒng)一系列的應(yīng)用問(wèn)題，輕則降低效率、影響主機(jī)功能與性能的發(fā)揮，重則導(dǎo)致燃軸事故和毀損主機(jī)部件。尤其是對(duì)高精度、高速度、高可靠性有嚴(yán)格要求的應(yīng)用環(huán)境，其導(dǎo)致的后果不堪設(shè)想。

　　在軸承技術(shù)中，高速度旋轉(zhuǎn)下的摩擦熱問(wèn)題最為突出，也最受關(guān)注；一般應(yīng)避免滑動(dòng)摩擦，包括耦合摩擦中的滑動(dòng)分量。

　　（二）動(dòng)力學(xué)特征

　　傳遞運(yùn)動(dòng)與載荷是軸承的基本功能，也決定了軸承服役過(guò)程的動(dòng)力學(xué)特征。滾動(dòng)軸承的受力是彈性接觸下的高應(yīng)力值與高頻率的交變載荷。無(wú)論是球軸承還是滾子軸承，由于球（滾子）與溝道（滾道）的接觸為點(diǎn)（線）狀，考慮彈性變形時(shí)其接觸面都非常小，因而應(yīng)力值很大。當(dāng)存在游隙時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度將載荷不同的滾動(dòng)體周而復(fù)始地通過(guò)軸承的負(fù)荷區(qū)；每轉(zhuǎn)一圈，每粒滾動(dòng)體都會(huì)以最小載荷—最大載荷—最小載荷—零載荷反復(fù)交變；接觸區(qū)則隨著應(yīng)力交變而高頻率變形。軸承工作表面的這種動(dòng)力學(xué)特征使得定量分析與研究軸承使役性能變得十分復(fù)雜；需要完成大量的力學(xué)實(shí)驗(yàn)，積累充分的數(shù)據(jù)，進(jìn)行繁瑣的統(tǒng)計(jì)分析以建立數(shù)學(xué)-物理模型。對(duì)軸承的力學(xué)分析從靜彈性力學(xué)，到擬動(dòng)力學(xué)分析的工程應(yīng)用，已經(jīng)走過(guò)了近200年時(shí)間，成熟的動(dòng)力學(xué)模擬仿真至今尚未完成。除了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需要長(zhǎng)時(shí)間積累，分析與計(jì)算工具的完備也是必不可少的條件。

　　（三）摩擦學(xué)特征

　　人類(lèi)認(rèn)識(shí)與利用摩擦（古埃及搬運(yùn)重物）應(yīng)該已有5000年歷史；通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)來(lái)分析研究摩擦現(xiàn)象（達(dá)·芬奇—阿芒頓—庫(kù)侖）不過(guò)500年，而將摩擦學(xué)發(fā)展成為一門(mén)（邊緣）學(xué)科（喬斯特的“潤(rùn)滑報(bào)告”）不過(guò)50年。但摩擦學(xué)發(fā)展之快出人意料——摩擦學(xué)已成為工業(yè)界、經(jīng)濟(jì)界、學(xué)術(shù)界的大熱門(mén)，對(duì)材料工程、傳動(dòng)效率與性能及能源利用等方面發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　摩擦學(xué)被定義為“關(guān)于摩擦、磨損和潤(rùn)滑的科學(xué)與技術(shù)”，已經(jīng)成為軸承設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)最重要的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用技術(shù)。完全流體潤(rùn)滑狀態(tài)的承載油膜的解算，以點(diǎn)、線接觸摩擦設(shè)計(jì)的滾動(dòng)軸承需要考慮接觸變形和高應(yīng)力狀態(tài)下潤(rùn)滑油黏度變化的影響，接觸表面紋理對(duì)潤(rùn)滑油的阻尼與疏導(dǎo)作用以及摩擦熱與溫升的熱效應(yīng)；在軸承服役過(guò)程中摩擦、磨損與潤(rùn)滑現(xiàn)象的表面形貌、流變性質(zhì)、熱力學(xué)、摩擦化學(xué)等，都需要應(yīng)用摩擦學(xué)理論來(lái)分析，應(yīng)用摩擦學(xué)技術(shù)來(lái)解決。正是對(duì)工業(yè)領(lǐng)域摩擦現(xiàn)象的深入研究與思考，誕生了摩擦學(xué)，發(fā)展了軸承的應(yīng)用理論與技術(shù)：額定熱轉(zhuǎn)速、彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑、軸承鋼的后處理技術(shù)（熱處理與表面處理）及高性能耐熱鋼等。

