在加工时间缩短趋势推动机床高速化的背景下，近年来，加工中心（可自动更换切削工具进行多样化加工的机床）主轴轴承对高速旋转性能的需求日益提升。加工中心主轴轴承的润滑方式分为油气润滑与脂润滑两种。虽然油气润滑普遍被认为更适用于高速旋转场景，但其耗电量较大，在当前碳中和需求迫切的背景下，这一特性成为亟待解决的课题。

在此背景下，NTN持续研发适用于高速旋转的脂润滑轴承，并于2024年10月发布了一款采用新型成型树脂保持架的脂润滑轴承产品。该产品的dmn值（轴承性能指标，计算方式为轴承节圆直径[mm]×转速[min^-1]）达到135万。研发过程中，团队深入分析了轴承内部润滑脂的运动规律，获得了可应用于未来各类轴承开发的重要成果。

抑制轴承发热的保持架开发

1.油气润滑与脂润滑

加工中心主轴轴承的润滑方式包括油气润滑与脂润滑两种。由于润滑脂粘度高于润滑油，但是，轴承旋转时排开润滑脂会产生搅拌阻力，因此传统高速轴承多采用油气润滑。然而，油气润滑需要配备油气供给及油雾回收等设备，导致耗电量增加。相比之下，仅需预先填充润滑脂的轴承无需额外设备和电力，更符合碳中和趋势，因此市场对高速脂润滑轴承的需求持续增长。主导本次开发的金泽章一指出：

“高速旋转时最大的问题是发热。通过压缩机将稀薄润滑油与空气混合喷射的油气润滑能有效控制发热，尤其在需要卓越高速性能的场景中确实更具优势。但许多高速旋转的应用场景并不需要极端超高速，这类情况下采用脂润滑可降低能耗，具有显著优势。因此，我们收到了大量对高速脂润滑轴承的需求，并持续推进研发。”

2.兼顾成本与量产

为打造可对应高速旋转的脂润滑轴承，本次开发重点聚焦于轴承内部的保持架。保持架是固定滚动体（滚子、球）位置，安装在内圈与外圈之间的环形部件，研发目标是通过优化其设计来抑制轴承发热。

传统机床主轴轴承保持架多采用耐热性强的酚醛树脂，但本次开发创新性地选用了可注塑成型的工程塑料。尽管工程塑料的耐热性通常低于酚醛树脂，但近年已出现高性能耐热品种，且注塑成型工艺更利于大规模生产。研发工作由金泽负责设计、笠井负责实验，并联合NTN研发部门“CAE开发研究所”及与大阪大学合作的“NTN次世代协同研究所”进行数值解析与技术支持。

使进行机床加工的立铣刀旋转的主轴

为缩短机床加工时间

主轴正在向更高转速方向发展

因此对主轴轴承的高速性能要求也日益提升

3.实验与数值解析交互迭代，探索理想形状

4.通过实验捕捉到润滑脂在温度飙升瞬间的运动

研发从观察轴承内部润滑脂状态入手。负责实验的笠井通过改变转速等条件进行观测，意外发现关键现象：

“从开始旋转至润滑脂完成整体覆盖的过程中，存在温度急剧上升的瞬间。通过持续监测发现，在润滑脂开始向滚动面流动的瞬间，会听到"咔嚓"的流动声，与此同时温度出现明显上升。这一现象已通过实验得到明确验证。”

升温瞬间的润滑脂流动，对两人来说是全新的发现。进一步对比不同形状保持架的实验后，团队获得新发现。金泽解释道：

“不同保持架设计会导致润滑脂运动差异。并非所有保持架都会在旋转过程中出现润滑脂突然流向滚动面的温升现象。这提示我们，通过保持架设计或许能控制润滑脂流动从而抑制发热。”

5.基于实验数据的数值解析,运用到设计中

团队以金泽为主导开展数值解析，结合实验现象构建轴承三维模型，分析旋转时的空气流动与润滑脂运动规律。金泽指出：

“只要稍微改变部件和部件之间的游隙，轴承内部的空气就会改变流向，进而会大幅改变润滑脂的运动。简单来说，当润滑脂向滚动面流动时，保持架各部位不同的尺寸，可使流向不希望的方向的空气改变其流向。另一方面，当润滑脂不流向滚道面时，也可以通过不同的保持架形状，使空气达到不会影响润滑脂流向的状态。明白了这个道理，我们就知道了该如何设计保持架。”

润滑脂运动解析实例：当转速升高时，原本位于内圈的润滑脂逐渐向外圈方向扩散的现象得到了再现。当转速超过某一特定值后，在外圈附近产生了从图像左侧向右侧流动的气流（如右图所示），导致原本积聚在左上方的润滑脂向右侧移动，流向了滚动面。

       另一方面，如果润滑脂不流向滚动面，就能抑制急剧升温，这样是否可行？并不是这样的。为确保轴承长期高速运转的耐久性，润滑脂需保持在理想位置——即积聚在保持架内圈侧。根据耐久试验后的润滑脂分布显示，保持架内圈侧润滑脂消耗更快。也就是说，即使润滑脂积聚在外圈侧，也很难被消耗。因此，需要在内圈侧多积聚一些润滑脂。金泽总结道：

“润滑脂需既不能流向滚动面，又要积聚在保持架的内圈侧。在各种案例的计算过程中我们发现：位于不利位置的润滑脂更容易向滚动面流动，而处于合适位置的润滑脂则基本能保持原位。这意味着若能设计让润滑脂更容易积聚在内圈侧，不仅能提升耐久性，还能避免润滑脂流向滚动面，从而有效抑制发热。至于具体设计方案，也自然随之明晰。”