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滾動軸承的潤滑方式
2009-10-30
作者：董建民，黃紅梅
摘 要：本文首先對滾動軸承的潤滑形式進行分類，對滾動軸承的潤滑方式及潤滑方式的選擇進行了闡述，詳細對各類潤滑所具有的特點及使用場合做了研究及論述，Z終使讀者對軸承潤滑的方式會進行針對性地選擇、使用。
關鍵詞：軸承；脂潤滑；油潤滑；潤滑方式；潤滑選擇；潤滑
滾動軸承是機械傳動中應用非常廣泛的一類機械元件，它一般由滾動體、內圈、外圈和保持架四大件組成。當軸承工作時，往往是內圈(外圈)轉動而另外一個套圈保持固定，滾動體沿著滾道既作自轉又作公轉運動，保持架隨著滾動體的公轉而作圓周運動，其運動狀況主要是滾動兼滑動摩擦。由于摩擦會引起局部的熱變形，加速零件表面的磨損而造成運轉誤差增大以至使主軸報廢。
為保證軸承安全可靠運轉，在軸承工作時為盡量減少摩擦和磨損，避免軸承表面形成點蝕而造成失效，就要求對軸承必須進行潤滑。正常的潤滑對滾動軸承的疲勞壽命和摩擦、磨損、溫度、振動等有顯著地改善作用。分析軸承損壞的原因表明，40%左右的軸承損壞都與潤滑不良有關。滾動軸承的潤滑設計的內容主要包括:合理的潤滑方法的確定，潤滑劑的正確選用，潤滑劑用量的定量計算及換油周期的確定。滾動軸承潤滑一般可以根據使用的潤滑劑種類分為油潤滑、脂潤滑和和固體潤滑三大類。下面就滾動軸承的三種潤滑方式及各自潤滑所具有的特點、應用場合進行詳細論述：
一、油潤滑
當滾動軸承在高溫、高速條件下工作時，須采用機油潤滑。常用的潤滑油有機械油、高速機械油、汽輪機油、壓縮機油、變壓器油和汽缸油等。當采用機油潤滑時，潤滑油的粘度大小是形成潤滑油膜好壞的前提，為使滾道與滾動體接觸表面間形成足夠厚度的潤滑油膜，機油粘度應保證在工作溫度下不喪失其Z低粘度。故在選擇潤滑時，其機油粘度應保證在運行溫度下能為軸承提供足夠的潤滑。一般來說，軸承的轉速高時選用低粘度的潤滑油;軸承承受的負荷重時則應使用較高粘度的潤滑油。根據油潤滑時所選用潤滑系統結構的不同，可把油潤滑分為以下幾類:
一)油浴潤滑
油浴潤滑是使用極為普遍且十分簡便的潤滑方式之一，適用于低、中速運轉的軸承。潤滑油由旋轉的軸承零件帶起并對軸承實施潤滑后再流回油箱中。采用此方法潤滑時要注意油量的控制，油面高度應稍低于Z下方軸承滾動體的中心線，過多的油量將導致過大溫升的攪動，油量不足又會造成軸承早期失效，建議用油位指示器檢驗(保持)適當的油位。
二)滴油潤滑
滴油潤滑是利用潤滑油的自重，一滴一滴地滴到摩擦副上。在其供油部位配油針閥式的注油杯。這種潤滑方法多用于數量不多而又容易靠近的摩擦副上，如機床導軌、軸承、齒輪、鏈條等部位的潤滑。當軸承部件需定量供應潤滑油時則可采用滴油潤滑，滴油量一般以每3～8秒一滴為宜，因為過多的油量會引起軸承溫升增加。
三)循環油潤滑
