潤滑與軸承壽命的關系淺析

馬 可，王 濱，趙志強

（哈爾濱軸承集團公司 技術中心，黑龍江 哈爾濱150036；2. 中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 車工工部，黑龍江 哈爾濱150025 ）

潤滑與軸承壽命的關系淺析

馬 可1，王 濱1，趙志強2

（哈爾濱軸承集團公司 技術中心，黑龍江 哈爾濱150036；2. 中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 車工工部，黑龍江 哈爾濱150025 ）

通過對潤滑機理、軸承工作環(huán)境對潤滑劑的影響、潤滑對軸承性能的影響等方面的論述，探討了潤滑與軸承壽命的關系，對提高軸承工作質(zhì)量有一定的借鑒作用。

潤滑劑成分；潤滑機理；軸承工作環(huán)境；軸承質(zhì)量

1 前言

隨著軸承制造技術的進步和用戶的需求水平的提升，潤滑對軸承的重要性和質(zhì)量指標占有率的比例大大提高，貫穿于軸承設計、制造、應用的流程中，特別是密封軸承，潤滑脂已經(jīng)成為了軸承的重要組成部分。潤滑劑使用得是否科學合理，將成為決定軸承壽命的關鍵因素之一，在設計、選擇潤滑油脂時，通常從以下幾方面來考慮。

2 潤滑對軸承壽命的影響

2.1 潤滑劑參數(shù)對軸承的影響

潤滑過程的重要參數(shù)是潤滑膜的厚度，而潤滑劑粘度是影響潤滑膜厚度的重要因素，通常對潤滑膜厚度的要求是能夠超過兩個摩擦體表面粗糙度凸起的峰值，從而實現(xiàn)摩擦副的隔開，通常認為潤滑膜厚度應是表面粗糙度值的四倍以上。潤滑劑粘度確定的常用方法一是用理論計算，二是膜厚模擬測量，三是經(jīng)驗檢查。無論哪種方法，大多數(shù)軸承的潤滑都利用與潤滑膜厚度相關的粘度指標。如果不能降低軸承工作表面粗糙度從而無法減小潤滑膜厚度，其結果是造成潤滑油脂的粘度大大超過實際要求數(shù)值。粘度增大可以保證潤滑膜的厚度，但潤滑油脂的剪切強度也會加大，引起潤滑油脂內(nèi)摩擦加劇，更多消耗機器的能量。在大批量低精度的軸承潤滑問題上，由于這些缺陷不很突出，所以往往在日常工作中沒有引起足夠重視。

2.2 潤滑對軸承振動與噪聲的影響

設備的更新和換代，使軸承的制造精度得到了大幅提升。振動和噪聲是衡量軸承質(zhì)量的主要指標，軸承摩擦副間潤滑油膜保持得好，可以有效地保持振動與噪聲處于較低狀態(tài)。振動和噪聲往往是軸承裝配合套后所測量的數(shù)值，對軸承使用中低振動、低噪聲能夠保持時間的長短沒有引起重視。在軸承達到使用壽命之前，軸承的振動噪聲會在軸承運轉過程中存在波動，而且其波動是隨著潤滑劑工作條件的變化而改變的，在軸承運轉工況沒有達到潤滑劑發(fā)揮潤滑效果所需條件時，軸承振動噪聲會相應的不好。隨著軸承運轉工況如溫升的改變，潤滑劑的性能得到充分發(fā)揮時，軸承的振動噪聲會明顯下降，但隨著軸承運轉時間不斷延長，潤滑劑的潤滑功能會逐漸喪失，軸承的振動噪聲會隨之上升。一般來說，軸承的初始振動噪聲與軸承制造精度關系較大，在軸承運轉一段時間后，其潤滑性能的好壞對振動噪聲影響的效果更加突出。潤滑劑的黏附性、粘溫性、溫度性能、抗磨損性等因素都影響著低振動噪聲壽命保持時間的長短，由此可以看出軸承在工作狀態(tài)下的振動噪聲大小，不僅僅決定于軸承制造精度，很大程度上受軸承潤滑油脂性能的影響。作為軸承制造企業(yè)，應對軸承潤滑油脂的成分、性能、潤滑方式、軸承使用工況對潤滑劑的影響程度等因素全面考慮，才能有效保證軸承振動噪聲能夠持續(xù)保持較好水平。

2.3 潤滑對軸承摩擦與磨損的影響

機械設備中旋轉部位之所以廣泛采用滾動軸承,其主要目的就是降低旋轉部位的摩擦。隨著新型設備的層出不窮,要求更加有效地降低摩擦的場合越來越多,如要求低能耗的家用電器軸承、采用電池為能源的動力傳動軸承、充電便攜式電動工具用軸承等。而降低軸承運轉摩擦的有效手段除了軸承套圈和滾動體材料、尺寸、結構在設計上的考慮外，潤滑劑的性能起著主導作用，一般潤滑油脂的摩擦系數(shù)大約0.02，鋰基潤滑油脂的摩擦系數(shù)可低至0.007；同時，降低潤滑油脂本身的內(nèi)摩擦，也是減小摩擦的有效手段，而潤滑油脂粘度是影響內(nèi)摩擦的主要因素。通常在摩擦達到持續(xù)高強度狀態(tài)時，軸承工作表面就會出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，隨著磨損的持續(xù)擴展，最終導致軸承工作表面失去疲勞強度，造成報廢。

