潤(rùn)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(yáng)LYC軸承有限公司技術(shù)中心，河南 洛陽(yáng) 471039；2.洛陽(yáng)LYC軸承有限公司熱處理廠，河南洛陽(yáng) 471039）
摘 要：本文旨在研究潤(rùn)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(guò)對(duì)國(guó)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(rùn)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(rùn)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(rùn)滑劑粘度及其清潔度，可以有效的延長(zhǎng)滾動(dòng)軸承的使用壽命。本文通過(guò)對(duì)滾動(dòng)軸承新的壽命計(jì)算方法，通過(guò)在不同工作條件下潤(rùn)滑、清潔度等影響軸承壽命的計(jì)算對(duì)比，揭示潤(rùn)滑、清潔度對(duì)軸承壽命影響的程度，從而證明合理潤(rùn)滑與密封設(shè)計(jì)的重要性。
關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承；潤(rùn)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(rùn)滑和清潔度為兩大主要原因。本文通過(guò)潤(rùn)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(shuō)明。
1 潤(rùn)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(lái)承載負(fù)荷，提高局部的壓力和應(yīng)力，因此需要很好的潤(rùn)滑和接觸表面，來(lái)避免進(jìn)一步的應(yīng)力集中。所以潤(rùn)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(rùn)滑的狀態(tài)時(shí)，繼續(xù)延長(zhǎng)使用時(shí)間，則會(huì)產(chǎn)生金屬間的直接接觸，在無(wú)潤(rùn)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(rùn)滑劑充足時(shí)，金屬間被潤(rùn)滑劑完全隔開(kāi)，就會(huì)減少金屬間的相互摩擦，進(jìn)而延長(zhǎng)軸承使用壽命。1967年美國(guó)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(rùn)滑條件下軸承壽命與潤(rùn)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(guó)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(rùn)滑劑性能也對(duì)其有著極大的影響作用。但是在潤(rùn)滑劑中，對(duì)不同類型的添加劑、以及潤(rùn)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(guó)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(wàn)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(rùn)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(méi)有特殊防護(hù)的軸承潤(rùn)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(rùn)滑劑沒(méi)有達(dá)到相關(guān)要求，過(guò)濾精度不夠，機(jī)械顆粒超標(biāo)。如今在我國(guó)，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(guó)外，相關(guān)研究開(kāi)展已久并已取得了豐碩成果。1981年，倫敦帝國(guó)大學(xué)的Bhachu等人對(duì)滾子軸承、1978～1982年美國(guó)國(guó)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(guò)濾的潤(rùn)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(rùn)滑劑的過(guò)濾效果來(lái)計(jì)算軸承壽命的方法。最后得出潤(rùn)滑劑保證良好的過(guò)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(zhǎng)，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(cè)量?jī)x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(rùn)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(guò)對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行的大量研究和試驗(yàn)，過(guò)濾不精的潤(rùn)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(rùn)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(zhǎng)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(rùn)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(rùn)滑劑粘系數(shù)K=V/V1來(lái)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(lái)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(guò)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(rùn)滑劑的粘度、清潔度系數(shù)成正比，軸承修正額定壽命通過(guò)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(rùn)滑時(shí)，潤(rùn)滑劑充足，金屬間被潤(rùn)滑劑完全隔開(kāi)，所以不會(huì)造成金屬間的直接摩擦，幾乎沒(méi)有磨損，進(jìn)而使軸承使用壽命延長(zhǎng)。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(zhǎng)軸承的使用壽命。所以可見(jiàn)良好的潤(rùn)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(rùn)滑劑的使用以及過(guò)濾要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，嚴(yán)格控制過(guò)濾的精度，使灰塵、污染物等微粒不會(huì)隨著潤(rùn)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(zhǎng)使用壽命。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著軸承材料制造技術(shù)越來(lái)越成熟，以及加工工藝水平越來(lái)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(rùn)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(rùn)滑劑潤(rùn)滑不到位、潤(rùn)滑劑粘度不足時(shí)，軸承與其他金屬間缺乏潤(rùn)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(chē)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(rùn)滑劑的過(guò)濾精度的控制，從而防止微粒隨潤(rùn)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(lái)，等.滾動(dòng)軸承壽命及可靠性試驗(yàn)監(jiān)測(cè)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.
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來(lái)源：《化工管理》2015
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