當軸承運轉速度較高時軸承溫升也會相應增加，因而產生機油的老化。采用循環油潤滑可有效防止上述現象的產生。潤滑油通過油泵送到軸承部件，在位于軸承的一端裝一個進油口，并在軸承的另一端裝一個出油口。通過軸承后的潤滑油經過濾、冷卻后可循環使用。由于潤滑油在循環過程中可帶走一定的熱量，從而能保證軸承始終維持在較低溫度下工作，故此方法適用于轉速較高的軸承部件。但要注意出油口應比進油口大，以使沒有剩余的油留在軸承座中。
四)噴油潤滑
當軸承在低--中載荷高速運轉時，滾動體和保持架也以相當高的轉速旋轉而使軸承周圍形成空氣渦流。為確保有足夠量的潤滑油供給高速運轉的軸承，必須從軸承一端用高壓噴射的方法將潤滑油噴至軸承內并對軸承實施潤滑，潤滑后油液再由另一端重新流入油箱。采用此種方法且為了有效地進行潤滑軸承，應注意使高壓噴嘴的位置位于內圈和保持架中心之間，潤滑油的噴射速度應不低于15m/s且油直接注入軸承。
五)油氣潤滑
當軸承處于高速、高溫和重載荷下工作時，用壓縮空氣及少量的潤滑油混合形成油霧噴射到各運轉的軸承中。采用該方法與其他潤滑方式相比可使其運行溫度Z低，故允許軸承的轉速可達Z高。高壓氣流既可用來冷卻軸承，還可有效地防止雜質侵入。
以上幾種潤滑方式是軸承的油潤滑，為了保證對軸承的潤滑始終維持在良好狀態下，采用油潤滑時應定期更換潤滑油，更換周期視潤滑方式的不同而異。油浴潤滑時只要運行溫度不超過50℃，并且沒有污染現象發生，一般一年換一次即可。但隨著溫度的升高，更換周期相應縮短，如運行溫度達100℃時，必須每三個月換一次油。采用循環油潤滑時，應視機油的循環快慢及機油是否經過冷卻而定，其換油周期只能通過試驗運轉對機油定期檢查，視油是否有污染和氧化現象而定。采用此方法潤滑時，設備保養和更換潤滑劑方便但潤滑裝置復雜，密封困難，且機油屬一次性使用，不存在更換問題。
二、脂潤滑
脂潤滑不需要特殊的供油系統，具有密封裝置簡易、維修費用低以及潤滑脂成本較低等優點，在低速、中速、中溫運轉的軸承中使用很普遍。特別是近年來抗磨添加劑的問世及不斷發展，提高了脂的潤滑性能，使脂潤滑得到了更廣泛的應用。Z常用的潤滑脂有鈣基潤滑脂、鋰基潤滑脂、鋁基潤滑脂和二硫化鉬潤滑脂等。不同的潤滑脂在物理機械性能及適應溫度等方面存在較大的差異。應根據不同的工況條件選擇適當的潤滑脂種類以滿足其使用要求。一般情況下，軸承在出廠時已內裝有某種基類潤滑脂，如用戶對潤滑脂的要求有變化，可與具體的生產廠家直接聯系進行針對性的生產。
在實際生產中進行潤滑脂的選擇時，主要應按工作溫度、軸承負荷和轉速三個方面進行考慮。
一)按工作溫度選擇
由于潤滑脂的粘度與溫度關系甚密，一般潤滑脂的粘度對球軸承不應低于13mm2/s，對滾子軸承不應低于20mm2/s。在具體選擇潤滑脂時，應重點考慮潤滑脂的滴點、針入度和低溫性能。一般軸承的工作溫度須低于潤滑脂滴點10～20℃。當選用合成潤滑脂時，其工作溫度應低于滴點溫度20～30℃。具體溫度下潤滑脂的選擇原則有以下三點:
1)工作溫度在50～70℃時，多采用雙脂或者硅油等合成潤滑油稠化的潤滑脂。
