單列圓錐滾子軸承是一種能夠同時承受徑向載荷和單方向軸向載荷的滾動軸承，其核心工作原理基于滾動摩擦替代滑動摩擦，并通過獨特的幾何設(shè)計實現(xiàn)載荷的精準(zhǔn)分配與穩(wěn)定運行。以下是其工作原理的詳細解析：

一、結(jié)構(gòu)組成與幾何特性

核心部件

內(nèi)圈（錐形滾道）：與軸配合，滾道呈圓錐形，錐角通常為10°~30°。

外圈（錐形滾道）：與軸承座配合，滾道與內(nèi)圈滾道對稱，形成V形槽。

圓錐滾子：呈圓錐臺形，滾子大端面為球面，與保持架接觸；小端面為平面，與內(nèi)圈擋邊接觸。

保持架：通常采用鋼制或聚酰胺材料，用于均勻分隔滾子，防止相互接觸導(dǎo)致磨損。

幾何參數(shù)

接觸角（α）：滾子與滾道接觸點的法線與軸承軸線之間的夾角，通常為10°~30°。接觸角越大，軸向承載能力越強。

錐頂重合：內(nèi)圈、外圈和滾子的錐頂均位于軸承軸線的同一點上，確保載荷傳遞的集中性與穩(wěn)定性。

二、工作原理：滾動摩擦與載荷分配

滾動摩擦替代滑動摩擦

當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)時，圓錐滾子在內(nèi)圈和外圈的錐形滾道間滾動，將原本的滑動摩擦轉(zhuǎn)化為滾動摩擦，摩擦系數(shù)降低至0.001~0.003，顯著減少能量損耗和發(fā)熱。

徑向與軸向載荷的協(xié)同承載

徑向載荷（Fr）：作用于軸承垂直方向，通過滾子與滾道的接觸點傳遞至外圈和內(nèi)圈。

載荷分解：徑向載荷在接觸點處分解為垂直于滾道的分力（法向力）和沿滾道方向的分力（切向力）。

滾子受力：法向力使?jié)L子壓緊滾道，切向力驅(qū)動滾子滾動。

軸向載荷（Fa）：作用于軸承軸向方向，通過接觸角α將軸向力轉(zhuǎn)化為徑向分力，由滾子與滾道共同承擔(dān)。

公式：軸向載荷與徑向載荷的關(guān)系為 

F 

a

?

 =F 

r

?

 ?tanα

，即接觸角越大，軸承能承受的軸向載荷越大。

對稱式載荷分布

單列圓錐滾子軸承的滾子呈對稱排列，內(nèi)外圈滾道的錐角設(shè)計使載荷均勻分布在所有滾子上，避免局部過載導(dǎo)致的早期失效。

三、關(guān)鍵設(shè)計：接觸角與預(yù)緊的作用

接觸角（α）的優(yōu)化

小接觸角（10°~15°）：徑向承載能力強，適用于重載徑向負荷場景（如機床主軸）。

大接觸角（25°~30°）：軸向承載能力顯著提升，適用于需承受較大軸向力的場景（如汽車差速器）。

預(yù)緊機制

軸向預(yù)緊：通過調(diào)整內(nèi)圈與外圈的軸向位置，使?jié)L子與滾道之間產(chǎn)生初始彈性變形，消除內(nèi)部游隙。

效果：提高軸承剛度，減少振動和噪音；防止?jié)L子在載荷作用下發(fā)生滑動（打滑現(xiàn)象）；延長使用壽命。

預(yù)緊方式：

定位預(yù)緊：通過螺母或墊片固定內(nèi)外圈軸向位置（如機床主軸）。

定壓預(yù)緊：通過彈簧施加恒定軸向力（如汽車傳動軸）。