第二章 文獻探討
第三節 軸承管理
本研究擬針對本研究的主角－滾動軸承做簡略的介紹。首先從軸承的構 造與型式進而介紹一般常見的滾動軸承是什麼？軸承在使用上可能發生的 問題點。
滾動軸承祇不過是機械零件之一，快速的發展也是近幾十年的事情。20
世紀初美國汽車大量生產時代的來臨造就了滾動軸承的快速成長。日本軸承 工業大約晚了歐美30 年，然而伴隨著日本機械工業的發展，全世界滾動軸 承總產值最高的國家應該屬日本。台灣地區軸承工業的代表就是設廠於桃園 縣的東培軸承公司，然而其規模仍無法與國際大廠相提並論。世界排名第一 的 SKF 軸承公司甚至有專屬的煉鋼廠，軸承公司的用人、產值並不輸一貫 作業鋼廠。根據AFBMA 調查結果，世界各國之軸承關係廠家不包括中國大 陸地區就超過300 家。
(一)軸承的構造與型式
軸承（Bearings）是甚麼？軸承是一種可承載負荷轉動的機械元 件，是人類最偉大的發明物品之一。其實軸承還可大分為滾動軸承
（rolling bearings）與軸頸軸承（journal bearings）或平軸承（plain bearings），但因前者大量的使用於旋轉機械上，以至於大家稱呼的「軸 承」所指的就是滾動軸承，也是本研究的標的。
待過工廠的人都知道，萬一機械上的軸承發生甚麼差錯，生產線 就得停擺。早年，從事維護保養工作的老師傅叫它做「彈子盤」，也有 人稱它為「培林」。其實每個人都能感覺它的存在，家中會轉動的家電 用品沒它不行，出門騎的機車上就有20 來個、開的小汽車就裝有百來 個軸承。由於滾動軸承具有良好的互換性、拆裝容易、價格合理...等優 點, 迴轉機械設備上都有裝設使用。一般之產線設備維護保養工作中, 即有相當大的比例是與軸承檢修拆換有關。雖然軸承是如此的重要，
然而國內大專院校機械科系的學生，卻很少有機會好好的瞭解軸承是 甚麼，往往進到工廠後才開始摸索，在未經正規訓練與指導，經常接 受到一些似是而非的觀念與處理方法。
根據日本潤滑油協会：潤滑管理效率化促進調查報告書「潤滑管 理技術実態調查」（潤滑經濟，1996.4 月號，p.6~8）, 滾動軸承故障案
次佔所有生產機械元件故障總數近30%；德國 FVA research council 對 軸承的調查報告中, 也顯示了相近的結果。因此，如何掌握軸承的運轉 狀況及早發現異常問題，甚至在問題發生後，如何調查、分析故障原 因，並施予適切的對策以避免故障的再發生，可謂是所有身處第一線 設備維護保養工作者最為關心的要務。
(二)滾動軸承的構造簡介
參考日本工廠維護協會，軸承的使用與故障對策（1995）一書，
趙鵬程編譯（1999）。滾動軸承的起源可追溯至西元前 4,000 年的古文 明時期，人類利用滾子來搬運重物開始。至於現代的滾動軸承，是經由 精密加工而被稱之為軌道環的外環、內環與數個滾動件（滾珠或滾子）
以及保持器等四種元件所構成（圖2-1）。
在構造上，外環與內環之間加入數個滾動件（滾珠或滾子），藉由 保持器的分隔，使滾動件彼此不互相接觸並保持一定間隔的配列組合方 式。具備這種構造型式也不過是在上個世紀初才出現的。
以此種方式組成的滾動軸承，可作圓滑的滾動運轉並維持構造的 剛性以及良好的精密度（圖2-2）。
圖2-1 利用滾子搬運重物及現代的滾動軸承
資料來源：趙鵬程編譯 (1999)，軸承的使用與故障對策，p.1-2
圖2-2 滾動軸承的構造例
資料來源：趙鵬程編譯 (1999)，軸承的使用與故障對策，p.1-2
