機床維修中軸承的安裝與潤滑

■瓦房店軸承集團有限責(zé)任公司 （遼寧 116300）

李財林 于曉巖 紀(jì)恩杰 趙淑明

1. 滾動軸承裝配公差與配合的選擇

根據(jù)滾動軸承裝配公差與配合總體原則，軸承內(nèi)徑與軸的配合采用基孔制，軸承外徑與外套的配合采用基軸制，也就是說始終把軸承作為基準(zhǔn)。軸承與軸的配合、軸承與外套的配合與一般機械加工業(yè)中所采用的公差與配合制不同，軸承的內(nèi)徑公差多為負公差，在采用相同配合的條件下軸承內(nèi)徑與軸的配合比其他裝配通常配合較為緊密。軸承的外徑雖為負公差，但其公差值與一般公差制也不相同。

應(yīng)該正確選擇軸承與軸、軸承與外套的配合，為防止軸承與配合件的滑動，適當(dāng)采取比一般裝配關(guān)系較緊些是必要的，但是又不能太緊，太緊會使內(nèi)圈彈性膨脹和外圈的收縮而使軸承徑向游隙被擠壓而減小，甚至于完全消失，有可能卡住。

軸與向心軸承和推力軸承配合的公差帶選擇，外殼與向心軸承和推力軸承配合的公差帶選擇均可參考化學(xué)工業(yè)出版社2004年出版的《機械設(shè)計手冊》。

通過查《機械設(shè)計手冊》可以看出，同樣一種軸承裝配公差與配合的選擇應(yīng)隨負荷條件變化、規(guī)格不同而有所區(qū)別，當(dāng)然軸承類型的變化公差與配合種類的選擇更是應(yīng)做出與之相應(yīng)的調(diào)整。

在設(shè)計與制造過程中是可以按《機械設(shè)計手冊》的規(guī)范來執(zhí)行，但實際維修中由于專業(yè)性的差距，可能偏離要求，做好了也很難。經(jīng)實踐探索總結(jié)，可以依據(jù)《機械設(shè)計手冊》采取排除法的方式利用幾種常用的公差種類便于對于公差與配合基礎(chǔ)掌握不太全面的維修人員使用。

對于一般機械而言，大部分的軸承與軸的配合，軸的公差選擇k6；軸承與孔的配合，孔的公差選擇H7。

建議軸承與軸的配合，軸的公差選擇k6，較松一級的配合可以采用js6，較緊密一級的配合可以采用m6；軸承與孔的配合，孔的公差選擇K7，較松一級的配合可以采用Js7，較緊密一級的配合可以采用M7；特別要提醒的是在選擇軸承內(nèi)外徑松緊程度時，應(yīng)讓外徑比內(nèi)徑的配合松一個等級。

通過質(zhì)化與量化分析評定裝配緊密程度可做以參考，裝配力度為手錘打入狀態(tài)時，過盈概率達到41.7%～45%左右，用于受不大的沖擊載荷處，同心度較的好常拆卸部位。配合方式基孔H7/k6（軸承內(nèi)徑與軸的配合），基軸K7/h6（軸承外徑與孔的配合），為廣泛采用的一種過渡配合。

裝配力度為銅錘打入。過盈概率達到50%～62.1%左右，用于配合緊密不經(jīng)常拆卸的地方。配合方式基孔H7/m6（軸承內(nèi)徑與軸的配合），基軸M7/h6（軸承外徑與孔的配合）。

考量與選擇軸承內(nèi)外徑配合的種類，很大程度還得具體情況具體分析，不能完全把框框束縛在不同的環(huán)境下、使用于不同機床的不同部位，用不同的軸承都應(yīng)區(qū)別對待，靈活掌握。如果總是選擇偏緊的裝配配合關(guān)系，那么與軸承裝配相關(guān)的孔或軸可持續(xù)使用的壽命會大大縮短，這些都應(yīng)是充分考慮的因素。

2. 滾動軸承裝配表面粗糙度的選擇

滾動軸承的公差等級一般分G、E、D、C和B五個級別，G為普通級，從E級開始分別為高級、精密級、超精密級和最精密級，這些等級的劃分一般是指產(chǎn)品在設(shè)計和制造時所規(guī)定的尺寸與形位公差等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

使用精密級軸承時，只有在與軸承裝配相關(guān)軸或者外殼配合表面的尺寸與形位公差、表面粗糙度同軸承精密等級匹配的條件下，才能發(fā)揮出精密級軸承的精密作用，也就是說如果選擇使用精密軸承，沒有相應(yīng)精度的軸或者外殼，軸承裝上去精度照樣低。

