我國(guó)軸承與國(guó)外先進(jìn)水平的差距主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：

　　A.企業(yè)發(fā)展的差距，諸如產(chǎn)業(yè)集中度、企業(yè)管理水平、經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力等；

　　B.產(chǎn)品質(zhì)量差距。

　　有資料對(duì)滾動(dòng)軸承的質(zhì)量差距有如下表述：

　　1.產(chǎn)品的一致性差異。同一批軸承的各種質(zhì)量參數(shù)離散性較大，如公差分布的正態(tài)曲線呈丘峰狀，而不顯尖峰，疲勞試驗(yàn)中最高壽命與最低壽命之比有時(shí)相差100倍以上，此外，熱處理質(zhì)量的一致性也存在明顯差距。

　　2.動(dòng)態(tài)性能差距。反映軸承使用狀態(tài)的動(dòng)態(tài)性能（振動(dòng)、噪聲、摩擦等），尤其是滾子軸承、中大型球軸承差距較大，常規(guī)檢測(cè)數(shù)據(jù)表明相同規(guī)格振動(dòng)（加速度）相差５~10dB，按相同標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，國(guó)產(chǎn)軸承合格率低于國(guó)外先進(jìn)水平約20%以上。

　　3.壽命可靠性低。疲勞壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，國(guó)外先進(jìn)水平壽命指數(shù)（試驗(yàn)壽命與計(jì)算壽命之比值）k≥８，而國(guó)內(nèi)球軸承目前水平約k≥６，滾子軸承k≥４。

　　產(chǎn)品質(zhì)量的上述三個(gè)差距還普遍存在不穩(wěn)定的問題，而且各個(gè)企業(yè)之間水平也不平衡。

　　軸承的壽命與主要失效形式

　　鑒于軸承壽命的離散性特征，提高軸承壽命的主要目標(biāo)應(yīng)致力于減少軸承使用中的早期疲勞；軸承壽命與主機(jī)壽命、主機(jī)的大修周期相適應(yīng)，不追求過度的壽命。由于軸承的使用領(lǐng)域不同，主機(jī)對(duì)軸承性能的要求千差萬別，因而軸承壽命也就有了不同類型、如疲勞壽命、精度壽命、高可靠度壽命等。對(duì)于最廣泛應(yīng)用領(lǐng)域的主機(jī)，則多以疲勞壽命為軸承壽命的基本要求。

　　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。

　　由于軸承在載荷下旋轉(zhuǎn)，在滾動(dòng)體分別與內(nèi)圈滾（溝）道和外圈滾（溝）道的滾動(dòng)接觸處，產(chǎn)生的接觸應(yīng)力為重復(fù)交變應(yīng)力，對(duì)滾子軸承，沿接觸線的應(yīng)力分布不均勻，旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩端還會(huì)產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中。交變應(yīng)力的循環(huán)作用，使接觸表面的基體組織產(chǎn)生組織變化，經(jīng)過一定時(shí)期后，便有片狀顆粒自表面剝落，形成麻坑或麻點(diǎn)。ISO25243-2004將疲勞列在軸承六種常見失效模式之首，被列在第六位的斷裂在形成過程中也因有疲勞的原因，被稱為疲勞斷裂。典型的疲勞失效分為次表面起源型和表面起源型。

　　一．次表面起源型疲勞

　　滾動(dòng)接觸最大接觸應(yīng)力發(fā)生在表面下一定深度的某處，在交變應(yīng)力的反復(fù)作用下，在該處形成疲勞源（微裂紋）．裂紋源在循環(huán)應(yīng)力下逐步向表面擴(kuò)展，形成開放式的片狀裂縫，進(jìn)而被撕裂為片狀顆粒從表面剝落，產(chǎn)生麻點(diǎn)、凹坑。如該處軸承鋼存在某種薄弱點(diǎn)、或缺陷（常見的如非金屬夾雜物、氣隙、粗大碳化物的晶界面），將加速疲勞源的形成和疲勞裂紋的擴(kuò)展，大大降低疲勞壽命。

　　二．表面起源型疲勞

　　接觸表面處有損傷，這些損傷可能是原始的，即制造過程中形成的劃傷、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；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；不良的潤(rùn)滑狀態(tài)加劇滾動(dòng)體與滾道之間的相對(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；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；