2)工作溫度在70℃ 以內的低轉速主軸中，多采用鈉基潤滑脂;中速時選用鋁基脂;高速時選用鋰基潤滑脂或特種潤滑脂。
3)工作溫度在15℃ 以內時，可選用高粘度礦物油稠化的潤滑脂，也可采用硅油稠化的鋰基潤滑脂。
二)按軸承負荷選擇
軸承的負荷越大，潤滑脂的粘度亦應越高，即選用針入度小的潤滑脂類型，以保證在負荷作用下在接觸面間有效地形成潤滑油膜。隨著軸承負荷的遞減，選用潤滑脂的粘度也應隨之降低。
三)按軸承工作轉速選用
由于軸承的轉速越高，套圈、滾動體和保持架運動中引起的摩擦發熱也大，故使不同軸承類型的dn值(d為滾動軸承內徑，單位mm;n為軸承轉速，單位r/min表示軸承的速度大小)限制在某一特定范圍內，對深溝球軸承、調心球軸承和角接觸球軸承為160000;圓柱滾子軸承為120000;圓錐滾子軸承為100000;調心滾子軸承為80000;推力球軸承為40000。
由于軸承使用場合的特殊需要，還應按不同潤滑脂所具有的其它性能進行選用，如在潮濕或水分較多的工況條件下，鈣劑脂因不易溶于水應為首選對象，鈉基脂易溶于水則應在干燥和水分少的環境條件下使用。因此，軸承潤滑脂的選擇，應該滿足由工作的具體生產條件來決定潤滑脂類型的原則。
三、固體潤滑
如果使用油潤滑和脂潤滑達不到軸承所要求的潤滑條件，或無法滿足特定的工作條件時，則可以使用固體潤滑劑，或設法提高軸承自身的潤滑性能。在滿足使用條件下，將少量固體潤滑劑加入潤滑脂中，如加入3～5%的1號二硫化鉬可減少磨損，提高抗壓耐熱能力，對于高溫、高壓、高真空、耐腐蝕、抗輻射，以及極低溫等特殊條件，把固體潤滑劑加入工程塑料或粉末冶金材料中，可制成具有自潤滑性能的軸承零件，如用粘結劑將固體潤滑劑粘結在滾道、保持架和滾動體上，形成潤滑薄膜，對減少摩擦和磨損有一定效果。
綜上所述，軸承潤滑方式的選擇應是一個綜合性的判斷過程，要做出對軸承的合理潤滑，必須從機械結構、軸承安裝的部位、軸承承受載荷的輕重以及具體生產環境等各種因素進行綜合考慮。當然，隨著科學技術的不斷發展以及新型材料和制造工藝的推陳出新，利用潤滑來防止機械零件的失效定是一個不斷發展與改良的課題，也應該是廣大科技工作者以及機械行業從業者們共同思考的問題。
參考文獻:
[1] 劉澤久﹒滾動軸承應用手冊〔J〕﹒北京:機械工業出版社2006 .1
[2] 王紅軍﹒滾動軸承測試技術〔M〕﹒北京:機械工業出版社 2008.4
[3] 方希錚編著﹒滾動軸承選用指南〔M〕﹒廣西:廣西科學技術出版社 1997.1
關鍵詞：軸承；脂潤滑；油潤滑；潤滑方式；潤滑選擇；潤滑
滾動軸承是機械傳動中應用非常廣泛的一類機械元件，它一般由滾動體、內圈、外圈和保持架四大件組成。當軸承工作時，往往是內圈(外圈)轉動而另外一個套圈保持固定，滾動體沿著滾道既作自轉又作公轉運動，保持架隨著滾動體的公轉而作圓周運動，其運動狀況主要是滾動兼滑動摩擦。由于摩擦會引起局部的熱變形，加速零件表面的磨損而造成運轉誤差增大以至使主軸報廢。