　　軸承應(yīng)用范圍的拓展，軸承應(yīng)用理論與技術(shù)也將與時(shí)俱進(jìn)，接觸面的微觀分析已進(jìn)入到分子層面、納米尺度，軸承服役動(dòng)態(tài)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控，各種性能參數(shù)的精準(zhǔn)定量控制已不可避免。

　　（四）界面力學(xué)與應(yīng)用技術(shù)特征

　　隨著對(duì)軸承設(shè)計(jì)應(yīng)用理論與技術(shù)的深入研究和長(zhǎng)期的工業(yè)應(yīng)用實(shí)踐，關(guān)于“界面科學(xué)與技術(shù)”，尤其是“界面力學(xué)”的研究已經(jīng)成為高端軸承設(shè)計(jì)與制造工程學(xué)的重要基礎(chǔ)與內(nèi)容，成為引領(lǐng)高端軸承技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志。實(shí)踐告訴我們：機(jī)械零部件的表面品質(zhì)和界面行為是影響機(jī)械零件性能，諸如接觸疲勞強(qiáng)度、摩擦功耗、磨損壽命和抗腐蝕能力等至關(guān)重要的因素。另外，機(jī)械裝備的動(dòng)態(tài)性能以及振動(dòng)和噪聲在很大程度上取決于各個(gè)接觸界面的剛度和界面阻尼特性［1］。

　　軸承性能提升很大程度上是界面科學(xué)與技術(shù)范疇的課題。國(guó)內(nèi)某些研究就遇到過(guò)一些相關(guān)問(wèn)題，在極少量潤(rùn)滑脂的情況下，軸承已經(jīng)不是彈流潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑，但軸承卻可以在每分鐘幾千轉(zhuǎn)的條件下很好地工作。傳統(tǒng)理論無(wú)法解釋?zhuān)枰獜姆肿訉用婧图{米層面探索其中的奧妙。高端軸承中最重要的懸浮類(lèi)軸承，其界面是由固體界面中間介質(zhì)膜形成的。介質(zhì)膜盡管物體尺寸微小，但對(duì)界面的力學(xué)性能卻有顯著的影響，同時(shí)影響到軸承的服役性能。這些介質(zhì)膜可以是液體（油、水等）、氣體、類(lèi)固體（脂、液晶等）。不同物質(zhì)形成的界面，其表面形貌在滾滑、黏滑狀態(tài)下的相互影響及應(yīng)力、變形與剛度計(jì)算都需要借助界面力學(xué)和界面科學(xué)與技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　（五）失效特征

　　滾動(dòng)軸承工作“表面層”的物理、化學(xué)和力學(xué)狀態(tài)，冶金質(zhì)量如顯微結(jié)構(gòu)變化、再結(jié)晶、晶間腐蝕、合金貧化等，是引起疲勞失效的重要因素。實(shí)際上很多表面問(wèn)題都已深入到了表面以下的“表面層”，這個(gè)“層”的厚度大約為按照赫茲理論

　?。?/span>HertzianTheory）計(jì)算接觸面寬度的0.8倍左右。

　　大量的應(yīng)用實(shí)踐和壽命實(shí)驗(yàn)都表明，滾動(dòng)軸承失效多為接觸表面疲勞?！稘L動(dòng)軸承-損害和故障-術(shù)語(yǔ)、特性和成因》（ISO15243：2004）將疲勞列在軸承六種常見(jiàn)失效模式之首，被列在第6位的斷裂在形成過(guò)程中也因有疲勞的原因，被稱(chēng)為疲勞斷裂。

　　典型的疲勞失效分為次表面起源型和表面起源型。

　　1．次表面起源型疲勞

　　1）赫茲理論表明，滾動(dòng)接觸處最大接觸應(yīng)力發(fā)生在表面下一定深度的位置，并稱(chēng)之為次表面；

　　2）該處軸承鋼存在某種薄弱點(diǎn)，或?yàn)槿毕荩Ｒ?jiàn)的是非金屬夾雜物、氣隙、粗大碳化物的晶界面；

　　3）薄弱點(diǎn)處在最大接觸應(yīng)力的重復(fù)作用下，邊緣形成顯微裂紋源；

　　4）裂紋源在循環(huán)應(yīng)力下逐步向表面擴(kuò)展，形成開(kāi)放式的片狀裂縫，進(jìn)而被撕裂為片狀顆粒從表面剝落，產(chǎn)生麻點(diǎn)、凹坑。