一般地，G級軸承相配合的相關(guān)件最低表面粗糙度值也應(yīng)選擇Ra=3.2μm，其他等級的軸承依次調(diào)整一個級別。同一軸承的裝配相關(guān)件外殼可比軸調(diào)低一個等級。

3. 滾動軸承的裝配操作方法

軸承的正確裝配、拆卸操作方法是軸承及其相關(guān)軸或者外殼壽命得以延長的重要前提之一。

正規(guī)軸承裝配過程，可以使用壓力機特別是液力壓力機等具有專業(yè)能力的設(shè)施裝配，而在實際維修中是做不到的。

正確的裝配方法建議按如下方式操作：

（1）同一軸承的內(nèi)外套圈配合等級外套圈較內(nèi)套圈相比大多情況下應(yīng)松一級。

（2）軸承的裝配、拆卸不能通過軸承滾動體傳遞壓力，壓力應(yīng)直接加在軸承內(nèi)外套圈端面上。這是由于軸承的保持架、密封圈及防塵蓋等零件很容易變形，這樣會在軸承工作表面造成壓痕，影響軸承正常工作，甚至?xí)雇诰驒C軸承損壞。

（3）內(nèi)套圈與軸配合、外套圈與外殼配合要單獨施力，不能加載一個套圈傳遞給另一套圈同時裝配。要先裝緊配合的套圈，再裝松配合的套圈。

（4）應(yīng)自制裝配套管裝配軸承，內(nèi)徑、外徑各制一套。內(nèi)套圈裝配套管的內(nèi)徑應(yīng)比軸頸直徑略大，外徑應(yīng)小于軸承內(nèi)圈的擋邊直徑，以免壓在保持架上；同理外套圈裝配套管的外徑應(yīng)略小于軸承裝配外殼尺寸，內(nèi)徑應(yīng)大于擋邊內(nèi)徑。套管深度應(yīng)視軸伸長度而定。套管可加上一個手柄，受錘擊的端面應(yīng)制成球形，這樣錘擊力能均勻地傳到軸承套圈端面的整個圓周上。利用套管裝配應(yīng)先裝軸承內(nèi)圈或者外圈緊配合的一個，而后再連同配件一起與松的一個配合套圈裝配。

采取手錘和沖子不對稱敲擊軸承外套圈端面，可能導(dǎo)致裝配受力狀態(tài)歪斜，外殼孔被單向沖擊后嚴(yán)重變形，外殼尺寸不斷擴大直至松動不能使用；或者軸承內(nèi)套圈與軸裝配可能出現(xiàn)軸徑縮小甚至斷裂。軸承裝配相關(guān)零件尺寸超差的補救措施及方法有：①補焊法。這是一種維修中最常用的與軸承裝配零件失效的補救方法，通過對已擴張的外殼孔徑或已縮小的軸徑進行補焊，重新加工至所需的尺寸再裝配軸承，獲取使用效果的目的。缺點是對于外殼薄、軸徑細的零件變形大，尤其大件和造價高制作困難的應(yīng)慎重采用，在冬季氣溫低特別是外殼為鑄件的地方更易開裂。②鍍層法。對于實際尺寸與設(shè)計尺寸變化不大，但軸承裝配后還松動的零件可以采取鍍層法解決，通常用鍍硬鉻增加鍍層。這種方法優(yōu)點是對原件的形體破壞性小，但大件的鍍層操作上存在困難，精度要求高的裝配需鍍后磨削的零件鍍層易起皮。③加套法。對于與軸承裝配的外殼和軸在使用強度、結(jié)構(gòu)尺寸允許的條件下，采取鑲裝套的辦法解決零件失效的問題，但前提是鑲裝的套皮不能太薄，太薄的套不易加工，裝配變形較難控制，建議一般中小尺寸的零件加套厚度不小于4～5mm。加套法最大優(yōu)點是零件的可持續(xù)使用效果佳，多次更換套不影響裝配質(zhì)量。外殼擴孔加套由于尺寸偏大，軸承旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大，外套易轉(zhuǎn)動，可用騎縫螺釘固定。這一方法值得使用和推廣。

4. 滾動軸承用潤滑油的選擇

滾動軸承用潤滑油通常包含兩個層面，即稀油潤滑和干油潤滑。稀油的性能及使用方法維修者了解和掌握相對全面，而干油即潤滑脂由于種類繁多，加之在滾動軸承和滑動及鉸接部位中較多的使用了潤滑脂潤滑，往往在潤滑脂的選擇上難以把握，這里著重討論脂潤滑。