雖然摩擦是造成磨損的因素，但造成軸承磨損的原因絕非僅僅是摩擦，在軸承工作狀態(tài)下，潤滑油在摩擦副表面形成一層多層定向排列的分子柵即邊界膜，邊界膜分子間的內(nèi)聚力具有一定的承載能力，決定潤滑狀態(tài)的重要因素在于邊界膜抵抗破裂的能力——邊界膜強度。與潤滑相關的有下列磨損形式：因潤滑油膜與邊界膜的強度不夠，容易造成粘著磨損和表面疲勞磨損；因潤滑油膜厚度較小而使摩擦副出現(xiàn)剛性接觸、潤滑劑內(nèi)含有大尺寸磨粒等雜質(zhì)并且潤滑劑排斥磨粒能力較低等因素容易造成磨粒磨損；潤滑油脂本身是化學物質(zhì)，可能對金屬產(chǎn)生腐蝕，造成磨蝕磨損等。綜上所述，為了減少或避免與潤滑相關的軸承磨損的發(fā)生，在設計選擇潤滑劑時，應對以上幾種磨損情況進行綜合分析，如潤滑油脂所含化學成分對所應用金屬的腐蝕情況等，但用于軸承制造的金屬成分比較單一，常用的潤滑油脂對其腐蝕的機會也不多。

3 軸承工作參數(shù)對潤滑的影響

3.1 溫度對潤滑的影響

采用潤滑油潤滑是絕大多數(shù)軸承的潤滑方式，潤滑油的特性決定其適用的溫度范圍，無論是脂潤滑還是油潤滑其潤滑性能都受溫度變化的影響，主要表現(xiàn)為：當溫度較高時，潤滑油脂會加速化學變質(zhì)而失去潤滑能力，潤滑油脂粘度變低而不足以形成足夠的油膜厚度，產(chǎn)生漏脂和振動噪聲增大。如果軸承溫度上升到潤滑油脂的滴點，潤滑脂就會變軟，失去油脂的半固體性質(zhì)而液化流失，喪失了對軸承的潤滑作用。應從溫度變化角度考慮軸承潤滑油脂的選擇，如鋰基脂最高使用溫度在100～110℃，復合鋰基脂可達130～140℃。過度劇烈的溫升會給軸承運轉帶來許多破壞性結果，比如潤滑失效、漏脂、較低振動噪聲的保持能力降低、對軸承零配件材料造成影響。相反，當軸承工作溫度過低時，對潤滑油脂潤滑功能也會產(chǎn)生影響，其表現(xiàn)為油脂的粘度和稠度（稠度是指油脂的軟硬程度）增加，增大了軸承運轉阻力，增大帶動軸承運轉的能量消耗，同時由于潤滑油脂粘度和稠度增加，使?jié)櫥c進油不及時，對油膜修補不及時，降低了有效潤滑膜厚度，形成軸承工作表面貧油狀態(tài)。不同潤滑油粘度與溫度相關變化曲線見圖1。

圖1 潤滑油粘度—溫度圖

軸承溫升的主要原因，一是軸承零部件工作表面摩擦副之間的摩擦產(chǎn)生熱量，通過潤滑油脂降低摩擦副間的摩擦系數(shù)可以有效減少溫升；二是在軸承運轉過程中潤滑油脂本身的內(nèi)摩擦產(chǎn)生熱量，而降低潤滑油脂的粘度可以有效控制這部分溫升的產(chǎn)生。溫度升高潤滑油脂粘度降低有利于對摩擦副的冷卻潤滑，而隨著粘度降低又不利于防止摩擦副接觸油膜的形成，從某種意義上說這兩個產(chǎn)生溫升的原因及控制方法有時是相互矛盾的，需要均衡考慮，要根據(jù)軸承使用的不同工況，合理地選擇不同成分的潤滑油脂，可以有效地擴展?jié)櫥椭膽梅秶岣邼櫥椭臐櫥ЧＮ覀兺ǔＶ皇顷P注正常工作環(huán)境溫度下的成品軸承潤滑油脂的潤滑效果，由于軸承工作過程中存在溫升的現(xiàn)象，會使?jié)櫥臓顟B(tài)發(fā)生改變，因此，在確定軸承潤滑油脂種類時除要考慮軸承正常工作溫度外，對軸承自身工作溫升所產(chǎn)生的影響也不能忽略。

