滾動(dòng)軸承壽命與潤滑及其清潔度關(guān)系分析

摘 要：滾動(dòng)軸承在機(jī)械工程的各個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，采用滾動(dòng)軸承的機(jī)械設(shè)備壽命一般直接與其壽命長短有著直接聯(lián)系。而在影響滾動(dòng)軸承壽命的因素中，潤滑與清潔度對其壽命影響頗大，為了提高滾動(dòng)軸承的壽命，保證機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，文章主要對潤滑及其清潔度兩個(gè)因素進(jìn)行分析，并綜合分析兩個(gè)因素對軸承壽命的影響。

關(guān)鍵詞：滾動(dòng)軸承；壽命；潤滑；清潔度；關(guān)系分析

引言

隨著機(jī)械行業(yè)的快速發(fā)展，企業(yè)單位或個(gè)人用戶對機(jī)械設(shè)備的要求越來越高，隨之帶來的便是對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高。而滾動(dòng)軸承廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備中，滾動(dòng)軸承的壽命對機(jī)械設(shè)備的使用影響也日增顯著，因此，人們對滾動(dòng)軸承的壽命要求也同時(shí)提高，需要分析潤滑和清潔度對軸承壽命的影響，找出它們之間的關(guān)系，以提高軸承使用壽命。

1 潤滑對滾動(dòng)軸承接觸疲勞壽命的影響

滾動(dòng)軸承之所以能承載負(fù)荷，是利用滾動(dòng)接觸的形式來實(shí)現(xiàn)的，對潤滑表面和接觸表面要求很高，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況。因此，要想在潤滑方面采取措施以提高滾動(dòng)軸承的使用壽命，必須采用良好的潤滑手段。如果發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)軸承的摩擦狀態(tài)是邊界潤滑時(shí)，繼續(xù)使用而不加強(qiáng)潤滑措施，就會導(dǎo)致滾動(dòng)軸承滾子與滾圈之間的直接接觸，產(chǎn)生金屬摩擦。由于沒有潤滑劑的作用，這樣的金屬摩擦?xí)?yán)重降低滾動(dòng)軸承的使用壽命，使得機(jī)械設(shè)備的使用壽命也受到極大影響。但是如果一直具有良好的潤滑，滾動(dòng)軸承滾子與滾圈之間不直接接觸，其間充滿著潤滑膜，不會出現(xiàn)金屬直接接觸摩擦的情況，這樣滾動(dòng)軸承的使用壽命會大大提高。美國學(xué)者Taillian于1967年對球軸承進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)Skurka于1970年對滾子軸承也進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究，他們得出了潤滑條件不同的情況下，滾動(dòng)軸承的使用壽命與潤滑油膜厚比之間的關(guān)系，結(jié)論表明，提高潤滑油膜厚比，可以成倍地提高滾動(dòng)軸承的使用壽命[1]。如何保證滾動(dòng)軸承的接觸疲勞壽命一直是國內(nèi)外許多專家學(xué)者的研究方向。滾動(dòng)軸承的接觸疲勞壽命不僅與與其材料結(jié)構(gòu)有關(guān)，同時(shí)與潤滑劑的性能有著極大的關(guān)系。但是對滾動(dòng)軸承潤滑劑研究，如添加劑的類型不同、潤滑劑的性能指標(biāo)等對滾動(dòng)軸承接觸疲勞點(diǎn)蝕的研究并不多。有相關(guān)研究者采用四球機(jī)摩擦試驗(yàn)機(jī)，對其進(jìn)行改造而成的滾動(dòng)軸承接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)，并初步探究了一些潤滑添加劑對滾動(dòng)軸承解除疲壽命的影響[2]。鑒于國內(nèi)外的相關(guān)研究人員的試驗(yàn)方法不同，試驗(yàn)形式各異，潤滑劑的添加類型更是各式各樣，潤滑作用的機(jī)理也大不相同，導(dǎo)致所得結(jié)論也是各不相同。

