0 引言
随着产品质量的不断提高, 以及轴承的设计、应用等技术的不断进步, 以及各企业单位、个人对轴承应用性能和使用寿命的个性化要求逐渐提高, 滚动轴承的使用寿命对机械设备的影响日益显现。在滚动轴承使用寿命产生影响的因素中, 润滑和清洁度为两大主要原因。本文通过润滑与清洁度对滚动轴承寿命的影响程度进行分析讨论, 并用实例计算加以说明。
1 润滑对滚动轴承疲劳寿命的影响
提高系统的整体效率。滚动轴承利用滚动接触的集中来承载负荷, 提高局部的压力和应力, 因此需要很好的润滑和接触表面, 来避免进一步的应力集中。所以润滑好坏直接影响滚动轴承的使用寿命, 但是当轴承处于边界润滑的状态时, 继续延长使用时间, 则会产生金属间的直接接触, 在无润滑剂的情况下, 金属间的相互摩擦会缩短轴承的使用寿命, 对轴承的损害极大。反之, 润滑剂充足时, 金属间被润滑剂完全隔开, 就会减少金属间的相互摩擦, 进而延长轴承使用寿命。1967年美国学者Taillian对球轴承、1970年Skurka对滚子轴承进行了一系列的研究, 初步揭示了不同润滑条件下轴承寿命与润滑油膜厚比的关系, 进而确定了随着膜厚比的增加, 滚动轴承使用寿命可以成倍的增加。滚动轴承的主要失效形式是疲劳点蚀[1]。
提高滚动轴承的接触疲劳寿命一直是国内外学者的重点研究对象。然而除了轴承的材料和结构对疲劳点蚀的影响, 润滑剂性能也对其有着极大的影响作用。但是在润滑剂中, 对不同类型的添加剂、以及润滑剂性能对接触疲劳点蚀的相关研究最少。有研究人员利用四球机摩擦试验机改装而成的接触疲劳试验机, 对部分添加剂对接触疲劳的影响进行了初步研究。由于国内外有关学者在试验方法, 试验形式上各有不同, 研究的添加剂种类也是多种多样, 对其相关的作用机理也千差万别, 最后取得的结论也不尽相同, 因此, 至今未能得到一致的结果[2]。
2 润滑剂清洁度对轴承寿命的影响
污染物、灰尘、磨损产生的碎屑、氧化铝及二氧化硅等微小粒子吸附在没有特殊防护的轴承润滑表面, 就会形成类似磨料式的摩擦, 进而造成轴承滚动体与滚道之间的接触部位产生严重的磨损, 这些磨损大大降低了其使用寿命。主要粉尘污染源有三种, 其中之一就是使用的润滑剂没有达到相关要求, 过滤精度不够, 机械颗粒超标。如今在我国, 定量研究污染程度对轴承疲劳寿命影响已经有一定的成果[3]。在国外, 相关研究开展已久并已取得了丰硕成果。1981年, 伦敦帝国大学的Bhachu等人对滚子轴承、1978~1982年美国国家宇航局刘易斯研究中心的Loewenthal等人对球轴承, 都对在使用不同精度过滤的润滑剂时, 轴承的寿命变化程度进行了一定的分析, 进而提出了以润滑剂的过滤效果来计算轴承寿命的方法。最后得出润滑剂保证良好的过滤效果, 可以有效的提升轴承的寿命。
在相同的使用条件下, 轴承的振动和噪声水平越低, 其疲劳寿命越长, 轴承检验的重要指标之一就是振动和噪声[4]。在轴承振动测量仪上, 进行轴承转动运行试验, 扬声器会发出间断的咔哒声, 在示波器上的振动脉冲呈现波动式, 造成这种情况的主要原因就是灰尘等微小粒子随润滑剂进入滚动轴承的滚动接触区域, 从而引发振动脉冲, 发出异常声。所以通过对该问题进行的大量研究和试验, 过滤不精的润滑剂带入的微小粒子是引发轴承异音的主要原因。
3 综合考虑润滑及清洁度影响寿命方法
传统的寿命计算方法是由兰德贝格和帕姆格林提出并被ISO组织采纳的L-P的方程, 就是根据在轴承寿命试验中得到的相关数据, 进而观察轴承超长寿命现象, 总结出的一套全新的轴承寿命计算方程式:
式中:α1是可靠性系数。在可靠性为90%、95%、96%、97%、98%、99%时, 其值分别为1、0.62、0.53、0.44、0.33、0.21.α23是反映润滑条件对滚动轴承寿命影响的综合寿命修正系数。这是根据润滑剂粘系数K=V/V1来查取。
1989年SKF工程研究中心对此方程式进行修正, 引入SKF综合寿命系数αSKF提出新的修正寿命计算方程, 即:
并公布了SKF样本中各类轴承的αSKF取值方法, 即αSKF由K及 (P1/P) 来查取。
以SKF公司的深沟球轴承6210为研究对象。额定动载荷C=35.1k N, 转速为n=4000r/min, 可靠度为90% (即α=1) .
