机床用高速主轴轴承技术
木工机械用高速电主轴特点及关键技术分析
轴特殊的要求 ，所 以需要选择一次性永久 的脂润滑 悒 是 油脂 的流动性能不好 ，还会产生一定 的热阻力 ，散热效果 。 。
速 主 轴单 元 上 大 面 积 推 广 并不 实 用 。 空气 动 静 压 轴 承 是
轴的电机转子直接和主轴配合联结 ，增加 了主轴的转动惯 量 ，容易引起 主轴 的振动 ，因此木工 机械 用高速电主轴ｌ 的
圈仍采用刚质材料。混合陶瓷球轴承可以安全地采用脂 润
滑 ，能 很 好 的 满 足 生 产 要 求 。 为 了 提 高 轴 承 的 刚 度 和承 载
能 力 ，可 以 两个 或 多 个 混 合 陶 瓷球 轴 承 组 配 使用 。
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与加 工技术
２木 工 电主 轴 的结 构 特 点
木 工 切 削 机床 由于 与普 通 的 金 属 切 削 机 床 的 工 作 条 件 不 一 样 ，加 工 的 材 料是 木材 或 者 木 质 复 合 材 料 ，木 材 纤 维 与金 属 材 料 不 同 ，没 有 均匀 的金 相 组 织 ，而 是 具 有 一 定 的 方 向 性 ，加 工 时 切 削 力 的 波 动 较 大 。 加 工 环 境 粉 尘 比较 多 ，木 材 加 工 不允 许 液 体 润 滑 与 冷却 以 防 止 污 染 成 品 。 因 此 木 工 电主 轴 要 经 过 特 殊 设 计 ，它 与 金 属 切 削 电 主 轴 相
比 ，大致 有 以下 特 点 ：
冷 却 ，并 吹 散 切 屑 过 程 中产 生 的粉 尘 。具 体 设 计 可 以将 传
一
统 的主轴冷却水套改换成带多片散热片的铬辔 ，在 电主轴 ｊ
高档数控机床高速精密电主 轴关键技术及应用 公告
高档数控机床高速精密电主轴关键技术及应用公告全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：高档数控机床高速精密电主轴关键技术及应用随着科技的不断发展，数控机床作为制造业的重要装备之一，正逐渐成为制造业的主力军。
而高档数控机床的核心部件之一——高速精密电主轴，更是决定了整个机床性能和加工质量的关键部件。
本文将重点介绍高档数控机床高速精密电主轴的关键技术及应用。
一、高速精密电主轴的定义和特点高速精密电主轴是数控机床上用于驱动刀具旋转的核心部件，它直接影响了机床的加工精度、效率和稳定性。
一般来说，高速精密电主轴具有以下几个特点：1. 高速转速：高速精密电主轴的工作转速通常在10000rpm以上，甚至可以达到50000rpm以上。
高转速可以提高加工效率，缩短加工周期。
2. 高精度：高速精密电主轴需要具有极高的旋转精度和稳定性，以保证加工的精度和表面质量。
4. 高功率密度：高速精密电主轴需要具有高功率密度，以满足大功率输出的要求，同时尽可能减小轴体体积和重量。
1. 轴承技术：高速精密电主轴的轴承是其最关键的部件之一，直接影响轴的精度、稳定性和寿命。
目前主要采用陶瓷球轴承、陶瓷滚珠轴承和气体轴承等高速轴承技术。
2. 动平衡技术：高速精密电主轴在旋转时会产生不小的离心力，需要采用动平衡技术来消除不平衡导致的振动和噪音。
3. 冷却技术：高速精密电主轴在高速运转时会产生大量热量，需要采用有效的冷却技术来保持轴的温度稳定，避免发热过高导致零部件热变形。
4. 控制技术：高速精密电主轴需要配备精密的控制系统，以实现精准的转速控制、负载检测和自适应控制等功能。
5. 结构设计：高速精密电主轴的结构设计需要考虑到刚性和轻量化的平衡，同时保证轴体的稳定性和可靠性。
高速精密电主轴广泛应用于汽车、航空航天、铁路、军工等领域，主要用于高精度、高效率的加工。
