滾動軸承壽命與潤滑及其清潔度關系分析

摘 要：滾動軸承在機械工程的各個領域都有著廣泛的應用，采用滾動軸承的機械設備壽命一般直接與其壽命長短有著直接聯系。而在影響滾動軸承壽命的因素中，潤滑與清潔度對其壽命影響頗大，為了提高滾動軸承的壽命，保證機械設備的穩定運行，文章主要對潤滑及其清潔度兩個因素進行分析，并綜合分析兩個因素對軸承壽命的影響。

關鍵詞：滾動軸承；壽命；潤滑；清潔度；關系分析

引言

隨著機械行業的快速發展，企業單位或個人用戶對機械設備的要求越來越高，隨之帶來的便是對產品質量要求的提高。而滾動軸承廣泛應用于各種設備中，滾動軸承的壽命對機械設備的使用影響也日增顯著，因此，人們對滾動軸承的壽命要求也同時提高，需要分析潤滑和清潔度對軸承壽命的影響，找出它們之間的關系，以提高軸承使用壽命。

1 潤滑對滾動軸承接觸疲勞壽命的影響

滾動軸承之所以能承載負荷，是利用滾動接觸的形式來實現的，對潤滑表面和接觸表面要求很高，防止出現應力集中的情況。因此，要想在潤滑方面采取措施以提高滾動軸承的使用壽命，必須采用良好的潤滑手段。如果發現滾動軸承的摩擦狀態是邊界潤滑時，繼續使用而不加強潤滑措施，就會導致滾動軸承滾子與滾圈之間的直接接觸，產生金屬摩擦。由于沒有潤滑劑的作用，這樣的金屬摩擦會嚴重降低滾動軸承的使用壽命，使得機械設備的使用壽命也受到極大影響。但是如果一直具有良好的潤滑，滾動軸承滾子與滾圈之間不直接接觸，其間充滿著潤滑膜，不會出現金屬直接接觸摩擦的情況，這樣滾動軸承的使用壽命會大大提高。美國學者Taillian于1967年對球軸承進行了大量的實驗研究，同時Skurka于1970年對滾子軸承也進行了大量的實驗研究，他們得出了潤滑條件不同的情況下，滾動軸承的使用壽命與潤滑油膜厚比之間的關系，結論表明，提高潤滑油膜厚比，可以成倍地提高滾動軸承的使用壽命[1]。如何保證滾動軸承的接觸疲勞壽命一直是國內外許多專家學者的研究方向。滾動軸承的接觸疲勞壽命不僅與與其材料結構有關，同時與潤滑劑的性能有著極大的關系。但是對滾動軸承潤滑劑研究，如添加劑的類型不同、潤滑劑的性能指標等對滾動軸承接觸疲勞點蝕的研究并不多。有相關研究者采用四球機摩擦試驗機，對其進行改造而成的滾動軸承接觸疲勞試驗機，并初步探究了一些潤滑添加劑對滾動軸承解除疲壽命的影響[2]。鑒于國內外的相關研究人員的試驗方法不同，試驗形式各異，潤滑劑的添加類型更是各式各樣，潤滑作用的機理也大不相同，導致所得結論也是各不相同。

2 清潔度對滾動軸承使用壽命的影響

滾動軸承的表面如果沒有特殊防護，會造成許多灰塵、污染物、磨損產生的碎屑以及氧化鋁、二氧化硅微小粒子吸附在上面，導致滾動軸承工作時會出現磨料式的摩擦方式，會導致滾動軸承的滾子與滾圈之間的摩擦接觸位置產生嚴重的磨損，嚴重時導致滾子破碎或滾圈斷裂，軸承壽命大大降低。而產生粉塵污染源之一的原因便是潤滑劑的清潔度不夠，沒有進行有效的過濾，機械顆粒超過標準值。國內對潤滑劑污染程度與軸承使用壽命關系的定量研究已經取得一定成效。在國外，倫敦帝國大學的Bhachu等人、美國國家宇航局劉易斯研究中心的Loewenthal等人分別于1981年和1978～1982年，分別對滾子軸承和球軸承再不同顆粒精度的潤滑劑作用下，分析了軸承使用壽命的變化影響。最后提出在顆粒精度越小、潤滑劑越清潔的情況下，滾動軸承的使用壽命能大幅度提高[3]。

3 潤滑及其清潔度對滾動軸承使用壽命的綜合影響考慮

軸承壽命的早期計算方法是蘭德貝格和帕姆格林提出的L-P方程[4]，該方程使用的條件必須是良好潤滑狀態下，沒有針對潤滑條件改變導致軸承壽命出現改變的考慮，因此國際上提出了新的計算軸承壽命的方法。該新方法的計算式為：

其中α1是可靠性系數，在可靠性為90%、95%、96%、97%、98%、99% 時，相應的值分別為1、0.62、0.53、0.44、0.33、0.21。

α23是綜合壽命修正系數，它能夠反映潤滑條件對滾動軸承壽命影響，查取方式是根據潤滑劑粘系數K=V/V1來進行。ε是指數，球軸承為3，滾子軸承為10/3。

SKF工程研究中心于1989年對上述計算式進行了修正，引入αSKF綜合壽命系數，得到新的計算式：

αSKF的取值方法是根據K及（P1/P）來進行查取的。

以SKF公司的深溝球軸承6210為計算目標。它的額定動載荷C=35.1kN，轉速n=4000r/min，可靠度90%（即α1=1）。經過試驗比對，并利用上述計算式計算，在軸承以相同類型、材料、尺寸及工作條件的情況下，可以知道軸承壽命系數正比于潤滑劑的粘度及清潔度系數，軸承修正額定壽命以壽命修正系數為代表，與粘度系數緊密相關。當滾動軸承滾子與滾圈之間充滿潤滑劑時，金屬通過潤滑劑而完全分開，不會直接接觸摩擦，此時軸承處于全膜彈流的潤滑狀態，幾乎不會產生任何的磨損，使得滾動軸承的使用壽命大大提高。另一方面，保證滾動軸承的潤滑清潔度越高，就能夠提高滾動軸承的使用壽命，因為清潔度的高低直接反映了滾動軸承上所吸附的微粒的數量及大小，清潔度越高，微粒越少越小，就會實現滾動軸承的良好潤滑，壽命提高。

4 結束語

良好的潤滑以及較好的清潔度能夠保證滾動軸承的良好運行，使滾動軸承的使用壽命提高數倍甚至數十倍，其中清潔度較良好的潤滑本身作用更顯著。因此，如果一些機械設備的要求較為特殊，且所處的工作環境較惡劣時，一定要針對潤滑劑進行過濾，采用高效的防護措施，保證滾動軸承的潤滑條件，實現軸承使用壽命的提高。

參考文獻

[1]許聰，李猛，景敏卿，等.超聲法測量圓柱滾子軸承潤滑油膜厚度[J].西安交通大學學報，2015，49（10）：61-66.

[2]盛晨興，段志和，馬奔奔，等.桌面四球摩擦磨損試驗機的研制[J].潤滑與密封，2014（8）：93-98.

[3]黃志清.潤滑系統對高線精軋機輥箱油膜軸承使用壽命的影響[J].潤滑與密封，2014，39（6）：129-132.

[4]王保民，杜冰，張旭，等.預緊對高速角接觸球軸承疲勞壽命的影響[J].蘭州理工大學學報，2015，41（6）：43-47.