(三)滾動軸承的優劣
茲就滾動軸承一般之優點與缺點分述如下。
1. 優點
c 起動摩擦非常小
d 在低溫、高溫的環境下也能適用 e 也可用在高速迴轉的情形
f 拆裝、維護簡單
g 已國際標準化、規格化，互換性高，也容易取得 2. 缺點
c 容易生銹
d 對粉塵之耐受性低
e 受衝擊時軌道面易因而損傷，過度負荷下會發生破裂或缺口 (四)滾動軸承的種類與命名原則
標準的滾動軸承之構成元件如下所示。
1. 軌道環（外環、內環）
所謂軌道環係指保持滾動件在軌道面運轉之環狀元件，在外部的
環稱之為外環，在內部的環稱之為內環（圖2-2）。
就單一的軸承軌道環而言，一般是以外環對軸承箱、內環對轉軸 來做配合使用。軌道環的材料，一般是使用高碳鉻軸承鋼或滲碳軸承鋼。
2. 滾動件
所謂滾動件是指，在軌道環（外環與內環）兩軌道之間運轉的滾 珠或滾子。
滾動件為滾珠之軸承稱之為滾珠軸承，以滾子組裝之軸承則稱為 滾子軸承（圖2-2）。然而因滾子的形狀及尺寸有各種不同的型式，依據 不同的滾子型式可作為如（表2-1）的軸承型式區分。
滾動件的材料，一般也使用與軌道環相同之高碳鉻軸承鋼或是滲 碳鋼。
表2-1 滾動件的型式
資料來源：趙鵬程編譯 (1999)，軸承的使用與故障對策，p.1-5
3. 保持器
保持器是指，局部圈圍滾動件，用於保持滾動件在圓周方向做一 定間隔功能之元件（圖2-3）。
保持器可分為衝壓成形保持器、機削保持器、成形保持器、銷（pin）
型保持器等各種類別。材料則採用包括一般之鋼板、高張力黃銅鑄件、
苯酚（phenol）樹脂、合成樹脂等。
具保持器軸承（一般之軸承）較未附保持器之滿滾珠型、滿滾子 型軸承有較低的摩擦阻力，因之適用於高速迴轉的情況。
圖2-3 代表性的保持器構造
資料來源：趙鵬程編譯 (1999)，軸承的使用與故障對策，p.1- 6
(五)滾動軸承的型式
軸承的型式，依軸承的接觸角大小可分成徑向軸承與止推軸承二 大類（表 2-2）。整體而言，若再依據滾動件的型式又可進一步類分為 滾珠軸承及滾子軸承。
同樣的，依滾動件的列數，可做單列、雙列、3 列、4 列來加以區 分。
滾動軸承的分類如下所示。
表2-2 徑向軸承及止推軸承的分類
分類 接觸角（α）的大小 特徵
徑向軸承 0°≦α≦45° 主要承受徑向負荷 止推軸承 45°≦α≦90° 主要承受軸向負荷 資料來源：趙鵬程編譯 (1999)，軸承的使用與故障對策，p.1-7
所謂軸承的接觸角，是指在軸承受負荷作用時，軌道環與滾動件 之間彼此發生作用力之方向與垂直軸承中心軸之平面所成的交角（圖
2-4）。
圖2-4 各種軸承之接觸角（α）
資料來源：趙鵬程編譯 (1999)，軸承的使用與故障對策，p.1-7
(六)滾動軸承的分類
依滾動軸承的型式分類如圖2-5、圖 2-6、圖 2-7。
圖2-5 徑向軸承
資料來源：趙鵬程編譯 (1999)，軸承的使用與故障對策，p.1-8
圖2-6 止推（推力）軸承
資料來源：趙鵬程編譯 (1999)，軸承的使用與故障對策，p.1-9
圖2-7 特殊用途軸承
資料來源：趙鵬程編譯 (1999)，軸承的使用與故障對策，p.1-10
二、滾動軸承的選用流程
滾動軸承的型式與尺寸種類甚多，要從近千頁的軸承廠家型錄中，選定 適合機械裝置使用的軸承，必需先對機械的使用條件及軸承的性能、構造、
特徵…等有清楚的瞭解；並且要從軸承的市場性、經濟性等綜合的觀點做檢 討與評估如表2-3 所示。