具体应用包括精密零件加工、高速铣削、高速车削、高速钻孔等领域。
目前国内外一些知名数控机床制造商，如哈斯、西铁城、FANUC 等，都大量采用了高速精密电主轴技术，使其生产的数控机床具有更高的加工精度和效率，受到了市场的广泛认可。
机床轴承的新技术与发展趋势
机床轴承的新技术与发展趋势摘要:近年来随着机床的广泛应用,对于机床主轴的要求也越来越高,其性能进一步向高转速、高精度、高刚度方向发展。
而且在满足这些要求的同时,还要考虑到环境问题并关注全球变暖的现象。
关键词:机床轴承陶瓷钢材1 轴承的类型及安装1.1 轴承的类型钢质滚动轴承能提供的刚度不及陶瓷轴承高,而且陶瓷轴承能减少热膨胀带来的危险。
在钢质轴承滚道表层上涂层材料,并进行低温退火处理。
能够很好的增加轴承的硬度,减少轴承的磨损。
与滚子轴承相比,空气轴承等非接触式轴承在高温下温度升高的速度比较慢,但低阶固有频率比较低,非稳定性范围较大,转速对动态非稳定性的影响非常强烈。
当空气轴承的主轴系统中存在有裂纹时,系统的非稳定性区域会加大,若裂纹深度加剧,系统的固有频率会降低,对高阶频率而言就更如此,空气压力、裂纹位置都会严重影响空气主轴的动态非稳定性。
1.2 轴承的安装机床主轴系统的轴承装配可以区分为正装和反装两种,正装比反装具有更高的第一阶固有频率、更高的系统刚度和更小的变形量;主轴是由三个轴承支撑的,其基频周围会有变频成分,变频的跨度受轴承的配置的影响,这种响应类型在两个或四个轴承支撑的主轴系统中是看不到的,且主轴在穿过轴线的两个相垂直平面上的摆动通过陀螺想咬合在一起。
该咬合项对主轴动态特性的影响比由两个或四个轴承支撑的主轴系统更明显。
主轴系统中,结合面经常会影响到切削加工的性能,特别是主轴与刀具的结合面,在很多情况下,很有可能会成为机床切削系统中最容易出现问题的环节。
磨床主轴与磨轮之间的螺栓预紧力和圆锥预紧力对系统动态特性的影响力非常明显,对主轴固有频率最大的改变约为60％,针对于不同型号的磨床主轴组建、圆锥结合力对其模态的影响同型号的磨床主轴组件、锥结合力对其模态的影响是不一样的;主轴系统拉杆力的增加会提高结合面的刚度,同时也会减小其阻尼,而增大的拉杆力是否对提高主轴振动的稳定性有好处,是由结合面刚度的增加是否超过阻尼的减小来决定的。
机床主轴轴承的技术动向
机床主轴轴承的技术动向
浦野（日）;宽幸（日）;彭涛（译）;黄丽铨（校）
【期刊名称】《国外轴承技术》
【年(卷),期】2006(000)001
【摘要】近年来，更加迫切要求机床主轴轴承具有高精度，并且能适应高速旋转。
支承高精度、高速旋转的轴承中，有滚动轴承及动压滑动轴承、油膜静压轴承、空气静压轴承等。
本文就其中有较高支承刚度。
也能适应高速旋转，高旋转精度的滚动轴承的技术发展动向及有效的使用方法作一介绍。
【总页数】2页(P26-27)
【作者】浦野（日）;宽幸（日）;彭涛（译）;黄丽铨（校）
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.35
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轴轴承试验台研制4.基于光纤光栅传感器的机床主轴轴承热诱导预紧力研究5.高
速数控机床主轴轴承精度及其保持性分析
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高精度特大型机床主轴轴承研制探索
各零件精度的控制 ，以零件精度 保证 成品精度的实现 。
鉴于机床主轴轴承工作时一般都是内圉及轴圈旋
转 ，机床 内圈径 向 圆跳 动和端 面 圆跳动 的精 度必须保 证。因此 ，在设计该类轴承 时，径向轴承应将 滚动体的
圆度和批直径变动 量、内圈的圆度和 壁厚差作 为关键项
目，外圈的圆度和壁 厚差作 为重要项 目来控制 。同样 ，