　　2．表面起源型疲勞

　　1）接觸表面處有損傷，這些損傷可能是原始的，即制造過(guò)程中形成的劃傷、碰痕，也可能是使用中產(chǎn)生的，如潤(rùn)滑劑中的硬顆粒、軸承零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的微小擦傷；

　　2）損傷處可能存在潤(rùn)滑不良，如潤(rùn)滑劑貧乏、潤(rùn)滑劑失效；

　　3）不良的潤(rùn)滑狀態(tài)加劇滾動(dòng)體與溝（滾）道之間的相對(duì)滑動(dòng)，導(dǎo)致表面損傷處的微凸體根部產(chǎn)生顯微裂紋；

　　4）裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致微凸體脫落，或形成片狀剝落區(qū)。這種剝落深度較淺，有時(shí)易與暗灰色蝕斑相混淆。

　　疲勞斷裂的起源是過(guò)度緊配合產(chǎn)生的裝配應(yīng)力與循環(huán)交變應(yīng)力形成的疲勞屈服；裝配應(yīng)力、交變應(yīng)力與屈服極限之間的平衡一旦失去，便會(huì)沿套圈軸線方向產(chǎn)生斷裂，形成貫穿狀的裂縫。

　　在實(shí)踐中，正常使用失效的軸承，其損壞大多如上所述，即接觸表面疲勞。而三種疲勞失效類(lèi)型又以次表面起源型疲勞最為常見(jiàn)，《滾動(dòng)軸承-額定動(dòng)載荷和額定壽命》（ISO281）和ISO281/amd.2推薦的軸承壽命計(jì)算方法就是以次表面起源型疲勞為基礎(chǔ)得出的。

　　由于材料技術(shù)的進(jìn)步和軸承制造過(guò)程對(duì)表面層的不夠關(guān)注、對(duì)“表面完整性”的認(rèn)識(shí)與實(shí)踐還存在較大差距，使得工程實(shí)際中發(fā)生的滾動(dòng)軸承疲勞失效，表面起源型比次表面起源型更為常見(jiàn)，這也被德國(guó)舍弗勒（Schaeffler）公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)所證實(shí)。

　　表面磨損屬于疲勞破壞，引起磨損必須施加多次重復(fù)摩擦作用。摩擦次數(shù)由接觸點(diǎn)的破壞形式來(lái)決定，這與摩擦副的載荷和運(yùn)動(dòng)狀況，以及表面形貌、材料性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。接觸疲勞磨損過(guò)程十分復(fù)雜，影響因素繁多，不少問(wèn)題還在探索研討之中?？傮w可概括為4個(gè)方面：

　　1）干摩擦或潤(rùn)滑條件下的宏觀應(yīng)力場(chǎng)；

　　2）摩擦副材料的機(jī)械性質(zhì)和強(qiáng)度；

　　3）材料內(nèi)部缺陷的幾何形狀和分布密度；

　　4）潤(rùn)滑劑介質(zhì)與摩擦副材料的作用。

　　以上分析表明，從產(chǎn)品或產(chǎn)業(yè)角度實(shí)現(xiàn)軸承的高技術(shù)性能要求必須具備如下制造技術(shù)條件：

　　1）低摩擦、耐疲勞、耐磨損、綜合力學(xué)和機(jī)械性能優(yōu)越的材料制備技術(shù)、變性處理技術(shù)、表面涂覆改性技術(shù)等；

　　2）精準(zhǔn)到納米級(jí)的精密和超精密加工技術(shù)；

　　3）滿足批量加工精度要求的測(cè)量、校驗(yàn)、檢測(cè)技術(shù)，如儀器儀表、傳感器、測(cè)試平臺(tái)、工序及實(shí)驗(yàn)室環(huán)境等；

　　4）與工況條件相當(dāng)?shù)哪M、臺(tái)架試驗(yàn)機(jī)及設(shè)施；

　　5）滿足相應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的計(jì)算工具、軟件和硬件，如實(shí)驗(yàn)分析研究、模擬仿真分析、壽命與可靠度評(píng)估管理等；

　　6）特殊、極端工況條件下滿足高可靠性要求的潤(rùn)滑與密封技術(shù)。