油膜+滚动轴承

油膜轴承的基础知识一、什么是油膜轴承？油膜轴承是液体摩擦轴承的一种形式；按润滑系统供油压力的高低可分为静压轴承、静—动压轴承、动压轴承，通常习惯称动压轴承为油膜轴承。

油膜轴承由锥套、衬套、滚动止推轴承、回转密封、轴端锁紧装置等部分组成；或者说是轧辊一端所安装的全部零、部件的统称。

油膜轴承（动压轴承）是一种流体动力润滑的闭式滑动轴承。

在轴承工作时，带锥形内孔的锥套（锥度约1：5的锥形内孔与轧辊相联接）与轴承衬套（固定在轴承座内）工作面之间形成油楔（即收敛的楔形间隙）；当轧辊旋转时，锥套的工作面将具有一定粘度的润滑油带入油楔，润滑油产生动压力；当沿接触区域的动压力之和与轴承上的径向载荷相平衡时，锥形轴套与轴承衬套被一层极薄的动压油膜隔开，轴承在液体摩擦状态下工作。

动压轴承的压力分布是不均匀的，而且，由于相对间隙、滑动速度、润滑油粘度及锥、衬套的表面变形等不同而不同，其峰值压力区越小（即压力分布尖锐）承载能力就越低。

美国的摩根工程公司研制的Morgoil油膜轴承是其技术发展的典型代表，太原重工则是国内制造大型油膜轴承的唯一生产厂家。

二、油膜轴承形成的机理动压轴承油膜的形成与轴套表面的线速度、油的粘度、间隙、径向载荷等外界条件有密切关系。

可用雷诺方程描述：—油的绝对粘度—轴套表面的线速度★动压轴承（油膜轴承）保持液体摩擦的条件：1、楔形间隙、即h-hmin≠常数2、足够的旋转速度v3、合适的间隙4、足够的粘度、适当的纯净润滑油5、轴套外表面和轴承衬的内表面应有足够的精度和光洁度在可逆式中厚板轧机上能否使用油膜轴承，在最大载荷的前提下取决于最低的咬入速度和轧制节奏；中厚板轧机的油膜轴承使用的均为高粘度的润滑油，油膜的消失滞后于轧机的制动，只要轧机可逆运转的间隔时间小于油膜消失的时间，油膜轴承就能满足使用。

三、油膜轴承的发展二十世纪三十年代美国摩根工程公司首先把油膜轴承应用于轧机上至今，油膜轴承的技术已发生了巨大的进步。

1、结构上的改变A、油膜轴承锥套与轧辊的联接，从最初的承载区的键联接发展到今天的承载区无键联接，消除了锥套在键联接处受力的作用产生变形而导致的板厚呈周期性的波动；B、油膜轴承的轴向锁紧装置由机械锁紧发展到液压锁紧，极大的方便了油膜轴承的拆装，减轻了装配的劳动强度；C、油膜轴承的轴向定位方式，由止推法兰演变到单端止推轴承加轴向拉杆的方式，再发展到目前的双端止推轴承的结构形式，有效地控制了辊的轴向窜动，改善了密封效果。

注：采用滚动轴承止推的注意事项：滚动轴承的外座圈与轴承箱之间要有足够的间隙，保证在油膜厚度（或者说偏心率）变化的任何时刻，在径向自由移动不承受径向力；单独的供油系统，根据轧制速度供给充足的润滑油。

D、环保型的巴氏合金的开发、使用极大地改善了材料的蠕变性能，使衬套的寿命更长。

E、锥套结构尺寸的改变提高了油膜轴承的承载能力（即承载区的有键连接发展到无键连接）。

2、密封结构型式的进步油膜轴承密封的作用，其一，防止油膜轴承的润滑油外泄，其二是避免轧辊冷却水、润滑乳化液及氧化铁皮等进入到润滑系统中，污染润滑油导致润滑失效；任何形式的接触密封随着服役期的延长，其密封效果都将下降，直至失效；油膜轴承的密封式消耗件。

