潤滑及清潔度對(duì)滾動(dòng)軸承壽命的影響程度
2024-12-23
邢琿琿1 文婧1 牛麗麗1 張鴻翔2
(1.洛陽LYC軸承有限公司技術(shù)中心，河南 洛陽 471039；2.洛陽LYC軸承有限公司熱處理廠，河南洛陽 471039）
摘 要：本文旨在研究潤滑及清潔度對(duì)滾動(dòng)軸承壽命的影響程度。其方法是：通過對(duì)國內(nèi)外已有的研究結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì)，使用控制變量法，進(jìn)行潤滑及清潔度對(duì)軸承壽命的影響分析。得出的結(jié)果是：在軸承類型、材料、尺寸、工作條件等其他因素保持一致的情況下，軸承壽命與潤滑劑粘度、軸承清潔度成正比，軸承壽命修正系數(shù)與粘度系數(shù)緊密相關(guān)。從而得出結(jié)論是：保證滾動(dòng)軸承潤滑劑粘度及其清潔度，可以有效的延長滾動(dòng)軸承的使用壽命。本文通過對(duì)滾動(dòng)軸承新的壽命計(jì)算方法，通過在不同工作條件下潤滑、清潔度等影響軸承壽命的計(jì)算對(duì)比，揭示潤滑、清潔度對(duì)軸承壽命影響的程度，從而證明合理潤滑與密封設(shè)計(jì)的重要性。
關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承；潤滑；清潔度
0 引言
隨著產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高，以及軸承的設(shè)計(jì)、應(yīng)用等技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及各企業(yè)單位、個(gè)人對(duì)軸承應(yīng)用性能和使用壽命的個(gè)性化要求逐漸提高，滾動(dòng)軸承的使用壽命對(duì)機(jī)械設(shè)備的影響日益顯現(xiàn)。在滾動(dòng)軸承使用壽命產(chǎn)生影響的因素中，潤滑和清潔度為兩大主要原因。本文通過潤滑與清潔度對(duì)滾動(dòng)軸承壽命的影響程度進(jìn)行分析討論，并用實(shí)例計(jì)算加以說明。
1 潤滑對(duì)滾動(dòng)軸承疲勞壽命的影響
提高系統(tǒng)的整體效率。滾動(dòng)軸承利用滾動(dòng)接觸的集中來承載負(fù)荷，提高局部的壓力和應(yīng)力，因此需要很好的潤滑和接觸表面，來避免進(jìn)一步的應(yīng)力集中。所以潤滑好壞直接影響滾動(dòng)軸承的使用壽命，但是當(dāng)軸承處于邊界潤滑的狀態(tài)時(shí)，繼續(xù)延長使用時(shí)間，則會(huì)產(chǎn)生金屬間的直接接觸，在無潤滑劑的情況下，金屬間的相互摩擦?xí)s短軸承的使用壽命，對(duì)軸承的損害極大。反之，潤滑劑充足時(shí)，金屬間被潤滑劑完全隔開，就會(huì)減少金屬間的相互摩擦，進(jìn)而延長軸承使用壽命。1967年美國學(xué)者Taillian對(duì)球軸承、1970年Skurka對(duì)滾子軸承進(jìn)行了一系列的研究，初步揭示了不同潤滑條件下軸承壽命與潤滑油膜厚比的關(guān)系，進(jìn)而確定了隨著膜厚比的增加，滾動(dòng)軸承使用壽命可以成倍的增加。滾動(dòng)軸承的主要失效形式是疲勞點(diǎn)蝕[1]。
