轴承保持架是滚动轴承的重要组成部分，其核心作用是将滚动体均匀分隔，引导滚动体在滚道内平稳运动，防止滚动体相互碰撞、摩擦，同时传递部分载荷，保护滚动体与套圈，确保轴承的正常运行。保持架的设计合理性、材料性能与加工精度，直接影响轴承的旋转精度、摩擦系数、振动噪音及使用寿命。随着工业装备向高速、高精度、轻量化、极端工况升级，传统保持架的设计与材料已难以满足高端轴承的使用需求，保持架的设计创新与新型材料应用成为轴承行业技术突破的重要方向。本文深入探讨轴承保持架的设计原则、结构类型与创新方向，分析不同材料的性能特点与应用场景，为保持架的设计优化与材料选用提供技术参考，聚焦保持架专项，填补传统技术文章的空白。
轴承保持架的设计需遵循“引导平稳、摩擦最小、强度足够、重量轻便”的核心原则，结合轴承的类型、转速、载荷、工况（高温、低温、腐蚀）等因素，合理选择结构类型、确定尺寸参数，确保保持架能够引导滚动体平稳运动，减少摩擦磨损，同时具备足够的强度与韧性，承受运行过程中的载荷与冲击。
轴承保持架的结构类型主要分为冲压保持架、实体保持架两大类，不同结构类型的特点、适用场景与加工工艺存在显著差异。
冲压保持架是最常用的保持架类型，采用薄钢板通过冲压成型工艺加工而成，主要分为冠形保持架、浪形保持架、碗形保持架三种。冲压保持架的优点是结构简单、加工效率高、成本低、重量轻，适用于中低速、中轻载荷的通用轴承，如深沟球轴承、圆柱滚子轴承、角接触球轴承等。冠形保持架主要用于深沟球轴承，其结构呈冠形，通过冲压成型，可有效分隔滚动体，引导滚动体平稳运动；浪形保持架主要用于圆柱滚子轴承，其结构呈波浪形，可适应滚动体的排列方式，减少摩擦阻力；碗形保持架主要用于角接触球轴承，其结构呈碗形，可有效固定滚动体，承受一定的轴向载荷。
但传统冲压保持架存在强度低、刚性差、精度低等缺点，在高速、重载工况下，易出现变形、磨损、断裂，影响轴承的运行稳定性。为解决这些问题，冲压保持架的设计创新主要集中在结构优化与加工工艺改进两个方面。结构优化方面，采用异形兜孔设计，使兜孔与滚动体的接触面积增大，减少接触应力，提升保持架的引导精度，同时减少摩擦磨损；采用加强筋设计，在保持架的边缘或兜孔周围增加加强筋，提升保持架的强度与刚性，避免高速、重载下的变形；采用对称结构设计，确保保持架的动平衡性能，减少高速旋转时的振动噪音。加工工艺改进方面，采用精密冲压工艺，提升保持架的尺寸精度与表面质量，尺寸误差控制在±0.01mm；采用表面处理工艺（如镀锌、磷化），提升保持架的耐腐蚀性与耐磨性，延长使用寿命。
实体保持架采用整块材料通过车削、铣削、磨削等工艺加工而成，主要分为铜合金保持架、铝合金保持架、工程塑料保持架、不锈钢保持架四种。实体保持架的优点是强度高、刚性好、精度高、耐磨性强，适用于高速、重载、高精度、极端工况下的轴承，如航空发动机轴承、高速机床主轴轴承、风电轴承等。
实体保持架的设计创新是近年来的研究热点，主要包括兜孔设计创新、结构轻量化设计、动平衡优化三个方面。兜孔设计创新方面，采用圆弧面兜孔、对数曲线兜孔设计，使兜孔与滚动体的接触状态更合理，减少摩擦阻力，提升引导精度，同时避免滚动体在兜孔内的滑动与碰撞；采用可调节兜孔设计，根据滚动体的尺寸偏差，调整兜孔尺寸，确保保持架与滚动体的精准匹配，提升轴承的旋转精度。结构轻量化设计方面，采用镂空结构、薄壁设计，在保证保持架强度与刚性的前提下，减少保持架的重量，降低高速旋转时的惯性力，减少振动噪音，提升轴承的高速性能。动平衡优化方面，通过精准计算保持架的重心位置，优化结构设计，确保保持架的动平衡精度，动平衡误差控制在0.001g·m以内，避免高速旋转时产生附加离心力，影响轴承的运行稳定性。
