滚动轴承的发展与应用

毛尚涛
（济南天齐特种平带有限公司，山东济南　250023）

　　摘　要：从我国滚动轴承的发展及与发达国家轴承工业差距入手，阐述了滚动轴承损坏的原因、机理、润滑及监测等，指出滚动轴承的应用不仅靠优良的质量品质，还必须具备正确的安装技术知识、适当的润滑与维护，以及工况的监测相结合，才能发挥其Z大应用价值。
　　关键词：滚动轴承；损坏；润滑；监测
　　1　我国滚动轴承的发展状况
　　我国轴承工业起步于1950年，经过半个世纪的发展，已经形成了比较系统完整的生产与技术体系，成为排名于日本、美国和德国之后的世界轴承生产第四大国。但是，与工业发达国家相比，我国轴承工业尚存在很大差距，主要表现在以下几个方面。
　　1.1 产品品种
　　目前世界轴承产品的品种规格共计约15万个，我国迄今累计生产仅2万余种，而且大多为通用产品。
　　1.2 生产能力
　　我国目前约有轴承制造企业2000余家，是全世界其他国家轴承企业总和的5～6倍。但是，全国的年总产值仅与排名第六的美国TIMKEN公司（约210亿元人民币）相当，与排名的瑞典SKF公司相比，仅相当于其年产值（约400亿元人民币）的一半，与日本相比，仅相当于其年产值的百分之十几。
　　1.3 尺寸公差与旋转精度
　　国外早已开始研究和应用“不可重复跳动”这样精细的旋转精度指标，我国轴承尽管也接近国外名牌产品水平，但在此方面的研究还是空白。
　　1.4 高速性能
　　国外名牌产品的DmN值达4×106mm•r/min，而我国轴承仅为2×106mm•r/min。
　　1.5 振动、噪声与异音
　　日本推出静音及超静音轴承;而我国轴承的振动极值水平与日本产品相比，一般要差10dB以上。
　　1.6 寿命与可靠性
　　以深沟球轴承为例，国外名牌产品的寿命一般为计算寿命的8倍以上，Z高可达30倍以上，可靠性为98%以上（或追求与主机等寿命），而我国轴承的寿命一般为计算寿命的3～5倍，可靠性为96%左右。
　　1.7 特殊工况的轴承应用技术
　　我国特殊工况轴承更是存在相当大的差距。
　　正是由于我国轴承存在着以上从品种到性能质量方面的不足，因此，不仅在出口上，绝大部分为低档产品，每套轴承平均价格仅为0.4美元左右，不具有竞争力；而且在国内的一些重要主机或领域，例如民航飞机、高速铁路客车、中高档轿车、计算机、空调器、引进型重大装备等方面，基本上是进口轴承“一统天下”，而这些产业领域，又是国民经济的支柱产业或领域。
　　2　滚动轴承的应用维护
　　2.1 轴承损坏原因
　　当轴承损坏时可能导致非预期性的设备停机纵然时间是1h的停机，由于轴承的提前失效可能造成巨大的经济损失。若要确保设备健康运行，除了依靠优质的轴承外，还要注意正确的安装、定期维护和操作环境。轴承损坏的原因很多：①超出原先的预估设计负荷；②非有效的密封；③过紧的配合导致过小的轴承间隙等。实际上仅有一小部分轴承实际应用中损坏，大部分的轴承应用超过机器或设备本身的寿命。任何一种因素皆有其特殊的损坏形式，且会留下特殊的损坏痕迹。因此，检视损坏轴承，在大多数案例中可以发现其可能的诱因，并采取防范措施，防止再发生。总体来说，轴承损坏的原因有三分之一基于疲劳损坏，三分之一是润滑不良，其余三分之一是污染物进入轴承或安装处理不当。然而，这些损坏形式也与不同工业的使用环境条件有关，例如：纸浆与造纸工业多半是由于润滑不良或污染轴承造成损坏，而不是由于材料疲劳所致。
　　2.2 轴承损坏的机理