当今油膜轴承普遍使用的密封是DF密封，摩根油膜轴承在DF密封的基础上又开发出新一代的HD密封加挡水板的组合结构。

四、HD密封加挡水板的组合结构与DF密封的区别：1、密封端板封油腔的适当位置增设了均压孔，避免油腔出现正压现象，引起润滑油外泄。

2、密封端板封水腔的适当位置开设了泄水孔，防止水腔内积水过多，侵入到油腔进入润滑油系统。

3、挡水板固定在辊颈外的端面上，作用有二，其一是防止冷却水带着氧化铁皮直接冲刷水封，其二是杜绝了水封与轧辊端面直接接触及轧辊端面因锈蚀、粘附氧化铁皮等污物造成端面粗糙不平而对水封的损害；以及延长水封的使用寿命，降低污水侵入润滑油系统中的可能性。

★油膜轴承形成油膜的油量仅占总供油量的1/5左右，其余的油量只起冷却作用，油膜μ的最小厚度仅10μ。

润滑油流量是一个关键的性能参数，润滑油流量过多，将产生额外热量；润滑油流量太少，将不足以吸收产生的热量，也就不能使温度稳定下来。

★通常中厚板轧机油膜轴承润滑油的粘度均很高，所以确保回油顺畅是必须的。

★为获得轴承的最佳性能，首先应考虑合适的密封设计。

五、润滑油的物理性质1、密度; 单位体积内所含的该种润滑油的质量 kg/m32、粘度：表征油液粘性大小的物理量，它表示润滑油在所施加外力的作用下阻止位移的能力。

油液的粘度一般用动力粘度、运动粘度和条件粘度来表述。

A、动力粘度（μ、η）表示在润滑油液体层之间作相对运动时所产生的阻力。

在国际单位制（SI）中，其量纲为N ? s/m2 （或Pa ? s），在工程单位制（MKS）中，其量纲为kgf ? s/m2，在物理单位制（CGS）中，其量纲为dyn ? s/cm2，称为泊（P），有时用厘泊（cP）1cP=10-2 P。

B、运动粘度（ν）是到处物理量在SI 和MKS单位制中，ν的量纲为 m2 / s。

在CGS单位制中，ν的量纲为 cm2 / s,称为斯（St），有时用厘斯（cSt），（1cSt=10-2 St）。

C、条件粘度：通常用恩氏粘度也称恩格尔度（Engle grade)表示，它是用200cm3的被测润滑油在测量温度下的流出时间与200cm3的蒸馏水在20℃温度下的流出时间之比值来表示。

3、粘度指数（VI）：表示被测的油液随温度变化的程度与标准油液的变化程度比较的相对值。

因而粘度指数也用来表示润滑油的粘—温特性；对于大型轧机油膜轴承，其润滑油的粘度指数必须是VI>80。

当前经常采用的经验公式：式中：—被测油液在37.8℃（100℉）时的运动粘度（cSt）；—粘度指数为0的标准油液在37.8℃时的运动粘度（cSt），而其在98.9℃（210℉）时的粘度与被测油液的粘度相同；—粘度指数为100的标准油液在37.8℃时的运动粘度（cSt），而其在98.9℃时的粘度与被测油液的粘度相同4、粘—压关系：指润滑油的粘度与其所受的压力的关系；当压力升高时，油的粘度增大；反之亦然。

油的粘—压关系的指数表达式：式中：—压力为p时油液的动力粘度：—大气压力下油液的动力粘度：—压力影响系数，取决于油的化学成分和温度石油： =（1.5~4）?10-8 m2/N植物油和动物油： =（1 ~1.5）?10-8 m2/N一般情况下，粘度指数小的油，其粘度压力影响系数比粘度指数大的油要大，因为油的粘度在对热的敏感性提高的同时，对压力的敏感性也提高了。

5、粘—温关系：是由它的分子结构所决定的，温度对粘度的影响，与压力对粘度的影响相反；当温度升高时，油的粘度降低，而当温度降低时，则油的粘度增高，温度对粘度的影响较之压力对粘度的影响要显著的多。

油的粘—温关系的幂数表达式：式中：—温度为t℃时的粘度—温度为50℃时的粘度—因油液粘度而异的指数6、润滑能力：是指在摩擦表面上建立薄而坚固的润滑物质吸附膜的能力；油的润滑作用效果取决于它的性质、被油所隔开的固体表面的性质和润滑油分子与固体表面相互作用的特性。

