润滑因素与滚动轴承失效的关系研究

润滑因素与滚动轴承失效的关系研究

发表时间：2019-02-22T13:38:29.390Z 来源：《防护工程》2018年第32期作者：朱惟佳

[导读] 会造成滚动轴承非正常失效，寿命降低，甚至出现机械故障，给用户带来不必要的损失。

南京高精齿轮集团有限公司江苏南京 210012

摘要：滚动轴承是机械中广泛应用的标准零部件，典型的滚动轴承由内圈、外圈、滚动体和保持架组成的，它具有摩擦阻力小、效率高、易于起动、润滑方便、互换性好等优点，但也存在抗冲击能力差、高速时噪声大等缺点。在实际使用中，对滚动轴承工作性能知识了解不多，使用维护不当，会造成滚动轴承非正常失效，寿命降低，甚至出现机械故障，给用户带来不必要的损失。

关键词：滚动轴承；失效机制；润滑脂

引言：

近年来，在滚动轴承材料、加工工艺和精度、质量管理等方面虽然取得了长足进步，但是滚动轴承在工作过程中，不可避免地会出现各种失效，使得滚动轴承的振动和噪声增大、运转精度降低，甚至会导致机械设备故障和安全事故的发生，造成不可估量的损失。因此，研究滚动轴承的失效机制，对降低机械设备故障率、延长轴承寿命和提高轴承可靠性等方面具有十分重要的意义。

但是目前在这方面的研究，仍然主要集中在研制高性能轴承材料和高精度轴承加工设备，或是通过改进轴承密封圈的结构和材料以提高轴承密封性能，而在一定程度上忽视了润滑剂在保障轴承正常运转所起到的关键作用。润滑剂作为轴承正常工作必不可少的组成部分，其性能直接关系到轴承的正常运转以及使用寿命，因此，研究润滑剂与轴承失效的相互作用机制，对研制高性能轴承润滑剂和延长轴承寿命具有重要意义。

1 滚动轴承失效机制分析

1.1 接触疲劳失效

接触疲劳失效是滚动轴承最常见的失效形式,是轴承表面受到交变应力的作用而产生的失效。滚动轴承在高接触应力作用下,通过多次的应力循环后,在套圈或滚动体工作表面的局部区域产生小片或小块金属剥落,形成麻点或凹坑,从而引起振动,噪声增大,温度升高,磨损加剧,最终导致轴承不能正常工作的现象称为接触疲劳失效。根据材质、工作条件、润滑条件等因素,接触疲劳失效可分为点蚀与剥落。

1.2 磨损失效

工作过程中,轴承零件之间相对滑动摩擦导致工作表面金属不断损失的现象叫磨损。持续的磨损会使轴承零件尺寸和形状变化,配合游隙增大,工作表面形貌恶化而丧失旋转精度,由此引起工作温度升高、振动、噪声、摩擦力矩增大等,导致轴承不能正常工作的现象叫磨损失效。磨损可分为:磨粒磨损、粘着磨损、腐蚀磨损、微动磨损和疲劳磨损等,其中常见的是磨粒磨损和粘着磨损。磨粒磨损是由于外界硬质颗粒或碎裂的金属进入轴承滚道而引起的磨损。其磨损表面有被磨粒摩擦留下的细槽痕迹,或因压溃而出现的麻点。粘着磨损是一组相对运动的表面金属,由于直接接触使材料从一个表面转移到另一表面的现象。

1.3载荷造成的失效分析

滚动轴承按照其所承受载荷的方向不同，分为向心轴承、向心推力轴承和推力轴承三大类。向心轴承主要承受径向载荷，向心推力轴承既可承受径向载荷又可承受轴向载荷，推力轴承主要承受轴向载荷。

轴承在径向载荷的作用下，轴承滚动体和内外圈接触处受脉动循环应力的作用，产生疲劳点蚀，轴承运转达到一定时间后，使轴承滚动体、内外圈滚道失去原来的形状，轴的旋转精度降低，机器的振动和噪声增加，最终造成轴承失效。

1.4断裂失效

滚动轴承的内外圈、滚动体和保持架,在一定的条件下都可能出现危害性很大的断裂失效。断裂的主要原因有过载和缺陷两大因素。由于外加载荷超过轴承零件材料强度极限,造成轴承零件断裂称为过载断裂。另外,由于轴承零件存在着微裂纹、缩孔、气泡和大块外来夹杂物等缺陷,在正常载荷作用下,也会在缺陷处引起断裂,称为缺陷断裂。