表2-3 從總成本的觀點檢討軸承之使用
階 段 檢 討 事 項
設 計
生 產
維護、保養
資料來源：岡本純三、角田和雄，（1981）「滾動軸承－特性與實用設計」，p.6 (1)軸承運轉性能及可靠度之價值
(2)軸承設計上之研發成本
(3)軸承順利運轉所需之輔助裝置成本
(4)裝配軸承所需之加工作業成本
(5)軸承組裝時之調整作業成本
(6)維持軸承性能及機械使用壽命維護成本
(7)軸承故障時所需之維修成本
日本學者岡本純三、角田和雄，（1981）在「滾動軸承－特性與實用設 計」書中第三章提及滾動軸承系統設計程序包括：
1. 軸承類型之選定
2. 基本動額定負荷之計算 3. 尺寸、安裝之決定 4. 基本靜額定負荷之計算 5. 材料之選定
6. 迴轉速度上限之檢討 7. 軸承間隙的選定 8. 精度等級的選定 9. 預壓的決定
10. 潤滑劑及潤滑方法之選定 11. 密封裝置之檢討
12. 磨耗壽命之檢討 13. 配合的決定
14. 軸及軸承箱之精度檢討 15. 操作、安裝之檢討 16. 試車之檢討
17. 從維護觀點做設計檢討。
以上項次經本研究整理流程如圖2-8 所示。一般在選定軸承的程序上，
考慮其使用條件是必要的，軸承的選定雖然沒有必要依循一定的程序和規 則，但原則上仍需以能滿足最重要的軸承性能要求為優先考慮。實務上最常 發現的軸承故障問題，多數是因為軸承選用設計不正確或因後天的設備維護 不良所導致，因此藉由圖3-8 做概略性的介紹。
[ 軸承選用設計 ]
1. 軸承類型之選定
（1）依據軸承承受之負荷種類、方向、大小, 選定軸承類型
（2）軸承固定端及自由端之決定
2. 基本動額定負荷之計算
3. 尺寸、安裝之決定
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（1）動等值負荷之計算：
從軸承類型、外部負荷求 出動等值負荷
（2）基本動額定負荷之計算：
動額定負荷，從要求的壽命 求出所需基本動額定負荷
基本動額定負荷 軸承類型, 從軸承 型錄中選定軸承之 內徑、外徑、幅寬
（1）滾子軸承換球軸 承
（2）組合軸承
（3）尺寸較小, 中途 可更換
較設計 空間大
設計空 間足夠 開 始
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4. 基本靜額定負荷之計算
5. 材料之選定
（1）普通用途: 標準材料( 經淬火、回火處理之高碳鉻軸承鋼 )
（2）特殊環境: 特殊材料( 特別定製、價昂 ) a)達 130℃高溫: 回火溫度高之軸承鋼 b)130℃以上之高溫: 耐熱鋼
c)腐蝕性環境: 不鏽鋼
d)衝擊負荷: 表面熱處理( 部份滾子軸承列為標準品 )
6. 迴轉速度上限之檢討
（1）計算 dmn 值
（2）比較 dmn 容許值
（3）計算值在容許值以內時可使用, 超過容許值則修改潤滑方法
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（1）靜等值負荷之計 算：從軸承類型、外 部負荷求出靜等值負 荷 Po
（2）靜額定負荷之計 算：從軸承類型、尺寸 求得基本靜額定負荷 Co
Po ＞ Co 變更軸 承類型
Po ≦ Co
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7. 軸承間隙的選定
（1）內、外環的配合及配合量大小之決定
（1）內、外環的配合及配合量大小之決定