　　轴承从开始运转到个材料疲劳出现，这段时间的长短和轴承的转数、负载大小、润滑及干净度有关，疲劳是负载下剪应力周期性出现所形成的结果。经过一段时间后，这些剪应力便引发微小的裂纹，然后渐渐延伸至表面，当滚动件经过这些裂纹后，使有些裂块脱落，形成所谓的剥皮现象;随着剥皮情况继续扩大，轴承即损坏且不能使用；以上是关于疲劳的描述，它Z初发生在表面以下。
　　虽然Z初的剥皮情况通常非常轻微，但随着应力的增加及裂块的增多，导致剥皮面积蔓延，这种破坏过程通常持续很长一段时间，其明显可见的阶段是在噪声及振动增大的时候。因此，在轴承完全破坏以前，使用者有足够的时间去检测，并及时采取润滑保养措施或更换轴承。
　　当表面已形成裂纹且已延伸至材料内时，则表面局部应力集中即形成，原因是表面上的凸峰点互相碰撞的结果。由于碰撞所产生的塑性变形，导致裂纹生成的开始。如果相对于表面粗糙程度，若润滑油膜有适当的厚度时，则表面应力集中生成的机率即相当的低，然而，如果负荷超过Pu（疲劳负荷极限），则正常的材料疲劳迟早会发生。
　　2.3 润滑
　　轴承的应用通常考虑到特定的工作条件，如果任意更换不同的润滑脂、提高机器转速、提高负载、变更润滑系统等，常常会导致无法预期的负面影响。所以，更换轴承时，Z好不要任意改变工作条件，以免产生不良的结果。
　　2.3.1 润滑脂性能及应用
　　轴承的再润滑Z好是在计划的设备停机期间实施，并定期补充。同时将旧油脂清除掉或经由泄油塞将旧油脂挤出去，在加入新鲜油脂以前应将给油嘴擦拭干净。如果轴承箱没有给油嘴的设备，则应打开轴承箱盖或端盖以便去除旧油脂，然后补充相同的新鲜油脂。其主要性能如下。
　　2.3.1.1 防锈性能
　　轴承内的油脂必须要具有防锈效果，防锈剂Z好不溶于水。油脂应具有良好的附着力，可以在钢材表面形成一层油膜，纵使润滑脂在充满水的环境中也可维持。
　　2.3.1.2 机械稳定性
　　油脂在轴承运转时会变软，导致溢出。当有振动时，如果油脂的机械稳定性不够，油脂会不断被抛出轴承外，这样会使油脂皂的结构产生机械性崩解，油脂被破坏。
　　2.3.1.3 油封作用
　　油封是保护轴承和润滑脂以防止外来污染，不论杂物或湿气都不能渗入轴承内，以防造成破坏。正确的安装保养是发挥轴承Z长使用寿命的重要因素，同时必须注意轴承的干净度，轴承选择的正确及选用适当的安装与保养工具，并防止污染物及湿气污染。轴承配列的设计、油封的状况、润滑脂的型式及润滑周期，以及专门的保养皆同等重要。
　　2.3.1.4 更换油脂
　　绝不要把不能相容的油脂混合，如果两种不相容的油脂混合，通常稠度会变软，Z后可能会因油脂易流失而造成轴承损坏。如果不知道原先使用哪一种油脂，则先要清除轴承内外的旧油脂，方可补添新油脂。
　　2.3.1.5 油脂的分类
　　油脂的稠度和润滑能力受到工作温度的影响，可根据它们容许的工作温度来分类，在某个温度下操作的轴承必须要选择在同样温度下有正确稠度和良好润滑效果的油脂。油脂是以不同的工作温度范围来制造，可区分为低温用（LT）、中温用（MT）和高温用（HT）油脂。同时，有一类油脂称为EP（耐挤压）或EM（耐挤压并添加二硫化钼），加有添加剂以加强润滑油膜的强度。一般情况，当温度每升高10℃，润滑脂使用寿命便减少一半。
　　2.3.1.6 油脂的选择
　　选择一种油脂时，它的基油粘度在工作温度时能提供足够的润滑效果很重要，如果选择错误则所有预防轴承损坏的措施也会失效，油脂主要粘度受到温度的影响，它随着温度上升而下降，当温度下降时它则上升。所以，必须知道在工作温度时的基油粘度，机械制造者通常都会指定使用某种油脂，大部分的标准润滑脂可以使用的范围很广。以下是选择油脂的几个重要因素：①机械种类；②轴承种类与大小；③工作温度；④工作负荷情况；⑤速度范围（DmN值）；⑥工作情况，如振动和主轴的方向是水平或垂直；⑦冷却情况；⑧密封效果；⑨外围环境。