（1）潤滑脂簡介。潤滑脂是以潤滑油為基油，摻入親油性強的固體稠化劑及為提高某些特殊性能而加入的添加劑混合而成的半固體狀潤滑劑。

一般來說，潤滑脂的機械穩(wěn)定性、使用溫度范圍及抗水性等特性由稠化劑決定。添加劑可改善潤滑脂的用途。

（2）潤滑脂的特點。與潤滑油相比，潤滑脂具有許多優(yōu)點，如使用溫度范圍較廣，在高溫下潤滑脂比潤滑油能形成更堅韌的潤滑膜，易于保持在滑動面上，不易流失和泄漏；密封結(jié)構(gòu)與潤滑回路可以簡化，能有效地封住污染物和灰塵，防銹性與熱氧化安定性優(yōu)良；節(jié)省能源，如相同尺寸的滾動軸承以同樣轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，用潤滑脂潤滑比采用油浴潤滑所消耗的能量要低得多。潤滑脂的不足之處是更換脂較為困難，不易清理，散熱性差，摩擦力矩較使用潤滑油大一些，而且在高速場合應(yīng)用效果較差。

（3）潤滑脂的選擇條件。選擇不同脂潤滑應(yīng)遵循：①考慮工作狀態(tài)的原則，其中包括負荷大小、運動條件。②考慮所處環(huán)境的原則，其中包括溫度、潮濕條件和砂塵等。③考慮摩擦副情況的原則，其中包括表面粗糙度、間隙大小、摩擦副表面垂直或水平位置影響等。

選擇潤滑脂潤滑粘度是一項很重要的因素。一般來說，負荷越大，工作溫度越高使用潤滑脂的粘度也應(yīng)越高，而轉(zhuǎn)速越高使用潤滑脂的粘度則應(yīng)越低。

5. 不同潤滑脂的區(qū)別與使用

前面已對潤滑脂選擇條件等做了分析，關(guān)鍵應(yīng)了解不同品牌潤滑脂中的稠化劑和添加劑適用的范圍，以及通過顏色狀態(tài)識別不同潤滑脂的類型，以便在維修中準(zhǔn)確運用，軸承常用的潤滑脂有鈣基潤滑脂、鈉基潤滑脂、鈣鈉基潤滑脂、鋰基潤滑脂、鋁基潤滑脂和二硫化鉬潤滑脂等。

（1）潤滑脂成分分析和外觀判別。有關(guān)潤滑脂的組成、技術(shù)指標(biāo)及理性分析的內(nèi)容很多，需要探討的問題也不少，很多維修者可能始終也搞不明白潤滑脂的優(yōu)劣，更不明白什么場合用什么樣的潤滑脂。經(jīng)過長期的生產(chǎn)實踐總結(jié)，覺得如果明白如下兩點可能對潤滑脂的認識幫助很大。

（2）潤滑脂的組成。基礎(chǔ)油：一般地，基礎(chǔ)油一種是采用礦物基礎(chǔ)油，另一種是利用化學(xué)方法生產(chǎn)的合成油，這種油較好，但價格貴一些。

稠化劑：它是以鋰、鈣和鈉等金屬皂基為主體，但根據(jù)用途不同，也使用非金屬皂基（硅膠等無機物、化合物以及有機物等）為稠化劑。其中單一皂基脂是指由一種金屬皂基加潤滑油組成的潤滑脂，常見幾種及特點如下：①鋰基潤滑脂。耐水、耐寒、耐高溫且化學(xué)安定性好。②鈣基潤滑脂?？顾院?，耐熱性差，也是使用較多的一種。③鈉基潤滑脂。耐熱性好，抗水性差，同水能形成乳化液。④鋁基潤滑脂?？顾院?，能抵抗機械運轉(zhuǎn)中的離心力、耐鹽及海水腐蝕。⑤鋇基潤滑脂。耐水、耐寒和耐高溫，對金屬表面有很強的保護能力。

混合皂基脂是指由兩種金屬混合皂基加潤滑油組成的潤滑脂，如鈣—鈉基潤滑脂：耐高溫、又能抗水。

復(fù)合皂基脂是指由一種金屬皂基加復(fù)合劑加潤滑油組成的潤滑脂，如復(fù)合鈣基潤滑脂、復(fù)合鋁基潤滑脂：都具有最高的耐熱性、抗?jié)裥院?、有良好的機械安定性和化學(xué)穩(wěn)定性。

