軸承技術(shù)的本質(zhì)特征主要表現(xiàn)在5個方面：

　　1）運動學(xué)特征——摩擦及高速旋轉(zhuǎn)運動；

　　2）動力學(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）運動學(xué)特征

　　旋轉(zhuǎn)是滾動軸承最常見的運動形式。

　　軸承是機械傳動中的摩擦副?；拘问绞菨L動摩擦、滑動摩擦和耦合摩擦。摩擦的直接結(jié)果是發(fā)熱和磨損，并由此引發(fā)傳動系統(tǒng)一系列的應(yīng)用問題，輕則降低效率、影響主機功能與性能的發(fā)揮，重則導(dǎo)致燃軸事故和毀損主機部件。尤其是對高精度、高速度、高可靠性有嚴格要求的應(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)下的摩擦熱問題最為突出，也最受關(guān)注；一般應(yīng)避免滑動摩擦，包括耦合摩擦中的滑動分量。

　　（二）動力學(xué)特征

　　傳遞運動與載荷是軸承的基本功能，也決定了軸承服役過程的動力學(xué)特征。滾動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（線）狀，考慮彈性變形時其接觸面都非常小，因而應(yīng)力值很大。當(dāng)存在游隙時，旋轉(zhuǎn)速度將載荷不同的滾動體周而復(fù)始地通過軸承的負荷區(qū)；每轉(zhuǎn)一圈，每粒滾動體都會以最小載荷—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)實驗，積累充分的數(shù)據(jù)，進行繁瑣的統(tǒng)計分析以建立數(shù)學(xué)-物理模型。對軸承的力學(xué)分析從靜彈性力學(xué)，到擬動力學(xué)分析的工程應(yīng)用，已經(jīng)走過了近200年時間，成熟的動力學(xué)模擬仿真至今尚未完成。除了實驗數(shù)據(jù)需要長時間積累，分析與計算工具的完備也是必不可少的條件。

　　（三）摩擦學(xué)特征

　　人類認識與利用摩擦（古埃及搬運重物）應(yīng)該已有5000年歷史；通過科學(xué)實驗，應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)來分析研究摩擦現(xiàn)象（達·芬奇—阿芒頓—庫侖）不過500年，而將摩擦學(xué)發(fā)展成為一門（邊緣）學(xué)科（喬斯特的“潤滑報告”）不過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)濟界、學(xué)術(shù)界的大熱門，對材料工程、傳動效率與性能及能源利用等方面發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

　　摩擦學(xué)被定義為“關(guān)于摩擦、磨損和潤滑的科學(xué)與技術(shù)”，已經(jīng)成為軸承設(shè)計與應(yīng)用技術(shù)最重要的理論基礎(chǔ)和應(yīng)用技術(shù)。完全流體潤滑狀態(tài)的承載油膜的解算，以點、線接觸摩擦設(shè)計的滾動軸承需要考慮接觸變形和高應(yīng)力狀態(tài)下潤滑油黏度變化的影響，接觸表面紋理對潤滑油的阻尼與疏導(dǎo)作用以及摩擦熱與溫升的熱效應(yīng)；在軸承服役過程中摩擦、磨損與潤滑現(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)理論來分析，應(yīng)用摩擦學(xué)技術(shù)來解決。正是對工業(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、彈性流體動力潤滑、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)也將與時俱進，接觸面的微觀分析已進入到分子層面、納米尺度，軸承服役動態(tài)需要實時監(jiān)控，各種性能參數(shù)的精準定量控制已不可避免。

　　（四）界面力學(xué)與應(yīng)用技術(shù)特征

　　隨著對軸承設(shè)計應(yīng)用理論與技術(shù)的深入研究和長期的工業(yè)應(yīng)用實踐，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)展的主要標志。實踐告訴我們：機械零部件的表面品質(zhì)和界面行為是影響機械零件性能，諸如接觸疲勞強度、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，機械裝備的動態(tài)性能以及振動和噪聲在很大程度上取決于各個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。國內(nèi)某些研究就遇到過一些相關(guān)問題，在極少量潤滑脂的情況下，軸承已經(jīng)不是彈流潤滑和邊界潤滑，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)理論無法解釋，需要從分子層面和納米層面探索其中的奧妙。高端軸承中最重要的懸浮類軸承，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，但對界面的力學(xué)性能卻有顯著的影響，同時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、變形與剛度計算都需要借助界面力學(xué)和界面科學(xué)與技術(shù)來實現(xiàn)。

　　（五）失效特征

　　滾動軸承工作“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。實際上很多表面問題都已深入到了表面以下的“表面層”，這個“層”的厚度大約為按照赫茲理論

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

　　大量的應(yīng)用實踐和壽命實驗都表明，滾動軸承失效多為接觸表面疲勞?！稘L動軸承-損害和故障-術(shù)語、特性和成因》（ISO15243：2004）將疲勞列在軸承六種常見失效模式之首，被列在第6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。

　　1．次表面起源型疲勞

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

　　2）該處軸承鋼存在某種薄弱點，或為缺陷，常見的是非金屬夾雜物、氣隙、粗大碳化物的晶界面；

　　3）薄弱點處在最大接觸應(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)力下逐步向表面擴展，形成開放式的片狀裂縫，進而被撕裂為片狀顆粒從表面剝落，產(chǎn)生麻點、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，即制造過程中形成的劃傷、碰痕，也可能是使用中產(chǎn)生的，如潤滑劑中的硬顆粒、軸承零件相對運動產(chǎn)生的微小擦傷；

　　2）損傷處可能存在潤滑不良，如潤滑劑貧乏、潤滑劑失效；

　　3）不良的潤滑狀態(tài)加劇滾動體與溝（滾）道之間的相對滑動，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，有時易與暗灰色蝕斑相混淆。

　　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，便會沿套圈軸線方向產(chǎn)生斷裂，形成貫穿狀的裂縫。

　　在實踐中，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，《滾動軸承-額定動載荷和額定壽命》（ISO281）和ISO281/amd.2推薦的軸承壽命計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)的進步和軸承制造過程對表面層的不夠關(guān)注、對“表面完整性”的認識與實踐還存在較大差距，使得工程實際中發(fā)生的滾動軸承疲勞失效，表面起源型比次表面起源型更為常見，這也被德國舍弗勒（Schaeffler）公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù)所證實。

　　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)由接觸點的破壞形式來決定，這與摩擦副的載荷和運動狀況，以及表面形貌、材料性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。接觸疲勞磨損過程十分復(fù)雜，影響因素繁多，不少問題還在探索研討之中?？傮w可概括為4個方面：

　　1）干摩擦或潤滑條件下的宏觀應(yīng)力場；

　　2）摩擦副材料的機械性質(zhì)和強度；

　　3）材料內(nèi)部缺陷的幾何形狀和分布密度；

　　4）潤滑劑介質(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）精準到納米級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量、校驗、檢測技術(shù)，如儀器儀表、傳感器、測試平臺、工序及實驗室環(huán)境等；

　　4）與工況條件相當(dāng)?shù)哪M、臺架試驗機及設(shè)施；

　　5）滿足相應(yīng)產(chǎn)品設(shè)計的計算工具、軟件和硬件，如實驗分析研究、模擬仿真分析、壽命與可靠度評估管理等；

　　6）特殊、極端工況條件下滿足高可靠性要求的潤滑與密封技術(shù)。