３轴承 加工过程 中的关键技术 ．
合理 的设计 可以使 产 品的实 现具有 良好 的设 计基 础 ，但要完成设计要求还需要制定合理的加工工艺 ，解
形位公差与现行标 准最低级别要求差距较大 ，尺寸控 制
非常 困难 ，湍面精 度根 本不 能保证 滚子 稳定 、精确 定
位 。②滚动面加 工工艺不能保证加 工尺寸和形位精度及
决制造过程 中的工艺难题。 由于 目前 国内外对于特大型
精密机床主轴轴承的制造 ，均无任何经验可以借鉴 ，无 论是套圈还是滚子 ，在加糙度满足产 品要求。③磨斜边 为最终金 属切 削工
序 ，若 滚动面 出现 划伤 等表面 缺陷 ，由于后续 不再加
工 ，则遗 留的缺 陷对轴承使用寿命将会造成很大影响 。
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（）轴承 各零 件几 何精度 的分配 根 据高精 度特 ２
大型机床主轴轴承的成品精度 ，设计该类轴承时还应分 析各零件对成品精度的影响 ，将成品精度合理转化为对
备制造 业的基础 ，其制造技 术水平 的高低决定 了一个 国家 装备制造业 的
轴承超精基础知识
目录
• 轴承超精概述 • 轴承超精加工原理 • 轴承超精加工设备 • 轴承超精加工工艺 • 轴承超精加工实践案例 • 轴承超精加工技术挑战与解决方案
01
轴承超精概述
轴承超精定义与分类
轴承超精定义
轴承超精是一种利用磨粒切削和 研磨作用，对轴承零件进行微量 切削和光整加工的技术，以提高 轴承的精度、表面质量和性能。
轴承超精分类
根据加工方式和目的的不同，轴 承超精可分为研磨超精、抛光超 精和珩磨超精等。
轴承超精应用领域
01
02
03
汽车工业
轴承是汽车关键零部件之 一，轴承超精技术对于提 高汽车的性能和降低噪音 具有重要作用。
机械工业
各类机械装备中的轴承都 需要较高的精度和性能， 轴承超精技术可以满足这 些要求。
程，包括粗磨、半精磨、超精磨等工序。
设备选型与配置
02
选择适合的超精加工设备，如超精磨床、研磨机等，并合理配
置辅助设备和工具。
工艺参数设定
03
根据工艺流程和设备特性，设定合理的工艺参数，如磨削速度、
进给量、切削深度等。
关键工艺参数控制
磨削力控制
通过调整磨削参数和砂轮特性，控制磨削力在合适范围内，避免轴 承表面烧伤和裂纹等缺陷。
汽车变速器轴承超精加工
针对变速器高速、重载的工作环境，采用特殊的热处理工艺和表面 处理技术，提高轴承的耐磨性和疲劳寿命。
汽车转向系统轴承超精加工
转向系统轴承要求具有高精度、低摩擦和低噪音等特点，通过优化 磨削参数和采用高性能磨料，实现轴承的高精度加工。
机床主轴轴承超精加工案例
高速机床主轴轴承超精加工
根据轴承材料和表面质量要求，选择 合适的抛光轮或抛光布。
数控机床高速电主轴技术要点分析
203中国设备工程C h i n a P l a n t E n g i n e e r i ng中国设备工程 2021.05 （上）高速电主轴，即为内装式电机主轴单元，是数控机床的重要部件。
其是在机床主轴单元内部安装主轴电机，对主轴起到了驱动作用，由此促使电机和主轴成为一个整体。
要提高数控机床的运行效率，就要掌握高速电主轴技术要点，充分发挥其优势，同时，推进电主轴技术不断完善。
1 高速电主轴所具备的优点传统的数控机床上的主轴运行，在发挥电机驱动作用的过程中，主要是带动中间的变速装置和传动装置，诸如齿轮、皮带以及联轴节等，此为“机械主轴”，也被形象地称为分离式和直联式主轴。
与这种传统的主轴相比，电主轴具备的优点如下。
（1）主轴运行中，是通过内部安装的电机驱动的，不需要通过中间的变速装置和传动装置，其设计结构简单而且紧凑，能够提高运行效率而且精度很高。
在运行的过程中，不会产生很大的噪声，振动也非常小。