通过实验对比, 以及上述公式计算, 在轴承类型、材料、尺寸、工作条件等其他因素保持一致的情况下, 轴承寿命系数与润滑剂的粘度、清洁度系数成正比, 轴承修正额定寿命通过寿命修正系数与粘度系数紧密相关[5]。当轴承处于全膜弹流润滑时, 润滑剂充足, 金属间被润滑剂完全隔开, 所以不会造成金属间的直接摩擦, 几乎没有磨损, 进而使轴承使用寿命延长。同时保持轴承的清洁度越高, 以及轴承各金属件所吸附的微粒越少, 对轴承造成的磨损越低, 可以更好的延长轴承的使用寿命。所以可见良好的润滑和较高的清洁度可以使轴承的使用寿命提高很多, 对润滑剂的使用以及过滤要严格按照相关标准执行, 严格控制过滤的精度, 使灰尘、污染物等微粒不会随着润滑剂进入轴承。保持良好的清洁度, 及时的对轴承部位污染物进行清理, 减低轴承部位金属的磨损度, 从而延长使用寿命。
4 结语
随着轴承材料制造技术越来越成熟, 以及加工工艺水平越来越高, 传统的ISO281:2007提出的基本额定寿命计算方法逐渐被取代, 传统对轴承寿命的计算方式不能适合时代发展。考虑到轴承的使用寿命与其工作条件紧密相关, 润滑剂的粘度、清洁度等因素的变化都会对轴承寿命产生严重影响, 所以在润滑剂润滑不到位、润滑剂粘度不足时, 轴承与其他金属间缺乏润滑膜的保护而造成直接摩擦, 从而加速轴承的老化, 导致使用寿命降低。对于一些有特殊要求的装置, 例如风电齿轮箱、以及核电齿轮箱、高速机车上的传动系统等, 当运行状况变差时, 轴承寿命则会受到极大程度的降低。因此, 对一些有着特殊要求的装置、运行环境比较恶劣的装置中, 更要加强对润滑剂的过滤精度的控制, 从而防止微粒随润滑剂进入到装置的轴承中。
摘要：本文旨在研究润滑及清洁度对滚动轴承寿命的影响程度。其方法是:通过对国内外已有的研究结果进行统计, 并对实验数据进行分析比对, 使用控制变量法, 进行润滑及清洁度对轴承寿命的影响分析。得出的结果是:在轴承类型、材料、尺寸、工作条件等其他因素保持一致的情况下, 轴承寿命与润滑剂粘度、轴承清洁度成正比, 轴承寿命修正系数与粘度系数紧密相关。从而得出结论是:保证滚动轴承润滑剂粘度及其清洁度, 可以有效的延长滚动轴承的使用寿命。本文通过对滚动轴承新的寿命计算方法, 通过在不同工作条件下润滑、清洁度等影响轴承寿命的计算对比, 揭示润滑、清洁度对轴承寿命影响的程度, 从而证明合理润滑与密封设计的重要性。
关键词：滚动轴承,润滑,清洁度
参考文献
[1] 李兴林, 张仰平, 曹茂来, 等.滚动轴承寿命及可靠性试验监测诊断技术实践[J].设备管理与维修, 2014, 12 (S1) :47-50.
[2] 朱亮亮, 林素敏, 吉晓民.滚动轴承寿命计算方法发展的研究与分析[J].哈尔滨轴承, 2014, 09 (03) :3-6.
[3] 廖映华, 张良栋, 李志荣, 等.基于动力学的行星齿轮传动系统的轴承磨损寿命预测[J].机械传动, 2013, 09 (10) :41-45.
[4] 官萃.滚动轴承清洁度——环保新方法[J].中国医疗器械信息, 2013, 06 (08) :14-19.
[5] 朱亮亮, 林素敏, 吕秋硕, 等.滚动轴承寿命计算方法的优化[J].机械, 2015, 03 (02) :20-24.