3.2 轉速對潤滑的影響

潤滑劑對軸承潤滑質(zhì)量的好壞，與軸承工作轉速密切相關，軸承在工作初期啟動或速度較低時，潤滑劑不能形成流體動力潤滑膜，此時摩擦副是依靠靜態(tài)油膜潤滑的，所以，轉速較低的軸承所用潤滑劑應采用添加油性劑或摩擦改進劑、極壓劑等填料的油脂，常用的鋰基脂、皂基脂本身就是油性劑，對金屬有很好的吸附功能，容易在非動力狀態(tài)形成靜態(tài)油膜。

當軸承處于高速運轉狀態(tài)時，潤滑脂受離心力作用，從摩擦副位置甩離，造成工作表面缺油。高速旋轉形成的剪切力降低了油脂的粘度和稠度，同時，工作表面的高速摩擦，會提高潤滑部位的溫度。因此,在確定高速運轉工況下的軸承潤滑油脂時，要從設計選型上考慮交變載荷增加而造成的接觸疲勞幾率增加、油脂在摩擦部位的黏附、溫升大時對工作面的及時供油能力、提高油脂抗剪切能力、降低溫升或耐高溫能力等多種因素。而在降低溫升功能方面，油和油霧潤滑通過及時對高速運轉摩擦副的重新供油、流動冷卻摩擦表面等功能，潤滑效果要好于油脂潤滑。

3.3 載荷對潤滑的影響

物體之間摩擦大小是由接觸表面壓力和接觸表面材料摩擦系數(shù)決定的。軸承套圈及滾動體材料一般都是采用GCr15鋼，可以認為摩擦系數(shù)基本都是不變的，因此影響摩擦大小的主要原因是軸承所承受的載荷，載荷大時，容易使摩擦副表面潤滑膜破裂，形成軸承工作表面粘著磨損，嚴重的可以造成摩擦副咬合膩死。通常，在潤滑油脂中使用如二硫化鉬、石墨、聚四氟乙烯等固體潤滑添加劑，以提高摩擦表面的潤滑能力，但使用固體潤滑添加劑會使軸承運轉的噪聲值有所增加，限制了其應用推廣。此外，軸承在實際運轉過程中，摩擦副的實際接觸表面積遠小于外觀所看到的工作面積，因此，即使是軸承承受的載荷不很大，也會在摩擦副表面形成較大的接觸壓力，造成摩擦副粘著磨損，所以盡管有些軸承不是工作在較高載荷的工況下，也應該使用含有極壓劑的潤滑油脂。雖然采用這種潤滑油脂會增加一些成本，但對于有些特殊工況的場合，從提高軸承的使用壽命和可靠性來說，性價比還是比較好的。

3.4 環(huán)境相容性對潤滑的影響

通常，潤滑油脂對橡膠的作用往往不被軸承制造業(yè)所重視，這主要是通常所用的軸承橡膠密封圈的材料成分，沒有使?jié)櫥椭瑢ζ湫纬善茐亩绊懙捷S承的使用性能。但在設計選擇潤滑油脂和密封圈橡膠成分時應該充分考慮它們之間化學反應的可能性。另外，由于空氣中存在著水氣，對鋼制軸承零件存在著腐蝕的可能性，防止銹蝕是潤滑油脂的基本要求，目前的潤滑油脂從技術上都能夠保證使用環(huán)境的防銹蝕要求。而防腐蝕的弱點是抵御化學物質(zhì)的侵襲，這是源于在選擇潤滑油脂時，不能準確地了解潤滑部位所具有的化學物質(zhì)的成分，而造成了潤滑油脂中的某些化學成分與接觸到的化學物質(zhì)起反應使防銹蝕能力下降甚至失效。但在了解了潤滑部位的化學物質(zhì)成分后，針對其化學腐蝕的原理，是能夠設計、選擇出抵御化學腐蝕的潤滑劑的。

4 結束語

在軸承的設計與應用中，潤滑劑與軸承的性能是密切關聯(lián)的，轉速、載荷影響潤滑劑的作用，而潤滑劑的作用又影響噪聲、磨損、腐蝕等重要指標。因此，軸承制造企業(yè)應對潤滑劑的選擇引起足夠的重視。保證軸承成品質(zhì)量不僅僅是套圈、滾動體、保持架這傳統(tǒng)的三大件的精度問題，潤滑劑在軸承運轉過程的作用機理是不容忽視的，

而且對于軸承壽命有著舉足輕重的影響。

（編輯：鐘 媛）

Analysis on relationship between lubrication and bearing life

Ma Ke1,Wang Bin1,Zhao Zhiqiang2

(1.Technical Center,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China;2.Turner Department,AVIC Harbin Bearing Co.,Ltd.,Harbin 150025,China)

Through expounding lubrication mechanism, the influence of bearing working environment on lubricant, influence of lubrication on bearing performance and so on, the relationship between lubrication and bearing life was discussed in order to have some reference function to improve the working quality of bearing.

lubricant composition; lubrication mechanism; bearing working environment; bearing quality

TH133.33+1，TE626.4

A

1672-4852（2015）03-0005-03

2015-08-14.

馬 可（1981-），男，工程師.