提高軸承的壽命和穩(wěn)定
提高軸承的壽命和穩(wěn)定
- 2020/12/11 13:44:04
前言
隨著軸承制造技術(shù)的進(jìn)步和用戶(hù)需求水平的提高，潤(rùn)滑軸承的重要性和質(zhì)量指標(biāo)所占的比重大大提高，這貫穿于軸承的設(shè)計(jì)、制造和使用過(guò)程，尤其是密封軸承，潤(rùn)滑脂已成為軸承的重要組成部分。潤(rùn)滑油的使用是否科學(xué)合理將成為決定軸承壽命的關(guān)鍵因素之一。在潤(rùn)滑脂的設(shè)計(jì)和選擇中，通常考慮以下幾個(gè)方面。
潤(rùn)滑對(duì)軸承壽命的影響
一. 潤(rùn)滑參數(shù)對(duì)軸承性能的影響
潤(rùn)滑管理過(guò)程的重要技術(shù)參數(shù)是潤(rùn)滑膜的厚度，而潤(rùn)滑劑粘度是影響進(jìn)行潤(rùn)滑膜厚度的重要經(jīng)濟(jì)因素，通常對(duì)潤(rùn)滑膜厚度的要求是企業(yè)能夠擁有超過(guò)其他兩個(gè)貿(mào)易摩擦體表面粗糙度凸起的峰值，從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)中國(guó)摩擦副的隔開(kāi)，通常我們認(rèn)為潤(rùn)滑膜厚度應(yīng)是表面粗糙度值的四倍以上。潤(rùn)滑劑粘度確定的常用教學(xué)方法一是用理論基礎(chǔ)計(jì)算，二是膜厚模擬測(cè)量，三是社會(huì)經(jīng)驗(yàn)檢查。無(wú)論哪種方式方法，大多數(shù)軸承的潤(rùn)滑都利用與潤(rùn)滑膜厚度相關(guān)的粘度指標(biāo)。如果學(xué)生不能有效降低軸承系統(tǒng)工作環(huán)境表面粗糙度從而導(dǎo)致無(wú)法減小潤(rùn)滑膜厚度，其結(jié)果是造成潤(rùn)滑油脂的粘度大大提高超過(guò)公司實(shí)際生活要求數(shù)值。粘度增大自己可以同時(shí)保證潤(rùn)滑膜的厚度，但潤(rùn)滑油脂的剪切強(qiáng)度也會(huì)加大，引起潤(rùn)滑油脂內(nèi)摩擦加劇，更多資源消耗機(jī)器的能量。在大批量低精度的軸承潤(rùn)滑問(wèn)題上，由于對(duì)于這些存在缺陷不很突出，所以他們往往在日常學(xué)習(xí)工作中還是沒(méi)有變化引起人們足夠重視。
設(shè)備的升級(jí)換代大大提高了軸承的制造精度。振動(dòng)和噪聲是測(cè)量軸承質(zhì)量的主要指標(biāo)，軸承摩擦子潤(rùn)滑膜保持良好，能有效保持低狀態(tài)的振動(dòng)和噪聲。振動(dòng)和噪聲通常是軸承擬合后測(cè)量的值，軸承中低振動(dòng)和低噪聲可以保持的時(shí)間長(zhǎng)度不注意。在軸承達(dá)到使用壽命之前，軸承的振動(dòng)噪聲在軸承運(yùn)行過(guò)程中會(huì)波動(dòng)，其波動(dòng)隨潤(rùn)滑劑工作條件的變化而變化，當(dāng)軸承的工作條件不符合潤(rùn)滑劑執(zhí)行潤(rùn)滑效果所需的條件時(shí)，軸承振動(dòng)噪聲也會(huì)相應(yīng)變壞。隨著軸承工作環(huán)境的變化，如溫度升高，當(dāng)潤(rùn)滑劑的性能得到充分利用時(shí)，軸承的振動(dòng)噪聲將顯著降低，但隨著軸承運(yùn)行時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑功能將逐漸喪失，軸承的振動(dòng)噪聲也會(huì)上升。一般來(lái)說(shuō)，軸承的初始振動(dòng)噪聲與軸承制造精度有很大關(guān)系，在軸承運(yùn)行一段時(shí)間后，其潤(rùn)滑性能對(duì)振動(dòng)噪聲的影響更加突出。潤(rùn)滑劑的粘附性、粘度、溫度性能、耐磨性等因素都影響低振動(dòng)噪聲壽命的保持時(shí)間，可以看到振動(dòng)噪聲的大小在軸承的工作狀態(tài)下，不僅取決于軸承制造的準(zhǔn)確性，在很大程度上取決于軸承潤(rùn)滑脂的性能。作為軸承制造企業(yè)，應(yīng)充分考慮軸承的組成、性能、潤(rùn)滑模式、軸承運(yùn)行條件等對(duì)潤(rùn)滑劑等因素，以有效保證軸承振動(dòng)噪聲能夠繼續(xù)保持良好的水平。
二.潤(rùn)滑對(duì)軸承摩擦磨損的影響