保持架的材料选择是确保其性能的核心，需根据轴承的工况、转速、载荷等因素，选用强度高、韧性好、耐磨性强、重量轻、耐高低温、耐腐蚀的材料。传统保持架材料主要以钢板、铜合金为主，随着高端轴承的发展，新型保持架材料不断涌现，主要包括工程塑料、复合材料、高温合金等，其性能较传统材料有显著提升。
工程塑料保持架是目前应用最广泛的新型保持架材料，主要包括聚酰胺（PA）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚酰亚胺（PI）等。聚酰胺保持架具备强度高、韧性好、耐磨性强、重量轻、摩擦系数低等优点，适用于中高速、中轻载荷的轴承，如汽车轴承、机床轴承，其重量较钢保持架轻40%-50%，摩擦系数降低30%-40%；聚四氟乙烯保持架具备优异的耐腐蚀性、耐高低温性能、摩擦系数极低，适用于腐蚀、高温、低温工况，如化工设备、高温炉、低温设备轴承，其耐温范围可达-60℃至250℃；聚酰亚胺保持架具备优异的耐高温、高强度、高刚性性能，适用于高温、高速、重载工况，如航空发动机轴承、高速机床主轴轴承，其耐高温温度可达300℃以上，强度较聚酰胺保持架提升50%以上。
复合材料保持架是近年来发展起来的新型保持架材料，主要由基体材料（如工程塑料、金属）与增强材料（如碳纤维、玻璃纤维、石墨烯）复合而成，具备强度高、韧性好、耐磨性强、重量轻、耐高低温等优点，适用于高端、极端工况下的轴承。例如，碳纤维增强聚酰胺保持架，其强度较普通聚酰胺保持架提升60%以上，耐磨性提升40%以上，重量轻，适用于高速、重载轴承；石墨烯增强聚四氟乙烯保持架，其耐腐蚀性、耐磨性进一步提升，适用于腐蚀、高温工况。
高温合金保持架主要用于极端高温、重载工况，如航空发动机、火箭发动机轴承，其主要材料包括GH4169、Inconel718等，具备优异的耐高温、高强度、高韧性、耐腐蚀性性能，耐高温温度可达800℃以上，可在高温、重载、冲击工况下长期运行，使用寿命较传统铜合金保持架提升3-5倍。但高温合金保持架的加工难度大、成本高，仅适用于高端、极端工况的轴承。
保持架材料的选型需遵循“适配工况、匹配轴承类型、兼顾性能与成本”的原则。例如，中低速、中轻载荷的通用轴承，选用钢板冲压保持架或聚酰胺工程塑料保持架；高速、高精度轴承，选用实体铜合金保持架或聚酰亚胺工程塑料保持架；高温、重载轴承，选用高温合金保持架或碳纤维复合材料保持架；腐蚀、低温轴承，选用聚四氟乙烯保持架或不锈钢保持架。
此外，保持架的加工精度与表面质量也至关重要，采用精密加工工艺，确保保持架的尺寸精度、形位公差与表面粗糙度符合设计要求。冲压保持架采用精密冲压、整形工艺，尺寸误差控制在±0.01mm，表面粗糙度Ra≤0.8μm；实体保持架采用数控车削、铣削、磨削工艺，尺寸误差控制在±0.005mm，表面粗糙度Ra≤0.4μm。同时，保持架的表面处理也不可或缺，通过磷化、镀锌、阳极氧化等表面处理工艺，提升保持架的耐腐蚀性与耐磨性，延长使用寿命。
目前，我国轴承保持架的设计与材料应用技术已实现显著进步，已能够生产工程塑料、复合材料、高温合金等多种类型的保持架，适配不同工况的轴承需求，部分产品达到国际先进水平。但在高端航空航天轴承保持架领域，仍存在设计精度不足、材料性能有待提升等问题，需进一步优化设计、研发新型材料。未来，轴承保持架将向“高精度、轻量化、高性能、智能化”方向发展，结合数字孪生技术，模拟保持架的运行状态，优化设计参数；研发新型复合材料与高温合金材料，提升保持架的性能；推动保持架加工的智能化，实现加工过程的精准控制与全流程质量管控，为高端轴承的发展提供核心支撑。
