提高軸承壽命及可靠性，加快行業轉型升級

周宇，李興林

(1.中國軸承工業協會，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 轉型升級

企業的轉型升級涉及到政策、技術、管理、金融、創新等諸多方面，產品結構、組織結構以及生產方式的調整是其主要特征之一。

軸承產品結構調整的重點是提升軸承產品檔次以更加適應主機的特性需求和配套的需求。一是普通軸承要提高質量，二是高端軸承要形成突破。盡管國產軸承在技術質量上已有了十分顯著的進步，但回到基本面，普通軸承“質不如人”、高端軸承“技不如人”，即“高不成，低不就”仍然是現實。

在組織結構調整方面，關鍵是“抓優扶強”。“幾個龍頭企業+若干骨干企業+眾多中小型一般企業”將是一種常態現象，大型、綜合型軸承企業主要走企業集團之路，集團化運作、專業化生產；中小型軸承企業主要走精、專、特、新之路或“集群化”。

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

目前已經不乏軸承企業轉型升級的策略、規劃、方案，下文從軸承壽命及可靠性方面考慮，介紹企業如何做好現有軸承產品，如何建設好軸承企業的“三口之家”(即“養家糊口”、“替代進口”和“擴大出口”)，加快整個行業的轉型升級。

2 軸承壽命及可靠性

2.1 定義

滾動軸承是廣泛應用的重要機械基礎件，其質量的好壞直接影響到主機性能的優劣，而軸承的壽命則是軸承質量的綜合反映。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第一個疲勞擴展跡象之前，軸承的一個套圈(或墊圈)相對于另一個套圈(或墊圈)旋轉的轉數。也有細分的軸承壽命，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(有時特指旋轉精度)會逐漸下降，當精度下降到不能滿足機械裝備等主機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數，或在一定轉速下的工作小時數。(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，當振動增大到不能滿足人們生理及環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，當噪聲增大到不能滿足人們生理及環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，近于相同的滾動軸承期望達到或超過規定壽命的百分率。單個滾動軸承的可靠性為該軸承達到或超過規定壽命的概率。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“十二五”發展規劃中，重點要求開展提高滾動軸承壽命和可靠性工程技術攻關。滾動軸承工程技術問題可以歸納為“四個層次+四大元件”，即精度、性能、壽命、可靠性四個層次，內圈、外圈、滾動體、保持架四大元件。有學者把潤滑劑(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。總之，壽命是滾動軸承研究課題的本質問題，探討在特定工況(載荷、轉速、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、試驗條件和手段，這也是目前開發高端軸承的薄弱環節。

2.2 試驗技術

滾動軸承的狀態監測與故障診斷是通過對滾動軸承在各種工況下表現出來的振動、噪聲、溫度、工作參數、氣味、泄漏等信息的監測和綜合分析，來對其工作狀態、故障類型和故障嚴重程度進行綜合評價的過程。主要包括檢測試驗技術、信號處理技術、模式識別技術和預測評估技術4項基本技術。要著力于將故障監測和診斷技術與滾動軸承試驗技術進行有效的結合，開發滾動軸承壽命強化試驗系統技術，力圖在進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行監測和診斷，指導試驗的快速、有效開展。在不久的將來，用于滾動軸承故障監測和診斷的時頻分析法、小波分析法、時變參數模型法、分段平穩AR模型法、自適應AR模型法等前沿技術將進一步完善；高階循環統計量技術、分形維數等技術將有望得到進一步的突破；專家系統和人工神經網絡技術等綜合型的故障智能監測和診斷系統也具有很大的發展潛力和廣闊前景。科學準確地預測軸承疲勞壽命一直是機械工程學者關心又難以解決的問題，三參數Weibull分布和修正的Palmgren-Miner疲勞損傷累積法將是滾動軸承應用中亟待研究的課題，同時建立關于軸承疲勞機理研究、失效因素分析、材料冶煉加工工藝、試驗數據分析等的數據庫也是任重道遠。

目前，風力發電機、高速鐵路軸承等重要領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、太復雜，而且軸承疲勞壽命理論仍需進一步完善，因此進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，對失效機理等基礎理論研究明顯不足，目前尚處于大量積累試驗數據的階段。經過30余年的努力，我國的軸承壽命及可靠性試驗技術已經得到了較大的發展。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—1997兩項標準。無失效數據的bayes分析法和無失效數據的配分布曲線法正在受到人們的關注和研究。隨著軸承壽命試驗數據處理技術的創新，必將促進滾動軸承快速壽命試驗系統技術的發展。

2.3 發展趨勢

在滾動軸承性能壽命及可靠性的檢測試驗考核、故障監測診斷、壽命預測評估等相關領域中，軸承性能壽命及預測評估問題是最實用，也是最復雜的集科學、技術、工程和管理于一體的綜合性課題，進行這一方面的研發攻關，使主機的壽命最長，服役可靠，無疑具有現實的經濟價值及社會價值。試驗技術的智能化和個性化是軸承壽命試驗技術的發展方向，根據特定的試驗條件，設定轉速譜和載荷譜等以滿足不同試驗工況的要求，同時應用人工智能和專家系統等知識庫技術來進行智能化處理。

3 從技術層面探討中國軸承工業的轉型升級

在長期的軸承壽命及可靠性試驗工程應用領域的實踐中，我們深切感悟到軸承工程是軸承產業發展的物質基礎，軸承產業是軸承工程的產生、成長和變遷的軌跡。軸承產業的發展是一個量變到質變的過程，是階段性的、有拐點的過程。因此，對軸承工程演化的規律性認識會涉及到對軸承產業發展的研究。因為軸承產業是由相關的軸承工程、相似的工程組成的，而且我們采用的軸承產業案例是同一門類下的工程，在一定意義上體現出軸承工程的演化(轉型升級)。通過選取具有代表性的軸承工程演化(轉型升級)的案例，將理論研究與案例研究有機地結合起來，將會清晰地說明軸承工程演化(轉型升級)的問題。軸承可靠性工程應用是軸承科學問題、軸承技術問題的最終歸宿。

通過對軸承可靠性工程應用這一領域的科學理論及技術應用的研究，進一步的推廣應用，將推進軸承壽命及可靠性工程快速試驗系統技術在中國軸承行業的發展。但是，在工程科學、工程技術與工程管理方面的認識、理念明顯滯后，甚至有的連基本的科學常識都不具備，急需加強軸承工程應用方面的科普工作。如加強關于潤滑脂工程應用方面的知識教育，提高軸承制造商及軸承主機用戶對軸承潤滑脂技術及管理的工程認識，以避免在“潤滑脂中加玻璃粉”和“水變油事件”的再次發生。

互聯網技術已經完全改變了信息的分布與獲取方式，在“一網打盡”的“地球村”，中國軸承企業需要以市場需求作為加速器，通過科技創新手段引領中國軸承企業走向國際化。開展以需求導向為基礎的軸承學術理論、軸承共性技術、軸承工程應用相關的信息服務，同時將技術信息、技術服務、技術中介、技術金融互動融合，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 結束語

對于每個具有相對優勢的軸承企業來說，一定要抓住國家培育發展戰略性新興產業——高端裝備制造產業(國家工業和信息化部制定了《機械基礎件 基礎制造工藝和基礎材料產業“十二五”發展規劃》)，這一個千載難逢的戰略機遇，搶占“十二五”發展制高點，使戰略性新興產業規劃成為各具有相對優勢的軸承企業的“十二五”規劃的重要組成部分。學習軸承壽命試驗標準及數據處理的方法，研究滾動軸承故障診斷及壽命預估技術，提高軸承產品壽命及可靠性，加快行業轉型升級。