機(jī)械技術(shù)設(shè)備中旋轉(zhuǎn)部位之所以可以廣泛研究采用滾動(dòng)軸承，其主要教學(xué)目的之一就是通過(guò)降低旋轉(zhuǎn)部位的摩擦。隨著我國(guó)新型企業(yè)設(shè)備的層出不窮，要求學(xué)生更加能夠有效地進(jìn)行降低貿(mào)易摩擦的場(chǎng)合越來(lái)越多，如要求低能耗的家用電器軸承、采用傳統(tǒng)電池為能源的動(dòng)力系統(tǒng)傳動(dòng)軸承、充電便攜式電動(dòng)工具用軸承等。而降低軸承運(yùn)轉(zhuǎn)摩擦的有效管理手段除了軸承套圈和滾動(dòng)體材料、尺寸、結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上的考慮外，潤(rùn)滑劑的性能起著重要主導(dǎo)地位作用，一般潤(rùn)滑油脂的摩擦相關(guān)系數(shù)大約0.02，鋰基潤(rùn)滑油脂的摩擦系數(shù)可低至0.007；同時(shí)，降低潤(rùn)滑油脂產(chǎn)品本身的內(nèi)摩擦，也是為了減小摩擦的有效方法手段，而潤(rùn)滑油脂粘度是影響內(nèi)摩擦的主要環(huán)境因素。通常在摩擦從而達(dá)到社會(huì)持續(xù)高強(qiáng)度學(xué)習(xí)狀態(tài)時(shí)，軸承工作人員表面質(zhì)量就會(huì)開(kāi)始出現(xiàn)嚴(yán)重磨損現(xiàn)象，隨著磨損的持續(xù)不斷擴(kuò)展，最終可能導(dǎo)致軸承工作目標(biāo)表面失去疲勞強(qiáng)度，造成報(bào)廢。
雖然摩擦是導(dǎo)致磨損的一個(gè)因素，但軸承磨損的原因絕不僅僅是摩擦。在軸承工作狀態(tài)下，潤(rùn)滑油在摩擦副表面形成多層分子網(wǎng)格或邊界膜，邊界膜之間的內(nèi)聚力具有一定的承載能力。決定潤(rùn)滑狀態(tài)的重要因素在于邊界膜抗開(kāi)裂的能力——邊界膜的強(qiáng)度。與潤(rùn)滑有關(guān)的磨損形式有以下幾種:由于潤(rùn)滑油膜和邊界膜強(qiáng)度不足，容易引起粘著磨損和表面疲勞磨損；由于潤(rùn)滑油膜厚度小，摩擦副發(fā)生剛性接觸，潤(rùn)滑劑中含有大尺寸磨粒等雜質(zhì)，潤(rùn)滑劑排斥磨粒的能力低，容易造成磨粒磨損；潤(rùn)滑脂本身是一種化學(xué)物質(zhì)，可能會(huì)腐蝕金屬，造成磨損。綜上所述，為了減少或避免與潤(rùn)滑相關(guān)的軸承磨損的發(fā)生，在設(shè)計(jì)和選擇潤(rùn)滑劑時(shí)，應(yīng)綜合分析上述磨損情況，如潤(rùn)滑脂中含有的化學(xué)成分對(duì)應(yīng)用金屬的腐蝕等。而制造軸承所用的金屬部件比較單一，普通潤(rùn)滑脂很少有機(jī)會(huì)腐蝕它們。
三.軸承進(jìn)行工作環(huán)境參數(shù)對(duì)潤(rùn)滑的影響
1.溫度對(duì)潤(rùn)滑的影響
潤(rùn)滑油是大多數(shù)軸承的潤(rùn)滑方式，潤(rùn)滑油的特性決定了其適用的溫度范圍，無(wú)論是脂潤(rùn)滑還是油潤(rùn)滑，其潤(rùn)滑性能都受到溫度變化的影響，主要表現(xiàn)為：溫度過(guò)高時(shí)，潤(rùn)滑油會(huì)加速化學(xué)劣化，失去潤(rùn)滑能力，潤(rùn)滑油的粘度變得足夠低，形成足夠的油膜厚度，導(dǎo)致油脂泄漏和振動(dòng)噪聲增加。
軸承溫度上升的主要原因是軸承部件工作面摩擦子之間的摩擦產(chǎn)生熱量，摩擦邊之間的摩擦系數(shù)可以通過(guò)潤(rùn)滑脂有效降低;二是軸承操作過(guò)程中潤(rùn)滑脂本身的內(nèi)部摩擦產(chǎn)生熱量，潤(rùn)滑脂的粘度能有效控制這部分溫度上升的產(chǎn)生。溫度升高潤(rùn)滑脂粘度降低有利于摩擦方的冷卻潤(rùn)滑，而粘度降低不利于防止摩擦側(cè)接觸油膜的形成，從某種意義上說(shuō)，溫度升高的兩種原因與控制方法有時(shí)矛盾，需要平衡考慮，根據(jù)軸承使用的不同操作條件，合理選擇不同成分的潤(rùn)滑脂，可以有效擴(kuò)大潤(rùn)滑脂的應(yīng)用范圍，提高潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑效果。我們通常只注意正常工作環(huán)境溫度對(duì)成品軸承潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑效果，由于軸承工作過(guò)程中溫度升高的現(xiàn)象，會(huì)使?jié)櫥臓顟B(tài)發(fā)生變化，因此，在確定軸承潤(rùn)滑脂的類(lèi)型時(shí)，除了考慮軸承的正常工作溫度外，對(duì)軸承自身工作溫度上升的影響不容忽視。
