提高軸承壽命及可靠性，加快行業(yè)轉(zhuǎn)型升級

周宇，李興林

(1.中國軸承工業(yè)協(xié)會，北京 100055；2.杭州軸承試驗研究中心 博士后科研工作站，杭州 310022)

1 轉(zhuǎn)型升級

企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級涉及到政策、技術(shù)、管理、金融、創(chuàng)新等諸多方面，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)方式的調(diào)整是其主要特征之一。

軸承產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點是提升軸承產(chǎn)品檔次以更加適應(yīng)主機(jī)的特性需求和配套的需求。一是普通軸承要提高質(zhì)量，二是高端軸承要形成突破。盡管國產(chǎn)軸承在技術(shù)質(zhì)量上已有了十分顯著的進(jìn)步，但回到基本面，普通軸承“質(zhì)不如人”、高端軸承“技不如人”，即“高不成，低不就”仍然是現(xiàn)實。

在組織結(jié)構(gòu)調(diào)整方面，關(guān)鍵是“抓優(yōu)扶強(qiáng)”。“幾個龍頭企業(yè)+若干骨干企業(yè)+眾多中小型一般企業(yè)”將是一種常態(tài)現(xiàn)象，大型、綜合型軸承企業(yè)主要走企業(yè)集團(tuán)之路，集團(tuán)化運作、專業(yè)化生產(chǎn)；中小型軸承企業(yè)主要走精、專、特、新之路或“集群化”。

在生產(chǎn)組織方面，軸承工業(yè)具有與生俱來的專業(yè)化基因，但并不能就自然而然地產(chǎn)生專業(yè)化發(fā)展的邏輯。因為基因本身有兩個特點，一是能夠忠實地復(fù)制自己，以保持生物的基本特征；二是會發(fā)生 “突變”，使生物的基本特征發(fā)生異化。從軸承工業(yè)發(fā)展的一般規(guī)律看，專業(yè)化成功的概率更高，而“大而全”、“多元化”的陷阱作用更強(qiáng)。因此軸承企業(yè)無論大小，在發(fā)展模式的選擇上，都應(yīng)堅持符合自身產(chǎn)業(yè)基本特征的基因不動搖，而不能使核心基因發(fā)生突變，否則難以做強(qiáng)、做優(yōu)，更妄談做大、做久。

目前已經(jīng)不乏軸承企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的策略、規(guī)劃、方案，下文從軸承壽命及可靠性方面考慮，介紹企業(yè)如何做好現(xiàn)有軸承產(chǎn)品，如何建設(shè)好軸承企業(yè)的“三口之家”(即“養(yǎng)家糊口”、“替代進(jìn)口”和“擴(kuò)大出口”)，加快整個行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

2 軸承壽命及可靠性

2.1 定義

滾動軸承是廣泛應(yīng)用的重要機(jī)械基礎(chǔ)件，其質(zhì)量的好壞直接影響到主機(jī)性能的優(yōu)劣，而軸承的壽命則是軸承質(zhì)量的綜合反映。通常所說的軸承壽命是滾動軸承的疲勞壽命，是指軸承在使用過程中，軸承的一個套圈(或墊圈)或滾動體材料上出現(xiàn)第一個疲勞擴(kuò)展跡象之前，軸承的一個套圈(或墊圈)相對于另一個套圈(或墊圈)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)。也有細(xì)分的軸承壽命，如：(1)滾動軸承精度壽命，指軸承在使用過程中，隨著使用時間的增加，其精度(有時特指旋轉(zhuǎn)精度)會逐漸下降，當(dāng)精度下降到不能滿足機(jī)械裝備等主機(jī)工作精度要求時的使用時間。(2)滾動軸承磨損壽命，指軸承在使用過程中，軸承由于過量磨損而喪失正常工作性能的累計總轉(zhuǎn)數(shù)，或在一定轉(zhuǎn)速下的工作小時數(shù)。(3)滾動軸承振動壽命，指軸承在使用過程中，隨著軸承滾動表面磨損量的增加，振動會逐漸增大，當(dāng)振動增大到不能滿足人們生理及環(huán)境需求時的使用時間。(4)滾動軸承噪聲壽命，指軸承在使用過程中，隨著軸承滾動表面磨損量的增加，噪聲會逐漸增大，當(dāng)噪聲增大到不能滿足人們生理及環(huán)境需求時的使用時間。滾動軸承可靠性(度)是指一組在相同條件下運轉(zhuǎn)，近于相同的滾動軸承期望達(dá)到或超過規(guī)定壽命的百分率。單個滾動軸承的可靠性為該軸承達(dá)到或超過規(guī)定壽命的概率。滾動軸承壽命是基于一定的可靠性前提下的，所以滾動軸承的壽命及可靠性是密不可分的。