（2）将交流变频技术充分利用起来，在额定转速范围内，电主轴可以无级变速。
当机床运行的过程中，无论发生任何的工况，或者在负载变化的情况下，电主轴都有很好的适应性。
（3）内装电机运行中，能够控制闭环矢量，还可以按照控制命令有效调控功率，且能够灵活控制驱动装置运行速度、输出力矩等等。
电主轴可以满足各种大功率要求，诸如低速重切削大转矩的时候，或者高速精加工的时候，电主轴都能够很好地发挥作用，还可以实现准停，同时满足C 轴传动功能。
（4）电主轴可以高速运行，有良好的稳定性，动态精度较高，使数控机床切削的速度更高，加工的精密度也更高。
（5）由于电主轴的运行不需要经过中间传动环节，因此其平稳性更高，不会受到外来的冲击，主轴的轴承不需要承受很大的动负荷，精度寿命得以延长。
（6）电主轴使电机和主轴构成一个整体，形成一个单元，使电主轴可以系列化生产，形成一定的规模，而且生产更加专业化。
电主轴作为数控机床功能部件，也作为一种商品进入到市场中。
重型机床主轴用高速、高精度、超薄型轴承设计
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机床用高速主轴轴承技术1 高速主轴轴承发展情况为了适应机床主轴的高速要求，一般多使用刚性和高速性能优良的角接触球轴承，其次使用圆柱滚子轴承(见表1)。
与此同时逐步开发出与之相适应的润滑系统。
从表述主轴轴承高速性能的dmN值(dm为轴承节圆直径mm，N为转速r/min)来看，脂润滑条件下dmN值在50×104以下。
开发出油气润滑后，dmN值已达到100×104以上。
此后在轴承方面又开发出了滚动体为陶瓷的角接触球轴承，实现了dmN值为200×104。
到90年代开发出喷射润滑后，dmN值可达到300×104。
表1 主轴用滚动轴承特性比较表2 陶瓷材料(Si3N4)与轴承钢(Gcr15)性能比较1) 高速角接触球轴承从表1可以看出圆锥滚子轴承，单列、双列圆柱滚子轴承在高速性能方面均劣于角接触球轴承。
角接触轴承是具有接触角的轴承，接触角越大轴向刚度越好，但因为球与滚道之间的陀螺滑动和自旋滑动也大，因此发热也会增加。
为了提高速度性能，方法是减小球的大小(或质量)，改变沟道的曲率系数，以减小球的离心力，降低高速运转时产生的内部载荷，同时增加球的数量以提高刚性。
2) 陶瓷球角接触球轴承为了减少球质量以提高速度，推出了仅滚动体系用氮化硅(Si3N4)陶瓷的混合型陶瓷球轴承，其性能比较见表2。
作为高速主轴轴承材料，陶瓷(Si3N4)有以下优点：·重量轻。
由于密度比轴承钢小，高速旋转时滚动体产生的离心力小，旋转力矩可以减小，因此可以降低温升，提高寿命。
·良好的导热性使陶瓷材料的滚动体在高速运转时不易与金属产生粘着。
在润滑条件较好的情况下耐烧伤。
·热膨胀小。
滚动体与内圈接触时不易发生预紧力增加而导致游隙减小，出现烧伤。
·由于硬度高、刚性好，轴承的变形小，主轴的刚性也得到提高。
因此，综上所述，采用陶瓷材料(Si3N4)作为滚动体，与轴承钢滚动体相比速度可提高约25%～35%，寿命可提高约3倍。
3) 新型混合角接触球轴承在高速旋转时，内圈由于离心力而产生膨胀，与滚动体接触应力变大，使内部预载荷增加、游隙变小、发热增加。
针对此问题，最近开发出内圈为不锈钢的新型混合陶瓷球轴承。
由于不锈钢的线膨胀系数比轴承钢小20%，因而能进一步控制轴承在高速旋转时因内圈膨胀而造成的预载荷增加。
在润滑条件充分，固定预载荷下dmN 值可提高1.2倍。
4) 内圈为陶瓷的混合角接触球轴承近来有资料介绍，在定位预载紧的情况下，内圈也使用陶瓷材料的混合型角接触球轴承。
因为内圈也使用陶瓷材料，轴承内径或滚道离心膨胀小，预紧的增加也较小，加之刚性好，球和滚道的接触面积小，所以发热和膨胀也较小，可以比仅球为陶瓷的轴承达到更高转速。
