轴承的润滑与使用寿命

        随着轴承制造技术的进步和用户的需求水平的提升，润滑轴承的重要性和质量指标占有率的比例大大提高，贯穿于轴承设计、制造、应用的流程中，特别是密封轴承，润滑脂已经成为了轴承的重要组成部分。润滑剂使用得是否科学合理，将成为决定轴承寿命的关键因素之一，在设计、选择润滑油脂时，通常从以下几方面来考虑。
一、润滑对轴承寿命的影响
1.润滑剂参数对轴承的影响
        润滑过程的重要参数是润滑膜的厚度，而润滑剂粘度是影响润滑膜厚度的重要因素，通常对润滑膜厚度的要求是能够超过两个摩擦体表面粗糙度凸起的峰值，从而实现摩擦副的隔开，通常认为润滑膜厚度应是表面粗糙度值的四倍以上。润滑剂粘度确定的常用方法一是用理论计算，二是膜厚模拟测量，三是经验检查。无论哪种方法，大多数轴承的润滑都利用与润滑膜厚度相关的粘度指标。如果不能降低轴承工作表面粗糙度从而无法减小润滑膜厚度，其结果是造成润滑油脂的粘度大大超过实际要求数值。粘度增大可以保证润滑膜的厚度，但润滑油脂的剪切强度也会加大，引起润滑油脂内摩擦加剧，更多消耗机器的能量。在大批量低精度的轴承润滑问题上，由于这些缺陷不很突出，所以往往在日常工作中没有引起足够重视。
2.润滑对轴承振动与噪声的影响
        设备的更新和换代，使轴承的制造精度得到了大幅提升。振动和噪声是衡量轴承质量的主要指标，轴承摩擦副间润滑油膜保持得好，可以有效地保持振动与噪声处于较低状态。振动和噪声往往是轴承装配合套后所测量的数值，对轴承使用中低振动、低噪声能够保持时间的长短没有引起重视。在轴承达到使用寿命之前，轴承的振动噪声会在轴承运转过程中存在波动，而且其波动是随着润滑剂工作条件的变化而改变的，在轴承运转工况没有达到润滑剂发挥润滑效果所需条件时，轴承振动噪声会相应的不好。随着轴承运转工况如温升的改变，润滑剂的性能得到充分发挥时，轴承的振动噪声会明显下降，但随着轴承运转时间不断延长，润滑剂的润滑功能会逐渐丧失，轴承的振动噪声会随之上升。一般来说，轴承的初始振动噪声与轴承制造精度关系较大，在轴承运转一段时间后，其润滑性能的好坏对振动噪声影响的效果更加突出。润滑剂的黏附性、粘温性、温度性能、抗磨损性等因素都影响着低振动噪声寿命保持时间的长短，由此可以看出轴承在工作状态下的振动噪声大小，不仅仅决定于轴承制造精度，很大程度上受轴承润滑油脂性能的影响。作为轴承制造企业，应对轴承润滑油脂的成分、性能、润滑方式、轴承使用工况对润滑剂的影响程度等因素全面考虑，才能有效保证轴承振动噪声能够持续保持较好水平。
3.润滑对轴承摩擦与磨损的影响
        机械设备中旋转部位之所以广泛采用滚动轴承，其主要目的就是降低旋转部位的摩擦。随着新型设备的层出不穷，要求更加有效地降低摩擦的场合越来越多，如要求低能耗的家用电器轴承、采用电池为能源的动力传动轴承、充电便携式电动工具用轴承等。而降低轴承运转摩擦的有效手段除了轴承套圈和滚动体材料、尺寸、结构在设计上的考虑外，润滑剂的性能起着主导作用，一般润滑油脂的摩擦系数大约0.02，锂基润滑油脂的摩擦系数可低至0.007；同时，降低润滑油脂本身的内摩擦，也是减小摩擦的有效手段，而润滑油脂粘度是影响内摩擦的主要因素。通常在摩擦达到持续高强度状态时，轴承工作表面就会出现磨损现象，随着磨损的持续扩展，最终导致轴承工作表面失去疲劳强度，造成报废。
        虽然摩擦是造成磨损的因素，但造成轴承磨损的原因绝非仅仅是摩擦，在轴承工作状态下，润滑油在摩擦副表面形成一层多层定向排列的分子栅即边界膜，边界膜分子间的内聚力具有一定的承载能力，决定润滑状态的重要因素在于边界膜抵抗破裂的能力——边界膜强度。与润滑相关的有下列磨损形式：因润滑油膜与边界膜的强度不够，容易造成粘着磨损和表面疲劳磨损；因润滑油膜厚度较小而使摩擦副出现刚性接触、润滑剂内含有大尺寸磨粒等杂质并且润滑剂排斥磨粒能力较低等因素容易造成磨粒磨损；润滑油脂本身是化学物质，可能对金属产生腐蚀，造成磨蚀磨损等。综上所述，为了减少或避免与润滑相关的轴承磨损的发生，在设计选择润滑剂时，应对以上几种磨损情况进行综合分析，如润滑油脂所含化学成分对所应用金属的腐蚀情况等，但用于轴承制造的金属成分比较单一，常用的润滑油脂对其腐蚀的机会也不多。
二、轴承工作参数对润滑的影响
1.温度对润滑的影响