　　2.3.2 机油润滑特性
　　检视轴承的油位时，应确保所使用的机油型式是否正确及油位器的通气孔是否有阻塞。取出少量的机油作为样品和新机油比较：如果样品看似云雾状，那么可能是与水混合的结果，应更换掉；如果样品颜色变暗或变浓稠，那么机油可能已开始碳化，应将旧机油全部换掉，Z好用新鲜机油来冲洗轴承。更换机油时应确保所更换的机油型式相同，并且补充至所要求的油位。更具可靠性的方法则是通过分析样品来决定机油状况，如果机油受到污染则应更换油封或考虑过滤器。
　　使用油浴式润滑系统：①如果操作温度没有超过50℃～60℃，且机油没有受污染，则一年更换一次机油即可；②如果操作温度为100℃，则一年更换四次机油；③如果操作温度为120℃，则每月更换一次机油；④如果操作温度为130℃，则每星期更换一次机油；正确的安装保养是发挥轴承Z长使用寿命的重要因素。同时，必须注意轴承的干净度、轴承选择的正确性及选用适当的安装与保养工具。
　　3　状态监测
　　检查运行中机器的状况并预备详细的检查计划已越来越重要，其中又以轴承为注意焦点，因为它是所有机器中Z重要的旋转零件。状况监测是预防保养中重要的一环，早期检测出轴承破坏，以避免因轴承破坏所造成的非计划性保养期间的设备停机。假若不对轴承作定期检查、维护，即使Z优质的可靠产品，也会因磨损或故障而导致设备效率和使用寿命降低。
　　特别是重要机器或严苛环境中的轴承更应该经常检查。目前，市场上已出现相当多的系统和仪器，用来监测轴承，这些仪器中大部分是基于振动的量测；然而，并非所有机器皆装有这种先进的仪器。在这种情况下，机器的操作者或保养工程师必须对轴承的“故障信号”保持高度警觉，例如噪声、温度与振动。倾听、触摸和观察是三个重要的手段。以下提供的看法供您参考。利用听觉来辨识不规则的运转是一种很普通的方法，例如借助电子式听诊器来查觉某一零件的不正常噪声是有经验操作员常使用的方法。轴承若是处于良好的运转状况会发出低的呜呜声音，若是发出尖锐的嘶嘶声、吱吱声及其它不规则的声音，通常表示轴承处于不良的运转状况。尖锐的吱吱噪声可能是由于不适当的润滑所造成的；不适当的轴承间隙也会造成金属声；轴承外圈轨道上的凹痕会引起振动，并造成平顺清脆的声音；因安装所造成的敲击伤痕也会产生噪声，此噪声会随着轴承转速的高低而不同；若是有间歇性的噪声，则表示滚动件可能受损，此声音是发生在受损表面被辗压过时，轴承内若有污染物常会引起嘶嘶声；严重的轴承损坏会产生大而不规则的噪声。
　　轴承损坏固然可由听力来查觉，但是通常此时轴承非换不可。较好的方法例如使用诸如电子式状况监测仪器，预先诊断轴承的运转情况，比旧方法（使用一根木棍或螺丝刀抵在轴承箱上，另一端贴住耳朵）更能精确预估轴承的状况。
　　4　结束语
　　综上所述，滚动轴承并非通常意义上的简单机械零部件，而是一种包含了丰富技术内涵的机械产品。轴承工业作为机械基础工业，其技术水平的高低对一个国家的工业技术发展水平具有一定的代表意义。如果说，一个不具有轴承工业的国家，不是一个完整的工业化国家的话；那么，一个不具有先进轴承技术的国家，则很难说是一个拥有先进制造技术水平的国家。由于我国轴承工业与国外先进技术水平相比，目前还存在着很大差距;因此，更需要国家站在战略高度，予以更多更大的支持。正确的安装技术知识及工具，才能确保优质轴承不受损伤；而适当的润滑与维护保养计划，以及轴承状态监测工作，并且避免极高的温度、潮湿及污染的环境，是发挥轴承Z高寿命的重要因素。