但是，正是由于高速旋转时离心和膨胀小，它与金属制主轴之间的配合应力如果过大就可能产生破坏甚至碎裂。
3 高速化主轴轴承的润滑主轴轴承的高速化发展趋势对润滑提出了更高的要求。
传统dmN值在50×104以下的脂润滑，由于使用简单、经济而得到广泛应用，而且无需特别维护，也无需后续补充，大多数为终身润滑。
随转速提高，dmN值达100×104以上时采用油气和油雾润滑，与脂润滑相比，温度上升小，能够以更高速度旋转，因而成为主要的润滑方法。
而喷射润滑虽然dmN值可达到250×104，但需要大量润滑油，因搅拌阻力使动力损失较大，而且需要较复杂的附属设备，成本较高，所以一般不使用这种润滑方式。
从第18届东京(1996年)和第19届大阪(1998年)国际机床博览会展出的机床看，采用陶瓷滚动体、油气和油雾润滑方式大功率电主轴的数控机床和加工中心已占整个参展机床的85%左右。
4 结束语对于高效加工机床，提高主轴轴承的速度是实现高速实用主轴的关键。
随着高速化的发展，滚动体采用陶瓷材料，dmN值在200×104左右，脂润滑条件下dmN值100×104左右的数控加工中心正在日益增加，已成为一种发展趋势，采用油气和油雾润滑方式也将成为今后高速机床主轴轴承润滑的发展方向。
高性能机床主轴概述机床主轴是机床的核心部件，其功能是带动刀具（砂轮）或工件旋转，实现高速精密加工。
随着现代工业对机床加工精度和加工效率要求的不断提高，机床对主轴性能的要求也越来越高，传统的高速主轴概念已难以充分描述机床主轴的技术内涵。
高性能机床主轴是指在满足加工精度和加工效率的前提下，速度、精度、刚度、功率、转矩匹配特性好，可靠性高，性能价格比高的机床主轴。
机床主轴按所采用的轴承类型可分为滚动轴承（角接触球轴承、滚子轴承）、液体滑动轴承（动压轴承、静压轴承、动静压轴承）、气体轴承和磁悬浮轴承等，按照与电动机的连接方式可分为机械主轴和电主轴。
电主轴是将机床主轴功能与电动机功能从结构上融为一体的新型主轴部件，它省去了皮带传动或齿轮传动环节，具有速度高、精度高、调速范围宽、振动噪声小、可快速起动和准停等优点。
用电主轴取代传统机械主轴是机床工业发展的大趋势。
电主轴按照电动机的类型又可分为异步型电主轴和永磁同步型电主轴。
从机床行业的客观需求来看，角接触球轴承电主轴、液体（动）静压轴承电主轴和气体轴承电主轴既是市场开发的重点，也是学术研究的热点。
角接触球轴承是最适宜高速化的滚动轴承，具有摩擦阻力小、功耗小、成本低、便于系列化和标准化等优点，其极限转速高、精度高、刚度高，在加工中心、数控铣床、车床、内圆磨床和高速雕铣机中获得了广泛应用，其主要技术难点在于提高精度寿命和可靠性。
液体（动）静压主轴以液态“油膜”作为支撑，具有显着的“误差均化效应”和阻尼减振性，回转精度远高于滚动轴承式主轴，其刚度高，磨损小，寿命长，在精密超精密机床上获得了广泛应用，其主要技术难点在于控制高速时主轴的温升和热变形。
气体轴承电主轴以“气膜”作为支撑，回转精度和极限转速高于液体（动）静压电主轴和滚动轴承式电主轴，其热稳定性好，是超精密机床和印刷电路板（PCD）钻床不可或缺的核心部件，其不足之处在于承载能力低，工艺要求高。
磁悬浮轴承也是一类重要的主轴支撑方式，极限转速高，运转过程中无磨损，其技术难点在于如何提高动刚度和阻尼减振性能，在实现高速的同时保证高加工精度。
磁悬浮主轴的核心研究内容是机械系统特性和电磁特性的控制问题。
高性能机床主轴的技术现状1.角接触球轴承电主轴领域国内现有水平：在加工中心和数控铣床电主轴方面，洛阳轴承研究所开发了油气润滑型加工中心电主轴，额定功率和最高转速达22kW、24000r/min；湖南大学研制的永磁同步型加工中心电主轴，额定功率35kW，最高转速18000r/min，径向圆跳动1.5μm，动平衡精度G0.4，配备HSK－A63刀柄，采用油气润滑和强制水冷方式。