　　三．疲勞斷裂

　　疲勞斷裂的起源是過度緊配合產(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。

　　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，而三種疲勞失效類型又以次表面起源型疲勞最為常見，ASO281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。

　　抗疲勞制造技術(shù)的現(xiàn)實(shí)意義

　　把機(jī)械構(gòu)件的疲勞失效在生產(chǎn)過程中加以預(yù)防具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，出發(fā)點(diǎn)如下：

　?。ǎ保└呖煽慷纫蟮臋C(jī)械產(chǎn)品壽命常受到疲勞失效的制約，引發(fā)重大安全事故，如航空機(jī)械、橋梁、風(fēng)電設(shè)備等應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)件。

　?。ǎ玻┢谑悄承C(jī)械基礎(chǔ)件的主要失效形式，如齒輪、軸承、鐵路輪軌等，而這些基礎(chǔ)件不僅使用廣泛，而且對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)（傳動(dòng)與支承）有不可忽視的作用與影響。

　?。ǎ常慕?jīng)濟(jì)規(guī)模看，我國(guó)經(jīng)濟(jì)規(guī)模占世界比重大，但制造業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力卻不強(qiáng)。大而不強(qiáng)的因素很多，就機(jī)械制造業(yè)與國(guó)外先進(jìn)水平的差距分析，壽命低是重要因素之一。

　　（4）研究和發(fā)展基礎(chǔ)構(gòu)件的抗疲勞制造技術(shù)將有效地促進(jìn)“由大變強(qiáng)”的過程，是提升質(zhì)量、節(jié)約資源的重大技術(shù)措施。

　　什么是抗疲勞制造技術(shù)

　　單從制造加工過程來講，抗疲勞制造技術(shù)是指在不改變零件的材料和截面尺寸的前提下，通過制造工藝過程，去改變材料的組織性能，改變應(yīng)力分布狀態(tài)來達(dá)到提高零件疲勞壽命的目的。

　　但從零件形成的全過程來思考，材料本身的耐疲勞性能，設(shè)計(jì)過程中參數(shù)優(yōu)化及應(yīng)力、應(yīng)變分析，零件的正確、科學(xué)使用，對(duì)耐疲勞性能都有重要的作用和影響。因此，抗疲勞制造技術(shù)的完整概念應(yīng)該包括材料工程、設(shè)計(jì)工程、工藝制造和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的全過程。

　　抗疲勞制造技術(shù)常用的工藝方法

　　A.熱處理技術(shù)

　　熱處理是常用的改善材料力學(xué)性能的工藝方法，為了適應(yīng)不同材料零件的不同使用要求，需要選擇不同的熱處理工藝，預(yù)先熱處理組織、淬火加熱溫度、加熱速度、冷卻方式（介質(zhì)與速度）、回火溫度與時(shí)間等都對(duì)機(jī)械性能有明顯影響，要對(duì)諸多熱處理參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化、組合，以求得適應(yīng)使用條件的最佳性能，從而延長(zhǎng)零件的耐疲勞壽命。構(gòu)建熱處理虛擬生產(chǎn)平臺(tái)，推動(dòng)熱處理技術(shù)向高新技術(shù)知識(shí)密集型轉(zhuǎn)變。熱處理工藝參數(shù)的優(yōu)化及發(fā)展數(shù)字化熱處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)抗疲勞制造的重要前提。

　　B.表面化學(xué)熱處理

　　表面化學(xué)熱處理的改性作用主要在表面，可根據(jù)不同的使用要求，選擇滲入的化學(xué)元素，如滲碳后淬回火以提高表面硬度，但工件畸變不易控制：滲氮后形成金屬氮化物可獲得更高的表面硬度及耐磨性、耐蝕性和抗疲勞性能，且工件畸變小，但效率不高；共滲工藝使硬度、耐磨、耐蝕、抗疲勞性能更優(yōu)，且淬火畸變少，但硬化層薄，不宜于重載工件。表面化學(xué)熱處理的發(fā)展方向是擴(kuò)大低溫化學(xué)處理的應(yīng)用，提高滲層質(zhì)量，加速處理過程，發(fā)展環(huán)保型工藝、復(fù)合滲工藝及模擬數(shù)字化處理技術(shù)。