        采用润滑油润滑是绝大多数轴承的润滑方式，润滑油的特性决定其适用的温度范围，无论是脂润滑还是油润滑其润滑性能都受温度变化的影响，主要表现为：当温度较高时，润滑油脂会加速化学变质而失去润滑能力，润滑油脂粘度变低而不足以形成足够的油膜厚度，产生漏脂和振动噪声增大。如果轴承温度上升到润滑油脂的滴点，润滑脂就会变软，失去油脂的半固体性质而液化流失，丧失了对轴承的润滑作用。应从温度变化角度考虑轴承润滑油脂的选择，如锂基脂最高使用温度在100～110℃，复合锂基脂可达130～140℃。过度剧烈的温升会给轴承运转带来许多破坏性结果，比如润滑失效、漏脂、较低振动噪声的保持能力降低、对轴承零配件材料造成影响。相反，当轴承工作温度过低时，对润滑油脂润滑功能也会产生影响，其表现为油脂的粘度和稠度（稠度是指油脂的软硬程度）增加，增大了轴承运转阻力，增大带动轴承运转的能量消耗，同时由于润滑油脂粘度和稠度增加，使润滑点进油不及时，对油膜修补不及时，降低了有效润滑膜厚度，形成轴承工作表面贫油状态。
        轴承温升的主要原因，一是轴承零部件工作表面摩擦副之间的摩擦产生热量，通过润滑油脂降低摩擦副间的摩擦系数可以有效减少温升；二是在轴承运转过程中润滑油脂本身的内摩擦产生热量，而降低润滑油脂的粘度可以有效控制这部分温升的产生。温度升高润滑油脂粘度降低有利于对摩擦副的冷却润滑，而随着粘度降低又不利于防止摩擦副接触油膜的形成，从某种意义上说这两个产生温升的原因及控制方法有时是相互矛盾的，需要均衡考虑，要根据轴承使用的不同工况，合理地选择不同成分的润滑油脂，可以有效地扩展润滑油脂的应用范围，提高润滑油脂的润滑效果。我们通常只是关注正常工作环境温度下的成品轴承润滑油脂的润滑效果，由于轴承工作过程中存在温升的现象，会使润滑脂的状态发生改变，因此，在确定轴承润滑油脂种类时除要考虑轴承正常工作温度外，对轴承自身工作温升所产生的影响也不能忽略。
2.转速对润滑的影响
        润滑剂对轴承润滑质量的好坏，与轴承工作转速密切相关，轴承在工作初期启动或速度较低时，润滑剂不能形成流体动力润滑膜，此时摩擦副是依靠静态油膜润滑的，所以，转速较低的轴承所用润滑剂应采用添加油性剂或摩擦改进剂、极压剂等填料的油脂，常用的锂基脂、皂基脂本身就是油性剂，对金属有很好的吸附功能，容易在非动力状态形成静态油膜。
        当轴承处于高速运转状态时，润滑脂受离心力作用，从摩擦副位置甩离，造成工作表面缺油。高速旋转形成的剪切力降低了油脂的粘度和稠度，同时，工作表面的高速摩擦，会提高润滑部位的温度。因此，在确定高速运转工况下的轴承润滑油脂时，要从设计选型上考虑交变载荷增加而造成的接触疲劳几率增加、油脂在摩擦部位的黏附、温升大时对工作面的及时供油能力、提高油脂抗剪切能力、降低温升或耐高温能力等多种因素。而在降低温升功能方面，油和油雾润滑通过及时对高速运转摩擦副的重新供油、流动冷却摩擦表面等功能，润滑效果要好于油脂润滑。
3.载荷对润滑的影响
        物体之间摩擦大小是由接触表面压力和接触表面材料摩擦系数决定的。轴承套圈及滚动体材料一般都是采用GCr15钢，可以认为摩擦系数基本都是不变的，因此影响摩擦大小的主要原因是轴承所承受的载荷，载荷大时，容易使摩擦副表面润滑膜破裂，形成轴承工作表面粘着磨损，严重的可以造成摩擦副咬合腻死。通常，在润滑油脂中使用如二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯等固体润滑添加剂，以提高摩擦表面的润滑能力，但使用固体润滑添加剂会使轴承运转的噪声值有所增加，限制了其应用推广。此外，轴承在实际运转过程中，摩擦副的实际接触表面积远小于外观所看到的工作面积，因此，即使是轴承承受的载荷不很大，也会在摩擦副表面形成较大的接触压力，造成摩擦副粘着磨损，所以尽管有些轴承不是工作在较高载荷的工况下，也应该使用含有极压剂的润滑油脂。虽然采用这种润滑油脂会增加一些成本，但对于有些特殊工况的场合，从提高轴承的使用寿命和可靠性来说，性价比还是比较好的。
4.环境相容性对润滑的影响
        通常，润滑油脂对橡胶的作用往往不被轴承制造业所重视，这主要是通常所用的轴承橡胶密封圈的材料成分，没有使润滑油脂对其形成破坏而影响到轴承的使用性能。但在设计选择润滑油脂和密封圈橡胶成分时应该充分考虑它们之间化学反应的可能性。另外，由于空气中存在着水气，对钢制轴承零件存在着腐蚀的可能性，防止锈蚀是润滑油脂的基本要求，目前的润滑油脂从技术上都能够保证使用环境的防锈蚀要求。而防腐蚀的弱点是抵御化学物质的侵袭，这是源于在选择润滑油脂时，不能准确地了解润滑部位所具有的化学物质的成分，而造成了润滑油脂中的某些化学成分与接触到的化学物质起反应使防锈蚀能力下降甚至失效。但在了解了润滑部位的化学物质成分后，针对其化学腐蚀的原理，是能够设计、选择出抵御化学腐蚀的润滑剂的。
 
        在轴承的设计与应用中，润滑剂与轴承的性能是密切关联的，转速、载荷影响润滑剂的作用，而润滑剂的作用又影响噪声、磨损、腐蚀等重要指标。因此，轴承制造企业应对润滑剂的选择引起足够的重视。保证轴承成品质量不仅仅是套圈、滚动体、保持架这传统的三大件的精度问题，润滑剂在轴承运转过程的作用机理是不容忽视的，而且对于轴承寿命有着举足轻重的影响。