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潤滑及清潔度對滾動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滾動軸承壽命的影響程度。其方法是：通過對國內外已有的研究結果進行統計，并對實驗數據進行分析比對，使用控制變量法，進行潤滑及清潔度對軸承壽命的影響分析。得出的結果是：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，軸承壽命修正系數與粘度系數緊密相關。從而得出結論是：保證滾動軸承潤滑劑粘度及其清潔度，可以有效的延長滾動軸承的使用壽命。本文通過對滾動軸承新的壽命計算方法，通過在不同工作條件下潤滑、清潔度等影響軸承壽命的計算對比，揭示潤滑、清潔度對軸承壽命影響的程度，從而證明合理潤滑與密封設計的重要性。
關鍵詞：滾動軸承；潤滑；清潔度
0 引言
隨著產品質量的不斷提高，以及軸承的設計、應用等技術的不斷進步，以及各企業單位、個人對軸承應用性能和使用壽命的個性化要求逐漸提高，滾動軸承的使用壽命對機械設備的影響日益顯現。在滾動軸承使用壽命產生影響的因素中，潤滑和清潔度為兩大主要原因。本文通過潤滑與清潔度對滾動軸承壽命的影響程度進行分析討論，并用實例計算加以說明。
1 潤滑對滾動軸承疲勞壽命的影響
提高系統的整體效率。滾動軸承利用滾動接觸的集中來承載負荷，提高局部的壓力和應力，因此需要很好的潤滑和接觸表面，來避免進一步的應力集中。所以潤滑好壞直接影響滾動軸承的使用壽命，但是當軸承處于邊界潤滑的狀態時，繼續延長使用時間，則會產生金屬間的直接接觸，在無潤滑劑的情況下，金屬間的相互摩擦會縮短軸承的使用壽命，對軸承的損害極大。反之，潤滑劑充足時，金屬間被潤滑劑完全隔開，就會減少金屬間的相互摩擦，進而延長軸承使用壽命。1967年美國學者Taillian對球軸承、1970年Skurka對滾子軸承進行了一系列的研究，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系，進而確定了隨著膜厚比的增加，滾動軸承使用壽命可以成倍的增加。滾動軸承的主要失效形式是疲勞點蝕[1]。
提高滾動軸承的接觸疲勞壽命一直是國內外學者的重點研究對象。然而除了軸承的材料和結構對疲勞點蝕的影響，潤滑劑性能也對其有著極大的影響作用。但是在潤滑劑中，對不同類型的添加劑、以及潤滑劑性能對接觸疲勞點蝕的相關研究最少。有研究人員利用四球機摩擦試驗機改裝而成的接觸疲勞試驗機，對部分添加劑對接觸疲勞的影響進行了初步研究。由于國內外有關學者在試驗方法，試驗形式上各有不同，研究的添加劑種類也是多種多樣，對其相關的作用機理也千差萬別，最后取得的結論也不盡相同，因此，至今未能得到一致的結果[2]。
2 潤滑劑清潔度對軸承壽命的影響
污染物、灰塵、磨損產生的碎屑、氧化鋁及二氧化硅等微小粒子吸附在沒有特殊防護的軸承潤滑表面，就會形成類似磨料式的摩擦，進而造成軸承滾動體與滾道之間的接觸部位產生嚴重的磨損，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到相關要求，過濾精度不夠，機械顆粒超標。如今在我國，定量研究污染程度對軸承疲勞壽命影響已經有一定的成果[3]。在國外，相關研究開展已久并已取得了豐碩成果。1981年，倫敦帝國大學的Bhachu等人對滾子軸承、1978～1982年美國國家宇航局劉易斯研究中心的Loewenthal等人對球軸承，都對在使用不同精度過濾的潤滑劑時，軸承的壽命變化程度進行了一定的分析，進而提出了以潤滑劑的過濾效果來計算軸承壽命的方法。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，軸承的振動和噪聲水平越低，其疲勞壽命越長，軸承檢驗的重要指標之一就是振動和噪聲[4]。在軸承振動測量儀上，進行軸承轉動運行試驗，揚聲器會發出間斷的咔噠聲，在示波器上的振動脈沖呈現波動式，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入滾動軸承的滾動接觸區域，從而引發振動脈沖，發出異常聲。所以通過對該問題進行的大量研究和試驗，過濾不精的潤滑劑帶入的微小粒子是引發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
傳統的壽命計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,就是根據在軸承壽命試驗中得到的相關數據，進而觀察軸承超長壽命現象，總結出的一套全新的軸承壽命計算方程式：
式中：α1是可靠性系數。在可靠性為90%、95%、96%、97%、98%、99%時，其值分別為1、0.62、0.53、0.44、0.33、0.21.α23是反映潤滑條件對滾動軸承壽命影響的綜合壽命修正系數。這是根據潤滑劑粘系數K=V/V1來查取。1989年SKF工程研究中心對此方程式進行修正，引入SKF綜合壽命系數αSKF提出新的修正壽命計算方程，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為研究對象。額定動載荷C=35.1kN，轉速為n=4000r/min，可靠度為90%(即α=1)。
通過實驗對比，以及上述公式計算，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，軸承壽命系數與潤滑劑的粘度、清潔度系數成正比，軸承修正額定壽命通過壽命修正系數與粘度系數緊密相關[5]。當軸承處于全膜彈流潤滑時，潤滑劑充足，金屬間被潤滑劑完全隔開，所以不會造成金屬間的直接摩擦，幾乎沒有磨損，進而使軸承使用壽命延長。同時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，對潤滑劑的使用以及過濾要嚴格按照相關標準執行，嚴格控制過濾的精度，使灰塵、污染物等微粒不會隨著潤滑劑進入軸承。保持良好的清潔度，及時的對軸承部位污染物進行清理，減低軸承部位金屬的磨損度，從而延長使用壽命。
4 結語
隨著軸承材料制造技術越來越成熟，以及加工工藝水平越來越高，傳統的ISO281:2007提出的基本額定壽命計算方法逐漸被取代，傳統對軸承壽命的計算方式不能適合時代發展。考慮到軸承的使用壽命與其工作條件緊密相關，潤滑劑的粘度、清潔度等因素的變化都會對軸承壽命產生嚴重影響，所以在潤滑劑潤滑不到位、潤滑劑粘度不足時，軸承與其他金屬間缺乏潤滑膜的保護而造成直接摩擦，從而加速軸承的老化，導致使用壽命降低。對于一些有特殊要求的裝置，例如風電齒輪箱、以及核電齒輪箱、高速機車上的傳動系統等，當運行狀況變差時，軸承壽命則會受到極大程度的降低。因此，對一些有著特殊要求的裝置、運行環境比較惡劣的裝置中，更要加強對潤滑劑的過濾精度的控制，從而防止微粒隨潤滑劑進入到裝置的軸承中。
【參考文獻】
[1]李興林，張仰平，曹茂來，等.滾動軸承壽命及可靠性試驗監測診斷技術實踐[J].設備管理與維修，2014，12(S1):47-50.
[2]朱亮亮，林素敏，吉曉民.滾動軸承壽命計算方法發展的研究與分析[J].哈爾濱軸承，2014，09(03):3-6.
[3]廖映華，張良棟，李志榮，等.基于動力學的行星齒輪傳動系統的軸承磨損壽命預測[J].機械傳動，2013，09(10):41-45.
[4]官萃.滾動軸承清潔度——環保新方法[J].中國醫療器械信息，2013，06(08):14-19.
[5]朱亮亮，林素敏，呂秋碩，等.滾動軸承壽命計算方法的優化[J].機械，2015，03(02):20-24.
來源：《化工管理》2015
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