　　C.表面強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用

　　傳統(tǒng)的表面強(qiáng)化技術(shù)源于冷作硬化原理，如拋丸、噴砂、噴丸等，新的表面強(qiáng)化技術(shù)如激光表面硬化、激光噴丸表面硬化、超聲滾光硬化、化學(xué)方法表面硬化，復(fù)合各種工藝的表面硬化新技術(shù)已在許多領(lǐng)域中被成功應(yīng)用，如激光一噴丸工藝（激光沖擊處理），使用高能脈沖激光在零件表面形成沖擊波，使表面材料產(chǎn)生壓縮和塑性變形，形成表面殘余壓應(yīng)力，從而增強(qiáng)了抗疲勞能力（如抗應(yīng)力裂紋、耐腐蝕疲勞等）。

　　D.表面改性技術(shù)

　　常用的表面改性技術(shù)主要有離子注入和表面涂覆。

　　離子注入是非高溫過程，沒有冶金學(xué)和平衡相圖的限制，可根據(jù)不同需要選擇不同注入元素與劑量以獲得預(yù)期的表面性能。如：注入鉻離子以增強(qiáng)基體材料的抗腐蝕和耐疲勞能力；注入硼離子以增強(qiáng)基體的抗磨損能力。

　　表面涂覆技術(shù)包括物理氣相沉積（PVD），化學(xué)氣相沉積（CVD）射頻濺射（RF）離子噴鍍（PSC），化學(xué)鍍等。

　　此外，離子滲工藝在一定真空度下利用高壓直流電使被滲元素處于離子狀態(tài)，使產(chǎn)生的離子流轟擊工件表面，在表面形成化合物達(dá)到降低摩擦、提高耐磨性的目的。

　　E.微細(xì)加工與光整技術(shù)

　　作為一種先進(jìn)的制造技術(shù)，高精度的微細(xì)加工與調(diào)配、光整技術(shù)，也為提高基礎(chǔ)零件的抗疲勞能力發(fā)揮出重要作用。超精密的研磨加工、渦流光整加工，以降低工件表面粗糙度為目的，加工后的表面理化特性、力學(xué)特性、接觸處的輪廓形狀都發(fā)生有益的改變，可修正接觸應(yīng)力分布，利于動(dòng)力潤(rùn)滑油膜的形成，提高疲勞壽命。

　　F.不同零件的硬度匹配關(guān)系，也能協(xié)調(diào)滾動(dòng)接觸處的應(yīng)力與應(yīng)變傳遞狀態(tài)，對(duì)延長(zhǎng)零件的疲勞壽命產(chǎn)生明顯效果。

　　滾動(dòng)軸承的抗疲勞制造

　　抗疲勞制造技術(shù)涉及到材料、設(shè)計(jì)、制造及應(yīng)用的各個(gè)方面，下面就從這四個(gè)方面來探討滾動(dòng)軸承的抗疲勞制造技術(shù)。

　　A.滾動(dòng)軸承用鋼的抗疲勞性能

　　由于軸承使用工況條件的千變?nèi)f化，尤其是一些特殊使用環(huán)境，必須使用不同的材料來滿足這些應(yīng)用。目前的軸承材料品種還不能適應(yīng)這種使用需求，發(fā)展耐疲勞的新軸承鋼種，就成了滾動(dòng)軸承抗疲勞制造的一個(gè)重大課題。

　　即使是在用的軸承鋼種，其耐疲勞性能與國(guó)際先進(jìn)水平比較也還有較大差距。一是鋼的純凈度問題，許多應(yīng)該控制的金屬元素、非金屬元素尚未列入標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，即使已列入控制標(biāo)準(zhǔn)也還存在一個(gè)達(dá)標(biāo)率的問題；二是均勻性與穩(wěn)定性問題仍然突出，夾雜物總量受控了，但分布不均勻，常因“聚集’’產(chǎn)生隱患還不易被剔除，而且不同鋼材企業(yè)之間也不平衡，不同批次、不同爐號(hào)、不同規(guī)格的材料偏差較大，這種質(zhì)量、品質(zhì)的不穩(wěn)定，導(dǎo)致軸承產(chǎn)品在試驗(yàn)和使用過程中發(fā)生早期疲勞的概率大大增加，由此影響到軸承總體壽命偏低。

　　盡管軸承鋼材的性能可以通過熱處理或其他抗疲勞制造工藝獲得改善，但雜質(zhì)的存在（超標(biāo)或聚集）影響后處理的效果。隨著主機(jī)對(duì)軸承可靠性指標(biāo)的大幅提高，很多領(lǐng)域關(guān)乎生命財(cái)產(chǎn)安全，更何況軸承行業(yè)的熱處理技術(shù)水平還遠(yuǎn)不能適應(yīng)抗疲勞制造的要求。

