第4.2节：机械轴承技术

第4章

第4.2节：机械轴承技术

尽管以主动磁悬浮轴承为代表的非接触式支承技术已成为现代高性能飞轮储能系统的主流选择，机械轴承技术凭借其卓越的可靠性、高承载能力、相对简单的结构以及成熟的技术生态，在特定应用场景中仍然占据着不可替代的地位。尤其是在对初始投资成本敏感、转速要求相对适中（通常低于每分钟两万转）或对极端环境适应性要求高的飞轮系统中，机械轴承仍然是务实且可靠的设计方案。本节将系统阐述应用于飞轮储能的两类主要机械轴承——高速精密滚动轴承与动压气体轴承——的设计原理、关键技术挑战及其工程实践。

4.2.1 高速精密滚动轴承设计与选型

滚动轴承（如深沟球轴承、角接触球轴承）通过滚动体（钢球或滚子）在内外圈滚道间的滚动运动来承载和传递载荷，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，从而显著降低旋转阻力。在飞轮储能应用中，轴承需要在高速、可能伴有变速循环的工况下长期稳定运行，其选型与设计远非标准件选用那般简单，而是一个涉及多学科深度优化的精密系统工程。

1. 设计挑战与性能要求
飞轮用高速滚动轴承面临的核心挑战在于如何在极高的DN值（轴承内径D（mm）与转速N（rpm）的乘积）下，同时满足长寿命、低功耗和低振动的要求。这些挑战具体表现为：

• 高速下的发热与温升：滚动体与滚道之间极高的接触应力、保持架与引导面之间的滑动摩擦以及润滑剂的粘性剪切，都会在高速下产生大量热量。若热量