添加劑：根據(jù)用途不同，潤滑脂中還加入各類添加劑。①極壓添加劑。軸承承受重負荷或沖擊負荷時使用。②抗氧化劑。長時間不補充潤滑脂時使用。

其他還有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑、防銹劑和防腐劑等。

一般潤滑脂中基礎(chǔ)油含量約為75%～90%，稠化劑含量約為10%～20%，添加劑及填料的含量在5%以下。

（3）潤滑脂的外觀判斷。為了潤滑脂區(qū)別使用在不同部位、不同受力條件、不同環(huán)境及不同類型的軸承，使其達到預(yù)期目標(biāo)，就需要用更直觀的方法判斷潤滑脂的種類，外觀上潤滑脂顏色的不同可以粗略地判斷出潤滑脂的品種。

潤滑脂通常也被稱為干油或者黃油。稱為干油是相對稀油而言不具備流動性的半固體狀；而稱為黃油通常是指使用干油的顏色，其實這種說法是不準(zhǔn)確的，潤滑脂的顏色很多，包含黃、褐、黑、綠、棕和白色等多種，只是黃色潤滑脂品種較多和使用量較大的原因。影響潤滑脂的顏色主要成分是稠化劑和添加劑，像石墨鈣基潤滑脂呈黑色就是與石墨的顏色相關(guān)。

下列列出的多種潤滑脂顏色可供實際中維修參考。①1～4號鈣基潤滑脂：呈淡黃色到褐色。②ZG—2H～ZG—3H合成鈣基潤滑脂：呈深黃色到暗褐色。③合成復(fù)合鈣基潤滑脂：呈深褐色。④石墨鈣基潤滑脂：呈黑色。⑤ZN—2～ZN—4鈉基潤滑脂：呈深黃色到暗褐色。⑥4號高溫潤滑脂：呈黑綠色。⑦鈣鈉基潤滑脂：呈黃色到深棕色。⑧1～3號通用鋰基潤滑脂：呈淡黃色到暗褐色。⑨Z L—1H～Z L—4H合成鋰基潤滑脂，淺褐色到暗褐色。⑩2號航空潤滑脂：呈黃色到淺褐色。⑩鋁基潤滑脂：呈淺黃色到暗褐色。

（4）潤滑脂的正確使用。潤滑對滾動軸承的疲勞壽命與摩擦、磨損、溫度及振動等有重要影響，分析軸承損壞的原因表明，40%左右的軸承損壞都與潤滑不良有關(guān)。良好的軸承潤滑還有散熱、防銹、密封及緩和沖擊等多種作用，

正確使用潤滑脂除了選擇品種、粘度外，填充量也是非常重要的一環(huán)，那么填充量究竟多少才算合適呢？

多項資料表明，滾動軸承的潤滑脂填充量應(yīng)按下式計算

式中，d為軸承內(nèi)徑（mm）；K為據(jù)軸承類型確定，用滾子軸承時K＝350，用球軸承時K＝900。

顯然，滾動軸承的潤滑脂填充量是可以通過上述公式計算確定。但生產(chǎn)實際中維修者不可能放下操作工具來計算一下，而只能通過感觀粗略處理即可。

基本指導(dǎo)意見是軸承中填充潤滑脂的數(shù)量，以充滿軸承內(nèi)部空間的1/2～1/3為適宜。高速時應(yīng)減少至1/3，這是由于過多的潤滑脂將使溫升增高。垂直安裝的一對軸承上側(cè)填充量為1/3，下側(cè)填充量為1/2。

更換潤滑脂時，不同類型的潤滑脂不能混用，新舊潤滑脂也不能混用；另外，即使是同類型的潤滑脂也不提倡混用，因為舊的潤滑脂含有大量的有機酸和雜質(zhì)，將加速新潤滑脂氧化。

6. 結(jié)語

只有在軸承裝配公差與配合的正確選擇、表面粗糙度對應(yīng)匹配、相應(yīng)可靠的裝配技能保障以及相適應(yīng)的潤滑條件，軸承使用周期會大大延長。當(dāng)然，隨著潤滑脂添加劑領(lǐng)域的科技進步，必將能使?jié)櫥奶匦院透黜椯|(zhì)量指標(biāo)都有一個很大的改善，即可在零下低溫時流動性能非常好、也可在高溫時粘度不會降低太多的新產(chǎn)生潤滑脂會替代老產(chǎn)品，保證足夠的油膜強度的目標(biāo)很快能實現(xiàn)，軸承的工作狀況也會更好。

[1] 成大先. 機械設(shè)計手冊（第二卷）[M]. 3版. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.