　　我們不能滿足于中低端領(lǐng)域的制造水平，軸承強(qiáng)國(guó)的一個(gè)重要標(biāo)志就是要在高端應(yīng)用領(lǐng)域占有一定市場(chǎng)，在發(fā)展新的軸承鋼種，試驗(yàn)研究新的材料處理工藝，開發(fā)數(shù)字化熱處理系統(tǒng)與裝備，正在形成滾動(dòng)軸承抗疲勞制造技術(shù)在材料工程領(lǐng)域創(chuàng)新發(fā)展的空間和機(jī)遇。

　　B.抗疲勞設(shè)計(jì)的若干思考

　　目前滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)基本上是擬靜態(tài)力學(xué)原理基礎(chǔ)上的優(yōu)化，而抗疲勞制造的設(shè)計(jì)需在擬動(dòng)態(tài)力學(xué)原理基礎(chǔ)上優(yōu)化，由于軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化是一個(gè)多參數(shù)的優(yōu)化問題，再考慮實(shí)際應(yīng)用條件，因而使抗疲勞設(shè)計(jì)的優(yōu)化過程變得更為復(fù)雜和困難。

　　設(shè)計(jì)方面還應(yīng)關(guān)注的一個(gè)重要問題是應(yīng)力集中，特別是線接觸的滾子軸承，其接觸應(yīng)力沿接觸線分布在滾子兩端形成嚴(yán)重的邊緣應(yīng)力集中。目前，國(guó)內(nèi)外軸承企業(yè)都采用“凸度”技術(shù)來減輕其程度，即將滾子滾動(dòng)面、內(nèi)、外套圈滾道面的的素線設(shè)計(jì)成”對(duì)數(shù)曲線”形狀，使線接觸區(qū)域的應(yīng)力分布趨于均勻，從而大大減少了滾予軸承使用中在滾子兩端發(fā)生的早期疲勞，延長(zhǎng)了使用壽命。實(shí)踐與使用都表明，這是一個(gè)十分有效的設(shè)計(jì)改進(jìn)。但”對(duì)數(shù)曲線”的制造技術(shù)也不完善，更未達(dá)到成熟程度，尤其是大批量生產(chǎn)時(shí)，如何保證“對(duì)數(shù)素線＂的形狀、位置、凸度量、精確地符合設(shè)計(jì)要求，保證同批零件的“對(duì)數(shù)素線”的技術(shù)指標(biāo)基本一致，需要有高精度的執(zhí)行機(jī)械，數(shù)控系統(tǒng)和合理的數(shù)學(xué)模型作為前提條件，否則設(shè)計(jì)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)將無從談起。

　　對(duì)零件結(jié)構(gòu)的潤(rùn)滑功能設(shè)計(jì)，是抗疲勞設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。滾子軸承的高速性能不如球軸承，這是結(jié)構(gòu)特征決定的，如何在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，提高滾子軸承的高速性能及高速下的疲勞壽命，一個(gè)有效的途徑就是對(duì)滾動(dòng)軸承內(nèi)部相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面進(jìn)行潤(rùn)滑設(shè)計(jì)，如滾動(dòng)面的EHD設(shè)計(jì)、凸緣工作面的EC設(shè)計(jì)。美國(guó)TIMKEN公司開發(fā)的TSMA軸承、TSMR軸承、Spring-Rib軸承（彈簧擋邊）、Hydra-Rib軸承（液力檔邊）等，其核心技術(shù)就是強(qiáng)化了圓錐滾子軸承內(nèi)圈大檔邊與滾子大端面之間的潤(rùn)滑功能，這些成功案例為我們開展抗疲勞設(shè)計(jì)提供良好的示范。

　　C.通過制造過程實(shí)現(xiàn)和提高零件的抗疲勞能力

　　通過制造過程實(shí)現(xiàn)零件抗疲勞能力，一方面是在工藝實(shí)現(xiàn)和過程控制中落實(shí)抗疲勞預(yù)期，另一方面是采用和發(fā)展新的抗疲勞工藝技術(shù)（如熱處理表面改性處理，諸入低溫單滲、共滲、離子注入、激光、超聲沖擊工藝等），既不影響零件精度又能提高表面性能。這是滾動(dòng)軸承抗疲勞制造的關(guān)鍵。