2 清潔度對滾動(dòng)軸承使用壽命的影響

滾動(dòng)軸承的表面如果沒有特殊防護(hù)，會造成許多灰塵、污染物、磨損產(chǎn)生的碎屑以及氧化鋁、二氧化硅微小粒子吸附在上面，導(dǎo)致滾動(dòng)軸承工作時(shí)會出現(xiàn)磨料式的摩擦方式，會導(dǎo)致滾動(dòng)軸承的滾子與滾圈之間的摩擦接觸位置產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致滾子破碎或滾圈斷裂，軸承壽命大大降低。而產(chǎn)生粉塵污染源之一的原因便是潤滑劑的清潔度不夠，沒有進(jìn)行有效的過濾，機(jī)械顆粒超過標(biāo)準(zhǔn)值。國內(nèi)對潤滑劑污染程度與軸承使用壽命關(guān)系的定量研究已經(jīng)取得一定成效。在國外，倫敦帝國大學(xué)的Bhachu等人、美國國家宇航局劉易斯研究中心的Loewenthal等人分別于1981年和1978～1982年，分別對滾子軸承和球軸承再不同顆粒精度的潤滑劑作用下，分析了軸承使用壽命的變化影響。最后提出在顆粒精度越小、潤滑劑越清潔的情況下，滾動(dòng)軸承的使用壽命能大幅度提高[3]。

3 潤滑及其清潔度對滾動(dòng)軸承使用壽命的綜合影響考慮

軸承壽命的早期計(jì)算方法是蘭德貝格和帕姆格林提出的L-P方程[4]，該方程使用的條件必須是良好潤滑狀態(tài)下，沒有針對潤滑條件改變導(dǎo)致軸承壽命出現(xiàn)改變的考慮，因此國際上提出了新的計(jì)算軸承壽命的方法。該新方法的計(jì)算式為：

其中α1是可靠性系數(shù)，在可靠性為90%、95%、96%、97%、98%、99% 時(shí)，相應(yīng)的值分別為1、0.62、0.53、0.44、0.33、0.21。

α23是綜合壽命修正系數(shù)，它能夠反映潤滑條件對滾動(dòng)軸承壽命影響，查取方式是根據(jù)潤滑劑粘系數(shù)K=V/V1來進(jìn)行。ε是指數(shù)，球軸承為3，滾子軸承為10/3。

SKF工程研究中心于1989年對上述計(jì)算式進(jìn)行了修正，引入αSKF綜合壽命系數(shù)，得到新的計(jì)算式：

αSKF的取值方法是根據(jù)K及（P1/P）來進(jìn)行查取的。

以SKF公司的深溝球軸承6210為計(jì)算目標(biāo)。它的額定動(dòng)載荷C=35.1kN，轉(zhuǎn)速n=4000r/min，可靠度90%（即α1=1）。經(jīng)過試驗(yàn)比對，并利用上述計(jì)算式計(jì)算，在軸承以相同類型、材料、尺寸及工作條件的情況下，可以知道軸承壽命系數(shù)正比于潤滑劑的粘度及清潔度系數(shù)，軸承修正額定壽命以壽命修正系數(shù)為代表，與粘度系數(shù)緊密相關(guān)。當(dāng)滾動(dòng)軸承滾子與滾圈之間充滿潤滑劑時(shí)，金屬通過潤滑劑而完全分開，不會直接接觸摩擦，此時(shí)軸承處于全膜彈流的潤滑狀態(tài)，幾乎不會產(chǎn)生任何的磨損，使得滾動(dòng)軸承的使用壽命大大提高。另一方面，保證滾動(dòng)軸承的潤滑清潔度越高，就能夠提高滾動(dòng)軸承的使用壽命，因?yàn)榍鍧嵍鹊母叩椭苯臃从沉藵L動(dòng)軸承上所吸附的微粒的數(shù)量及大小，清潔度越高，微粒越少越小，就會實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)軸承的良好潤滑，壽命提高。

4 結(jié)束語

良好的潤滑以及較好的清潔度能夠保證滾動(dòng)軸承的良好運(yùn)行，使?jié)L動(dòng)軸承的使用壽命提高數(shù)倍甚至數(shù)十倍，其中清潔度較良好的潤滑本身作用更顯著。因此，如果一些機(jī)械設(shè)備的要求較為特殊，且所處的工作環(huán)境較惡劣時(shí)，一定要針對潤滑劑進(jìn)行過濾，采用高效的防護(hù)措施，保證滾動(dòng)軸承的潤滑條件，實(shí)現(xiàn)軸承使用壽命的提高。

參考文獻(xiàn)

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