在中國軸承行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃中，重點要求開展提高滾動軸承壽命和可靠性工程技術(shù)攻關(guān)。滾動軸承工程技術(shù)問題可以歸納為“四個層次+四大元件”，即精度、性能、壽命、可靠性四個層次，內(nèi)圈、外圈、滾動體、保持架四大元件。有學(xué)者把潤滑劑(油、脂)稱為滾動軸承的第五大元件，把密封則稱為滾動軸承的第六大元件?？傊瑝勖菨L動軸承研究課題的本質(zhì)問題，探討在特定工況(載荷、轉(zhuǎn)速、潤滑等)下的壽命及可靠性，還需要深入研究軸承的試驗技術(shù)、試驗條件和手段，這也是目前開發(fā)高端軸承的薄弱環(huán)節(jié)。

2.2 試驗技術(shù)

滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是通過對滾動軸承在各種工況下表現(xiàn)出來的振動、噪聲、溫度、工作參數(shù)、氣味、泄漏等信息的監(jiān)測和綜合分析，來對其工作狀態(tài)、故障類型和故障嚴(yán)重程度進(jìn)行綜合評價的過程。主要包括檢測試驗技術(shù)、信號處理技術(shù)、模式識別技術(shù)和預(yù)測評估技術(shù)4項基本技術(shù)。要著力于將故障監(jiān)測和診斷技術(shù)與滾動軸承試驗技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，開發(fā)滾動軸承壽命強(qiáng)化試驗系統(tǒng)技術(shù)，力圖在進(jìn)行軸承性能試驗的同時，對其使用性能的劣化和潛在缺陷進(jìn)行監(jiān)測和診斷，指導(dǎo)試驗的快速、有效開展。在不久的將來，用于滾動軸承故障監(jiān)測和診斷的時頻分析法、小波分析法、時變參數(shù)模型法、分段平穩(wěn)AR模型法、自適應(yīng)AR模型法等前沿技術(shù)將進(jìn)一步完善；高階循環(huán)統(tǒng)計量技術(shù)、分形維數(shù)等技術(shù)將有望得到進(jìn)一步的突破；專家系統(tǒng)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等綜合型的故障智能監(jiān)測和診斷系統(tǒng)也具有很大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊前景?？茖W(xué)準(zhǔn)確地預(yù)測軸承疲勞壽命一直是機(jī)械工程學(xué)者關(guān)心又難以解決的問題，三參數(shù)Weibull分布和修正的Palmgren-Miner疲勞損傷累積法將是滾動軸承應(yīng)用中亟待研究的課題，同時建立關(guān)于軸承疲勞機(jī)理研究、失效因素分析、材料冶煉加工工藝、試驗數(shù)據(jù)分析等的數(shù)據(jù)庫也是任重道遠(yuǎn)。

目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)、高速鐵路軸承等重要領(lǐng)域所用軸承被國外軸承公司壟斷及控制的局面仍未根本改變。由于影響軸承壽命及可靠性的工程因素太多、太復(fù)雜，而且軸承疲勞壽命理論仍需進(jìn)一步完善，因此進(jìn)行壽命及可靠性試驗成為評定軸承壽命的主要手段。相對于國外知名軸承公司，我國軸承壽命試驗起步較晚，對失效機(jī)理等基礎(chǔ)理論研究明顯不足，目前尚處于大量積累試驗數(shù)據(jù)的階段。經(jīng)過30余年的努力，我國的軸承壽命及可靠性試驗技術(shù)已經(jīng)得到了較大的發(fā)展。2010年4月1日實施的GB/T 24607—2009 滾動軸承壽命及可靠性試驗及評定，廢止了原JB/T50013—2000及JB/T50093—1997兩項標(biāo)準(zhǔn)。無失效數(shù)據(jù)的bayes分析法和無失效數(shù)據(jù)的配分布曲線法正在受到人們的關(guān)注和研究。隨著軸承壽命試驗數(shù)據(jù)處理技術(shù)的創(chuàng)新，必將促進(jìn)滾動軸承快速壽命試驗系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展。