　　耐疲勞材料給我們提供了構(gòu)件抗疲勞的基礎(chǔ)，需要制造過程的工藝加工來充分發(fā)揮材料的抗疲勞潛力：設(shè)計(jì)過程中以各種結(jié)構(gòu)參數(shù)，質(zhì)量指標(biāo)技術(shù)要求來預(yù)期零件的抗疲勞能力，需要制造過程的工藝加工來實(shí)施保證，沒有制造過程的工藝保障，材料與設(shè)計(jì)的抗疲勞預(yù)期就無法實(shí)現(xiàn)，甚至?xí)淇铡?/span>

　　工藝實(shí)現(xiàn)包括設(shè)備工裝、各種輔助技術(shù)過程，在實(shí)現(xiàn)零件設(shè)計(jì)圖樣的規(guī)定時(shí)，工藝實(shí)現(xiàn)必須確保技術(shù)要求的最佳狀態(tài)，比如對(duì)公差的集中度，同一批零件質(zhì)量指標(biāo)的一致性和穩(wěn)定性。

　　過程控制既包括了工藝流程、工序步驟，還包括了過程質(zhì)量控制，尤其要強(qiáng)調(diào)過程控制中要使用SPC技術(shù)，控制圖技術(shù)，其中Cp、Cpk、Cmk、Ppk等統(tǒng)計(jì)參數(shù)是保障過程穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

　　制造過程既是一個(gè)技術(shù)過程，也是一個(gè)管理過程。要對(duì)制造的全過程實(shí)施嚴(yán)格、科學(xué)的管理，從原材料開始，從毛坯件開始，直至零件進(jìn)入裝配，成品出廠到用戶，隨主機(jī)使用到質(zhì)保期、到失效的全過程，都要按抗疲勞制造的要求提供管理服務(wù)。

　　D.應(yīng)用服務(wù)

　　滾動(dòng)軸承的應(yīng)用服務(wù)，主要是技術(shù)性的服務(wù)。一般說來，主機(jī)企業(yè)對(duì)軸承的技術(shù)認(rèn)識(shí)不如軸承企業(yè)專業(yè)，也不會(huì)全面。我們制造了高抗疲勞能力的軸承產(chǎn)品，更希望用戶在實(shí)際應(yīng)用中能充分利用軸承的高抗疲勞能力。用戶對(duì)主機(jī)軸承的選型設(shè)計(jì)，安裝調(diào)試過程，對(duì)軸承的正確維護(hù)、保養(yǎng)，都需要軸承企業(yè)的專業(yè)指導(dǎo)；主機(jī)企業(yè)產(chǎn)品的創(chuàng)新與發(fā)展更需要供需雙方技術(shù)人員共同探索、研討、開發(fā)，以取得高質(zhì)量的成果；同時(shí)，用戶在使用軸承過程中發(fā)現(xiàn)的問題，包括軸承制造缺陷，或非正常意外發(fā)生的故障，也需要軸承專業(yè)技術(shù)人員的共同分析，以求得持續(xù)改進(jìn)與提高。

　　總結(jié)

　　抗疲勞制造技術(shù)是機(jī)械制造業(yè)的重大技術(shù)方向，也是滾動(dòng)軸承制造技術(shù)發(fā)展的重要方向。滾動(dòng)軸承抗疲勞制造技術(shù)的推廣、應(yīng)用與發(fā)展要綜合考慮材料、設(shè)計(jì)、制造、服務(wù)四個(gè)方面，把握以下重點(diǎn)：

　　1.以純凈、勻質(zhì)為目標(biāo)的耐疲勞材料技術(shù)；

　　2.毛坯成型工藝方法及工藝要素（溫度、速度、加熱、冷卻、變形、時(shí)間）的優(yōu)化：

　　3.表面改性技術(shù)對(duì)抗疲勞有特別重要的意義。工作表面的均勻硬化、殘余壓應(yīng)力、合理的表面理化性質(zhì)將提高耐疲勞強(qiáng)度；

　　4.制造過程要確保設(shè)計(jì)技術(shù)要求的最佳狀態(tài)；

　　潤(rùn)滑功能設(shè)計(jì)、潤(rùn)滑劑的類型、品質(zhì)，供給量及力學(xué)穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性對(duì)滾動(dòng)軸承抗疲勞性能和壽命有重要影響。