沈阳建筑大学开发高速大功率陶瓷球轴承电主轴单元最高转速达到30000r/min，功率达20kW；研制开发的无内圈式全陶瓷电主轴单元最高转速达到30000r/min，最大功率达到15kW，回转精度≤±1μm。
在磨用电主轴方面，洛阳轴承研究所主轴产品Dmn值达到170～200万mm·r/min；轴承套圈磨用电主轴最大功率为达32kW（S6～60%），最高转速为120000r/min；高铁轨道板磨用电主轴达150kW（S1～100%），最高转速2000r/min；工作寿命普遍在1500～2000h。
国际先进技术水平：在加工中心和数控铣床电主轴方面，国际上油脂润滑型加工中心用电主轴最高转速为60000r/min，油气润滑型数控铣最高转速为140000r/min，而大功率电主轴的功率可达80kW，转速为10000r/min，其最大转矩可达380N·m。
在磨用电主轴方面，国际主轴产品的轴承Dmn值高达240万mm·r/min，选用油气润滑方式，输出功率普遍比上一代产品增加50%左右，其工作寿命亦普遍增长50%左右。
国家数控机床重大专项技术目标：①额定功率和最高转速为50kW、20000r/min（另两款为30kW、30000r/min和10kW、40000r/min）。
②具有轴承动态预紧调整功能。
③平均无故障运行时间≥5000h。
④主轴回转精度＜1.0μm。
⑤轴系统刚度≥300N·μm。
⑥动平衡精度G0.4级。
⑦恒功率>14。
⑧转速波动范围0.04%以下。
⑨C轴位置控制精度10″。
⑩高分辨率编码器接口最大可支持17位编码器（131072脉冲/r）。
11.具有两种现场总线接口。
2.液体（动）静压轴承电主轴领域国内现有水平：上海原创精密机床主轴有限公司研制的液体（动）静压电主轴，额定功率和最高转速达到34kW、8500r/min，径向跳动1μm。
东方精益公司生产的液体（动）静压电主轴，额定功率/最高转速达到17kW、8000r/min，径向跳动1μm，径向刚度>500N·μm。
湖南大学针对超高速外圆/凸轮轴磨床开发了电动机内置式液体（动）静压电主轴，额定功率和最高转速达35kW、10000r/min，径向圆跳动1μm；同时还针对高速内圆磨床，开发了12kW、30000r/min电动机内装式液体动静压电主轴。
北京航空航天大学下属的北京北航精密有限公司开发了系列（动）静压主轴产品，额定功率和最高转速达到7.5kW、48000r/min，回转精度能达到0.5μm以内。
在内圆磨（动）静压主轴方面，国内已生产转速达20000r/min，主轴直径28mm的主轴产品。
目前国内液体（动）静压主轴的回转精度最高能达到0.1μm。
国际先进水平：德国HYPOSTATIK公司开发的外圆磨电主轴，最高工作转速为7600r/min，功率为50kW，砂轮径向刚度>320N·μm；凸轮磨凹面磨削主轴，转速25000/35000r/min，砂轮径向刚度为120/60N·μm；铣削静压电主轴，最高工作转速为42000r/min，功率为15kW，轴承刚度为200/160N·μm。
英国CranfieldPrecision公司开发的液体静压主轴最高转速为15000r/min，供油压力为3.5MPa，径向/轴向刚度为200/440N·μm，回转精度达0.1μm。
双列圆柱滚子轴承分两种形式：⑪NN0000型双列圆柱滚子轴承该类轴承结构紧凑，承受载荷时变形较小，因此特别适用于机床主轴的支承。
因其外圈无挡边，因此可以分别安装外圈和内圈组件(带滚子和保持架)，不限制轴或外壳的轴向位移，与径向尺寸相同的单列圆柱滚子轴承相比，能承受更大的径向载荷。
⑫NN0000K型圆锥孔双列圆柱滚子轴承该种轴承结构紧凑，承受载荷时变形较小，因此适用于机床主轴的支承。