七類圓錐滾子軸承（國際標準ISO分類中，圓錐滾子軸承的代號為“30000”系列，常被簡稱為“7類軸承”）是一種能夠同時承受徑向力和軸向力的滾動軸承，廣泛應用于汽車、機床、工程機械等領域。其工作原理基于滾動摩擦替代滑動摩擦的減阻機制，同時通過獨特的結構設計實現軸向與徑向力的聯合承載。以下是其核心工作原理的詳細解析：

一、結構組成與幾何特征

基本元件：內圈（錐形滾道）：與軸配合，內圈滾道為圓錐面，錐角通常為10°~30°。

外圈（錐形滾道）：與軸承座配合，外圈滾道與內圈滾道形成共軛圓錐面。

圓錐滾子：呈截圓錐形，滾子大端直徑大于小端直徑，滾子母線與滾道母線平行。

保持架：分隔滾子，防止其相互接觸，通常采用沖壓鋼板或工程塑料制成。

幾何關系：內、外圈滾道的錐頂重合于軸承軸線上的一點（稱為“公共頂點”），這一設計確保滾子與滾道接觸時，徑向力可自動分解為軸向分力，實現力的均衡傳遞。

二、工作原理：力的分解與傳遞

徑向力承載：當軸承受到徑向載荷（垂直于軸線的力）時，滾子與內、外圈滾道接觸點產生法向反力（N）。

由于滾道為圓錐面，法向反力可分解為：徑向分力（N_r）：垂直于軸線，直接抵消外部徑向載荷。

軸向分力（N_a）：平行于軸線，推動內圈或外圈產生軸向位移趨勢。

軸向力承載：當軸承受到軸向載荷（平行于軸線的力）時，滾子與滾道接觸點的法向反力同樣分解為徑向和軸向分力。

通過調整內、外圈的相對位置（如預緊），可控制軸向分力的大小，從而平衡外部軸向載荷。

力的動態平衡：在復合載荷（徑向+軸向）作用下，滾子與滾道的接觸點位置動態調整，使法向反力的軸向分力與外部軸向載荷達到平衡。

這一過程通過保持架的均勻分布作用，確保所有滾子同步受力，避免局部過載。

三、關鍵設計特性

錐角設計：錐角（β）決定軸承的軸向承載能力。錐角越大，軸向分力占比越高，軸承更適合承受軸向載荷；反之則更適合徑向載荷。

典型錐角范圍：10°（高徑向承載）至30°（高軸向承載），常用值為15°~20°。

游隙控制：徑向游隙：內圈與外圈在徑向方向的相對位移量，影響軸承的剛性和運轉精度。

軸向游隙：內圈與外圈在軸向方向的相對位移量，通過預緊（施加軸向力）可消除游隙，提高軸承剛性。

預緊方式：彈簧預緊、螺母預緊或液壓預緊，根據應用場景選擇。

滾子與滾道接觸：滾子與滾道為線接觸，接觸應力分布均勻，承載能力高于球軸承（點接觸）。

滾子大端設計有擋邊，防止滾子軸向竄動，同時參與軸向力承載。

四、性能優勢與應用場景

優勢：復合載荷承載：可同時承受徑向力和軸向力，適用于軸向力較大的場景（如汽車差速器、機床主軸）。

高剛性：通過預緊可消除游隙，提高系統剛性，減少振動和噪音。

調心能力：允許內圈與外圈軸線有少量偏斜（通常≤2′），適應安裝誤差或軸變形。

長壽命：線接觸設計分散應力，配合優質潤滑可顯著延長使用壽命。

典型應用：汽車領域：差速器、變速器、輪轂軸承，承受驅動軸的復合載荷。

機床領域：主軸、進給系統，要求高剛性和精密定位。

工程機械：挖掘機、起重機的回轉支撐，承受重載和沖擊。

風電領域：主齒輪箱軸承，適應變載荷和惡劣環境。