2.3 發(fā)展趨勢

在滾動軸承性能壽命及可靠性的檢測試驗考核、故障監(jiān)測診斷、壽命預(yù)測評估等相關(guān)領(lǐng)域中，軸承性能壽命及預(yù)測評估問題是最實用，也是最復(fù)雜的集科學(xué)、技術(shù)、工程和管理于一體的綜合性課題，進(jìn)行這一方面的研發(fā)攻關(guān)，使主機(jī)的壽命最長，服役可靠，無疑具有現(xiàn)實的經(jīng)濟(jì)價值及社會價值。試驗技術(shù)的智能化和個性化是軸承壽命試驗技術(shù)的發(fā)展方向，根據(jù)特定的試驗條件，設(shè)定轉(zhuǎn)速譜和載荷譜等以滿足不同試驗工況的要求，同時應(yīng)用人工智能和專家系統(tǒng)等知識庫技術(shù)來進(jìn)行智能化處理。

3 從技術(shù)層面探討中國軸承工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級

在長期的軸承壽命及可靠性試驗工程應(yīng)用領(lǐng)域的實踐中，我們深切感悟到軸承工程是軸承產(chǎn)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，軸承產(chǎn)業(yè)是軸承工程的產(chǎn)生、成長和變遷的軌跡。軸承產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是一個量變到質(zhì)變的過程，是階段性的、有拐點的過程。因此，對軸承工程演化的規(guī)律性認(rèn)識會涉及到對軸承產(chǎn)業(yè)發(fā)展的研究。因為軸承產(chǎn)業(yè)是由相關(guān)的軸承工程、相似的工程組成的，而且我們采用的軸承產(chǎn)業(yè)案例是同一門類下的工程，在一定意義上體現(xiàn)出軸承工程的演化(轉(zhuǎn)型升級)。通過選取具有代表性的軸承工程演化(轉(zhuǎn)型升級)的案例，將理論研究與案例研究有機(jī)地結(jié)合起來，將會清晰地說明軸承工程演化(轉(zhuǎn)型升級)的問題。軸承可靠性工程應(yīng)用是軸承科學(xué)問題、軸承技術(shù)問題的最終歸宿。

通過對軸承可靠性工程應(yīng)用這一領(lǐng)域的科學(xué)理論及技術(shù)應(yīng)用的研究，進(jìn)一步的推廣應(yīng)用，將推進(jìn)軸承壽命及可靠性工程快速試驗系統(tǒng)技術(shù)在中國軸承行業(yè)的發(fā)展。但是，在工程科學(xué)、工程技術(shù)與工程管理方面的認(rèn)識、理念明顯滯后，甚至有的連基本的科學(xué)常識都不具備，急需加強(qiáng)軸承工程應(yīng)用方面的科普工作。如加強(qiáng)關(guān)于潤滑脂工程應(yīng)用方面的知識教育，提高軸承制造商及軸承主機(jī)用戶對軸承潤滑脂技術(shù)及管理的工程認(rèn)識，以避免在“潤滑脂中加玻璃粉”和“水變油事件”的再次發(fā)生。

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)完全改變了信息的分布與獲取方式，在“一網(wǎng)打盡”的“地球村”，中國軸承企業(yè)需要以市場需求作為加速器，通過科技創(chuàng)新手段引領(lǐng)中國軸承企業(yè)走向國際化。開展以需求導(dǎo)向為基礎(chǔ)的軸承學(xué)術(shù)理論、軸承共性技術(shù)、軸承工程應(yīng)用相關(guān)的信息服務(wù)，同時將技術(shù)信息、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)中介、技術(shù)金融互動融合，支持新的模式，支持新的生活方式，支持打破自由禁錮的獲取知識方式。

4 結(jié)束語

對于每個具有相對優(yōu)勢的軸承企業(yè)來說，一定要抓住國家培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)——高端裝備制造產(chǎn)業(yè)(國家工業(yè)和信息化部制定了《機(jī)械基礎(chǔ)件 基礎(chǔ)制造工藝和基礎(chǔ)材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》)，這一個千載難逢的戰(zhàn)略機(jī)遇，搶占“十二五”發(fā)展制高點，使戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃成為各具有相對優(yōu)勢的軸承企業(yè)的“十二五”規(guī)劃的重要組成部分。學(xué)習(xí)軸承壽命試驗標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)據(jù)處理的方法，研究滾動軸承故障診斷及壽命預(yù)估技術(shù)，提高軸承產(chǎn)品壽命及可靠性，加快行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。