提高滾動(dòng)軸承的接觸疲勞壽命一直是國內(nèi)外學(xué)者的重點(diǎn)研究對(duì)象。然而除了軸承的材料和結(jié)構(gòu)對(duì)疲勞點(diǎn)蝕的影響，潤滑劑性能也對(duì)其有著極大的影響作用。但是在潤滑劑中，對(duì)不同類型的添加劑、以及潤滑劑性能對(duì)接觸疲勞點(diǎn)蝕的相關(guān)研究最少。有研究人員利用四球機(jī)摩擦試驗(yàn)機(jī)改裝而成的接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)，對(duì)部分添加劑對(duì)接觸疲勞的影響進(jìn)行了初步研究。由于國內(nèi)外有關(guān)學(xué)者在試驗(yàn)方法，試驗(yàn)形式上各有不同，研究的添加劑種類也是多種多樣，對(duì)其相關(guān)的作用機(jī)理也千差萬別，最后取得的結(jié)論也不盡相同，因此，至今未能得到一致的結(jié)果[2]。
2 潤滑劑清潔度對(duì)軸承壽命的影響
污染物、灰塵、磨損產(chǎn)生的碎屑、氧化鋁及二氧化硅等微小粒子吸附在沒有特殊防護(hù)的軸承潤滑表面，就會(huì)形成類似磨料式的摩擦，進(jìn)而造成軸承滾動(dòng)體與滾道之間的接觸部位產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，這些磨損大大降低了其使用壽命。主要粉塵污染源有三種，其中之一就是使用的潤滑劑沒有達(dá)到相關(guān)要求，過濾精度不夠，機(jī)械顆粒超標(biāo)。如今在我國，定量研究污染程度對(duì)軸承疲勞壽命影響已經(jīng)有一定的成果[3]。在國外，相關(guān)研究開展已久并已取得了豐碩成果。1981年，倫敦帝國大學(xué)的Bhachu等人對(duì)滾子軸承、1978～1982年美國國家宇航局劉易斯研究中心的Loewenthal等人對(duì)球軸承，都對(duì)在使用不同精度過濾的潤滑劑時(shí)，軸承的壽命變化程度進(jìn)行了一定的分析，進(jìn)而提出了以潤滑劑的過濾效果來計(jì)算軸承壽命的方法。最后得出潤滑劑保證良好的過濾效果，可以有效的提升軸承的壽命。
在相同的使用條件下，軸承的振動(dòng)和噪聲水平越低，其疲勞壽命越長，軸承檢驗(yàn)的重要指標(biāo)之一就是振動(dòng)和噪聲[4]。在軸承振動(dòng)測量儀上，進(jìn)行軸承轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行試驗(yàn)，揚(yáng)聲器會(huì)發(fā)出間斷的咔噠聲，在示波器上的振動(dòng)脈沖呈現(xiàn)波動(dòng)式，造成這種情況的主要原因就是灰塵等微小粒子隨潤滑劑進(jìn)入滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)接觸區(qū)域，從而引發(fā)振動(dòng)脈沖，發(fā)出異常聲。所以通過對(duì)該問題進(jìn)行的大量研究和試驗(yàn)，過濾不精的潤滑劑帶入的微小粒子是引發(fā)軸承異音的主要原因。
3 綜合考慮潤滑及清潔度影響壽命方法
傳統(tǒng)的壽命計(jì)算方法是由蘭德貝格和帕姆格林提出并被ISO組織采納的L-P的方程,就是根據(jù)在軸承壽命試驗(yàn)中得到的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而觀察軸承超長壽命現(xiàn)象，總結(jié)出的一套全新的軸承壽命計(jì)算方程式：
式中：α1是可靠性系數(shù)。在可靠性為90%、95%、96%、97%、98%、99%時(shí)，其值分別為1、0.62、0.53、0.44、0.33、0.21.α23是反映潤滑條件對(duì)滾動(dòng)軸承壽命影響的綜合壽命修正系數(shù)。這是根據(jù)潤滑劑粘系數(shù)K=V/V1來查取。1989年SKF工程研究中心對(duì)此方程式進(jìn)行修正，引入SKF綜合壽命系數(shù)αSKF提出新的修正壽命計(jì)算方程，即：
并公布了SKF樣本中各類軸承的αSKF取值方法，即αSKF由K及(P1/P)來查取。
以SKF公司的深溝球軸承6210為研究對(duì)象。額定動(dòng)載荷C=35.1kN，轉(zhuǎn)速為n=4000r/min，可靠度為90%(即α=1)。