2滚动轴承的使用维护

2.1保证轴承受载均匀

机器起动要平稳，加载时载荷逐渐增大，工作过程中载荷要稳定，不能忽大忽小，严格避免轴承承受过载或过大的冲击载荷。

2.2润滑和密封措施要正确

（1）定期检查和更换润滑剂。发现润滑剂量不够而且没有变质，加装润滑剂到规定的量。如果润滑剂变质，就要更换润滑剂，更换时把旧润滑剂放干净，并清洗轴承和有关零部件，装入新润滑剂要达到机器说明书上规定的量，不能多也不能少，润滑油要看标尺，润滑脂达到填充空间的1/2~1/3为宜。

（2）使用质量可靠的润滑剂，润滑剂牌号要同机器说明书上的牌号一致。

（3）机器不能长时间闲置不用，如果需要闲置，要让机器经常活动，防止轴承生锈和润滑剂变质。机器闲置后再使用时，要认真检查润滑部分，特别是重点检查用润滑脂润滑的轴承，如果润滑脂变质硬化，要清洗轴承和润滑部位，加装新润滑脂。

（4）加装新润滑剂后，开动机器运转，测量轴承部位的温度，如果温度过高（一般应不超过70℃），应停机检查润滑剂的质量，润滑剂质量有问题应及时更换。

（5）密封和润滑是密不可分的，要经常检查轴承润滑密封元件，发现漏油或灰尘等杂物进入轴承内部，要清洗轴承和润滑部位，并更换密封元件。

2.3正确安装和拆卸轴承

（1）安装前应清洗干净轴承、轴颈和轴承座孔，安装时，应使用专用工具将轴承平直均匀地压入，不要用铁锤等硬物直接在轴承上敲击。如果没有专用工具，应垫以铜棒或木棒，然后锤击，对轴承所施加的压力，平均分布在轴承的内圈（装轴）和外圈（装孔）上，切勿单方向施加压力，以防轴承倾斜而挤压坏配合表面或安装偏心。

（2）轴承安装时，轴承在轴颈和轴承座孔试装，如果配合过紧或过松，不继续安装，而是选用与轴颈和轴承座孔配合适合的轴承安

装，如果轴颈或轴承座孔有偏差，应修复轴颈或轴承座孔后安装。

（3）轴承安装后，开动机器运转，测量轴承部位外壳温度和听响声。如果温度过高，说明游隙太小；如果响声异常，说明游隙过大。停机后针对检查出的问题，进行轴承游隙的调整。

（4）轴承损坏后需要拆卸，有的轴承需要卸下来进行清洗、检查，拆卸时应特别注意施压不能通过滚动体传递，以避免损坏轴承保持架，有条件应尽量使用拉拨器将轴承缓缓拉出。如果没有拉拔器，应垫以铜棒或木棒，然后轻轻锤击来拆卸轴承，拆卸时还要注意不损坏轴颈或轴承座孔表面。

3润滑膜厚度对疲劳寿命的影响

进行的滚动轴承耐久试验表明，润滑油膜厚度对疲劳寿命具有显著影响。润滑油膜的润滑效果取决于润滑油膜相对厚度。

滚动轴承在完全流体润滑的情况下达到最长寿命，此时滚动接触的金属表面被润滑剂完全分开。然而在一定的工况(低速、极高载荷、高温)下只能建立起薄的、部分润滑油膜，金属之间发生接触，出现粘着，局部不可避免地出现较高的法向和切向应力，使寿命大大减少。在寿命模型中考虑了膜厚/综合粗糙度比和粗糙峰锐度量对表面缺陷的影响，膜厚/综合粗糙度比也会影响有效牵引系数。进行了弹性流体动压力分布峰值对应力场和滚动寿命影响的参数化研究，结果表明，压力峰高度、半宽和滑动牵引系数增加，或者压力峰数量减少，将导致近表面应力场增加，滚动寿命降低。

结束语：

（１）在各种滚动轴承失效形式中，磨损是主要的失效表现形式，且各种失效形式与润滑因素有密切关系。

（２）滚动轴承失效产生的原因主要是由于润滑脂润滑性能不能满足实际工况的需要，而不是由于滚动轴承本身制造和加工等方面引起的。

（３）滚动轴承失效会使得润滑脂中混入磨损颗粒、外部环境中的泥沙和水分以及滚道表面形貌发生变化等，而这些因素会影响润滑脂的润滑性能和成膜特性，且润滑脂润滑性能的下降会促使滚动轴承失效的加剧。

参考文献：

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