2.轉(zhuǎn)速對(duì)潤(rùn)滑的影響
軸承潤(rùn)滑油的質(zhì)量與軸承的工作轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。當(dāng)軸承啟動(dòng)或運(yùn)轉(zhuǎn)初期轉(zhuǎn)速較低時(shí)，潤(rùn)滑劑不能形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑膜。此時(shí)，摩擦副依靠靜油膜潤(rùn)滑。因此，低速鋰基潤(rùn)滑脂和皂化脂均為油基劑，對(duì)金屬有良好的吸附作用，在非動(dòng)態(tài)狀態(tài)下易形成靜態(tài)油膜，因此，潤(rùn)滑油中加入油性劑或摩擦改進(jìn)劑、極壓劑等填料。
當(dāng)軸承處于高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，從摩擦副的位置開(kāi)始用離心力潤(rùn)滑，導(dǎo)致工作表面缺少潤(rùn)滑油。高速旋轉(zhuǎn)的剪切力降低了油的粘度和稠度，同時(shí)，工作表面的高速摩擦，會(huì)使?jié)櫥考臏囟壬?。因此，在確定軸承潤(rùn)滑脂的高速運(yùn)行工況時(shí)，在設(shè)計(jì)和選用時(shí)應(yīng)考慮許多因素，如交變載荷增加引起接觸疲勞概率的增加、油脂在摩擦部位的粘附、溫升較大時(shí)向工作面及時(shí)供油的能力、提高油脂的抗剪切性、降低溫升或耐高溫性等。在降低溫升功能方面，通過(guò)及時(shí)向高速運(yùn)轉(zhuǎn)的摩擦副和流動(dòng)冷卻摩擦表面重新供油，油霧潤(rùn)滑優(yōu)于脂潤(rùn)滑。
3.載荷對(duì)潤(rùn)滑的影響
物體之間的摩擦力由接觸面壓力和接觸面材料的摩擦系數(shù)決定。軸承套圈和滾動(dòng)體的材料一般為GCr15鋼，可以認(rèn)為摩擦系數(shù)基本不變，所以影響摩擦的主要原因是軸承承受的載荷。當(dāng)載荷較大時(shí)，很容易使摩擦副表面的潤(rùn)滑膜破裂，在軸承工作面形成粘著磨損，嚴(yán)重時(shí)造成摩擦副咬死。潤(rùn)滑脂一般使用二硫化鉬、石墨、聚四氟乙烯等固體潤(rùn)滑添加劑來(lái)提高摩擦表面的潤(rùn)滑能力，但使用固體潤(rùn)滑添加劑會(huì)增加軸承運(yùn)行的噪聲值，限制了其應(yīng)用和推廣。另外，在軸承的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，摩擦副的實(shí)際接觸表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于從外觀上看的工作面積。因此，即使軸承承受的載荷很小，也會(huì)在摩擦副表面形成很大的接觸壓力，導(dǎo)致摩擦副的粘著磨損。因此，雖然有些軸承在較高載荷條件下不工作，但應(yīng)使用含有極壓劑的潤(rùn)滑脂。雖然使用這種潤(rùn)滑脂會(huì)增加一些成本，但在提高軸承在某些特殊工況下的使用壽命和可靠性方面，性?xún)r(jià)比更好。
4.環(huán)境生物相容性對(duì)潤(rùn)滑的影響
一般來(lái)說(shuō)，潤(rùn)滑脂對(duì)橡膠的影響往往被軸承制造業(yè)忽視，這主要是因?yàn)槌Ｓ玫妮S承橡膠密封圈的材料組成，不會(huì)損壞它，也不會(huì)影響軸承的性能。
結(jié)束語(yǔ)
在軸承的設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，潤(rùn)滑油的性能與性能密切相關(guān)，速度、載荷影響潤(rùn)滑劑的作用，以及潤(rùn)滑劑影響噪聲、磨損、腐蝕等重要指標(biāo)的作用。因此，軸承制造商應(yīng)充分注意潤(rùn)滑油的選擇。保證軸承成品質(zhì)量的不僅是傳統(tǒng)三大部件的鎖、軋機(jī)、支架、潤(rùn)滑劑在軸承操作過(guò)程中對(duì)機(jī)器的作用不容忽視，而且對(duì)軸承壽命也有著顯著的影響。