通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，以及上述公式計(jì)算，在軸承類型、材料、尺寸、工作條件等其他因素保持一致的情況下，軸承壽命系數(shù)與潤滑劑的粘度、清潔度系數(shù)成正比，軸承修正額定壽命通過壽命修正系數(shù)與粘度系數(shù)緊密相關(guān)[5]。當(dāng)軸承處于全膜彈流潤滑時(shí)，潤滑劑充足，金屬間被潤滑劑完全隔開，所以不會(huì)造成金屬間的直接摩擦，幾乎沒有磨損，進(jìn)而使軸承使用壽命延長。同時(shí)保持軸承的清潔度越高，以及軸承各金屬件所吸附的微粒越少，對(duì)軸承造成的磨損越低，可以更好的延長軸承的使用壽命。所以可見良好的潤滑和較高的清潔度可以使軸承的使用壽命提高很多，對(duì)潤滑劑的使用以及過濾要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，嚴(yán)格控制過濾的精度，使灰塵、污染物等微粒不會(huì)隨著潤滑劑進(jìn)入軸承。保持良好的清潔度，及時(shí)的對(duì)軸承部位污染物進(jìn)行清理，減低軸承部位金屬的磨損度，從而延長使用壽命。
4 結(jié)語
隨著軸承材料制造技術(shù)越來越成熟，以及加工工藝水平越來越高，傳統(tǒng)的ISO281:2007提出的基本額定壽命計(jì)算方法逐漸被取代，傳統(tǒng)對(duì)軸承壽命的計(jì)算方式不能適合時(shí)代發(fā)展。考慮到軸承的使用壽命與其工作條件緊密相關(guān)，潤滑劑的粘度、清潔度等因素的變化都會(huì)對(duì)軸承壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響，所以在潤滑劑潤滑不到位、潤滑劑粘度不足時(shí)，軸承與其他金屬間缺乏潤滑膜的保護(hù)而造成直接摩擦，從而加速軸承的老化，導(dǎo)致使用壽命降低。對(duì)于一些有特殊要求的裝置，例如風(fēng)電齒輪箱、以及核電齒輪箱、高速機(jī)車上的傳動(dòng)系統(tǒng)等，當(dāng)運(yùn)行狀況變差時(shí)，軸承壽命則會(huì)受到極大程度的降低。因此，對(duì)一些有著特殊要求的裝置、運(yùn)行環(huán)境比較惡劣的裝置中，更要加強(qiáng)對(duì)潤滑劑的過濾精度的控制，從而防止微粒隨潤滑劑進(jìn)入到裝置的軸承中。
【參考文獻(xiàn)】
[1]李興林，張仰平，曹茂來，等.滾動(dòng)軸承壽命及可靠性試驗(yàn)監(jiān)測診斷技術(shù)實(shí)踐[J].設(shè)備管理與維修，2014，12(S1):47-50.
[2]朱亮亮，林素敏，吉曉民.滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算方法發(fā)展的研究與分析[J].哈爾濱軸承，2014，09(03):3-6.
[3]廖映華，張良棟，李志榮，等.基于動(dòng)力學(xué)的行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的軸承磨損壽命預(yù)測[J].機(jī)械傳動(dòng)，2013，09(10):41-45.
[4]官萃.滾動(dòng)軸承清潔度——環(huán)保新方法[J].中國醫(yī)療器械信息，2013，06(08):14-19.
[5]朱亮亮，林素敏，呂秋碩，等.滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算方法的優(yōu)化[J].機(jī)械，2015，03(02):20-24.
來源：《化工管理》2015
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