润滑油的润滑能力表征油在边界润滑和部分半液体润滑状态下减少摩擦损失和降低工作表面磨损的性能，它取决于润滑表面上形成的薄吸附膜的强度；这个薄的油膜，象高弹性的多层结晶体，能承受大的正压力而不破坏，但在极小的切向力作用下即遭到破坏。

摩擦表面上的吸附膜因热力和机械作用力而破坏，在温度很高时，将因吸附膜中分子的动能超过与其相联表面的能量，致使分子成为液相。

对于不同的润滑油，各有一个临界温度，当温度高于临界温度时，摩擦表面的吸附膜即失去防止表面直接接触的能力。

从保持润滑油的润滑能力出发，控制轴承工作区域的油温是非常重要的；当然，从控制润滑油的品质（减缓老化等）和轴承的安全运行（不致因温度高，粘度急聚下降而减薄油膜厚度，破坏液体摩擦，甚而烧毁轴承）的角度来说，一般情况下，是不会达到临界温度的；但对于在高温下工作的轴承，控制临界温度则是十分重要的。

弹性流体动压润滑—当摩擦表面的弹性变形和润滑液体压力—粘度效应对润滑膜厚度和压力分布起显著影响时的一种流体动压润滑。

7、颜色用来鉴别润滑油精质程度和使用过程中老化情况的标志；质量优良的油品，颜色是均一的、澄清的、不混浊、不出沉淀。

精质程度愈深的油，颜色愈清亮透明；新的矿物油，一般都有荧光反应；使用过的油颜色会逐渐变深；轻质油品常常可以根据颜色变深的程度，而决定是否应该换油。

8、闪点油品在一定条件下加热，当油蒸汽和周围空气形成的混和物与火焰接触，发生闪火的最低温度称为闪点。

闪点是润滑油的生产、储存、运输，特别是使用的一项重要的安全指标。

9、凝点是评定润滑油在低温下流动性的指标，在一定程度上，可以反映润滑油能够正常工作的最低温度界限。

它是油品在一定条件下失去流动性的最高温度。

10、酸值中和1克润滑油所需要的KOH毫克数（写作毫克KOH/克）称为酸值。

润滑油在使用过程中要逐渐氧化，生成过氧化物而转变为有机酸；一般来说，油品使用时间越长，其酸值就会越大。

11、水溶性酸、碱指能溶于水中的无机酸或碱，以及低分子有机酸和碱性化合物等物质；新油除了因添加剂等原因外，一般不应有水溶性酸或碱。

12、机械杂质凡是呈沉淀或悬浮于润滑油中，不溶于汽油或苯，可以过滤出来的物质，统称为机械杂质。

一般为沙粒、锈皮、金属末以及不溶于溶剂的沥青胶质和过氧化物等。

13、水分润滑油中的水分，是指润滑油中含水量的百分数；油品中的水分，主要是储存、运输及使用过程中混进去的。

14、灰分指在规定条件下，灼烧定量的试样油所剩下的不能灼烧的物质。

灰分的大小在一定程度上表现出石油产品的精制程度和油中矿物性杂质的含量。

15、残炭润滑油加热蒸发后生成的焦黑色残留物。

油品残炭值是控制润滑油精制程度的一项主要商品指标。

16、抗乳化度润滑油在规定条件下与蒸馏水混合，通入水蒸气后，使油样乳化，乳化液在一定温度下静置，使油水达到完全分层所需的时间，称为抗乳化度或叫破乳化时间，以分为单位。

时间越短，说明抗乳化液能力越好。

17、腐油试验测定润滑油在一定条件下对金属腐蚀所引起的颜色变化；主要是检查润滑油中有机酸、碱对金属的腐蚀情况。

六、润滑油的主要作用1、减少摩擦和磨损在机器中机构的摩擦表面之间加入润滑材料、使相对运动的机件摩擦表面不发生或少发生直接接触，从而降低摩擦系数，减少磨损，这是机器润滑的主要目的。

2、冷却作用机器在运转中，因摩擦而消耗的功全部转化为热量，引起摩擦表面温度的升高；当采用润滑油进行润滑时，润滑油不断从摩擦表面吸取热量加以散发或通过一定的流量将热量带走，使摩擦表面温度降低。

3、防止腐蚀摩擦表面的润滑油层使金属表面和空气隔开，保护金属不产生锈蚀。