為保證軸承安全可靠運轉，在軸承工作時為盡量減少摩擦和磨損，避免軸承表面形成點蝕而造成失效，就要求對軸承必須進行潤滑。正常的潤滑對滾動軸承的疲勞壽命和摩擦、磨損、溫度、振動等有顯著地改善作用。分析軸承損壞的原因表明，40%左右的軸承損壞都與潤滑不良有關。滾動軸承的潤滑設計的內容主要包括:合理的潤滑方法的確定，潤滑劑的正確選用，潤滑劑用量的定量計算及換油周期的確定。滾動軸承潤滑一般可以根據使用的潤滑劑種類分為油潤滑、脂潤滑和和固體潤滑三大類。下面就滾動軸承的三種潤滑方式及各自潤滑所具有的特點、應用場合進行詳細論述：
一、油潤滑
當滾動軸承在高溫、高速條件下工作時，須采用機油潤滑。常用的潤滑油有機械油、高速機械油、汽輪機油、壓縮機油、變壓器油和汽缸油等。當采用機油潤滑時，潤滑油的粘度大小是形成潤滑油膜好壞的前提，為使滾道與滾動體接觸表面間形成足夠厚度的潤滑油膜，機油粘度應保證在工作溫度下不喪失其Z低粘度。故在選擇潤滑時，其機油粘度應保證在運行溫度下能為軸承提供足夠的潤滑。一般來說，軸承的轉速高時選用低粘度的潤滑油;軸承承受的負荷重時則應使用較高粘度的潤滑油。根據油潤滑時所選用潤滑系統結構的不同，可把油潤滑分為以下幾類:
一)油浴潤滑
油浴潤滑是使用極為普遍且十分簡便的潤滑方式之一，適用于低、中速運轉的軸承。潤滑油由旋轉的軸承零件帶起并對軸承實施潤滑后再流回油箱中。采用此方法潤滑時要注意油量的控制，油面高度應稍低于Z下方軸承滾動體的中心線，過多的油量將導致過大溫升的攪動，油量不足又會造成軸承早期失效，建議用油位指示器檢驗(保持)適當的油位。
二)滴油潤滑
滴油潤滑是利用潤滑油的自重，一滴一滴地滴到摩擦副上。在其供油部位配油針閥式的注油杯。這種潤滑方法多用于數量不多而又容易靠近的摩擦副上，如機床導軌、軸承、齒輪、鏈條等部位的潤滑。當軸承部件需定量供應潤滑油時則可采用滴油潤滑，滴油量一般以每3～8秒一滴為宜，因為過多的油量會引起軸承溫升增加。
三)循環油潤滑
當軸承運轉速度較高時軸承溫升也會相應增加，因而產生機油的老化。采用循環油潤滑可有效防止上述現象的產生。潤滑油通過油泵送到軸承部件，在位于軸承的一端裝一個進油口，并在軸承的另一端裝一個出油口。通過軸承后的潤滑油經過濾、冷卻后可循環使用。由于潤滑油在循環過程中可帶走一定的熱量，從而能保證軸承始終維持在較低溫度下工作，故此方法適用于轉速較高的軸承部件。但要注意出油口應比進油口大，以使沒有剩余的油留在軸承座中。
四)噴油潤滑
當軸承在低--中載荷高速運轉時，滾動體和保持架也以相當高的轉速旋轉而使軸承周圍形成空氣渦流。為確保有足夠量的潤滑油供給高速運轉的軸承，必須從軸承一端用高壓噴射的方法將潤滑油噴至軸承內并對軸承實施潤滑，潤滑后油液再由另一端重新流入油箱。采用此種方法且為了有效地進行潤滑軸承，應注意使高壓噴嘴的位置位于內圈和保持架中心之間，潤滑油的噴射速度應不低于15m/s且油直接注入軸承。
五)油氣潤滑
當軸承處于高速、高溫和重載荷下工作時，用壓縮空氣及少量的潤滑油混合形成油霧噴射到各運轉的軸承中。采用該方法與其他潤滑方式相比可使其運行溫度Z低，故允許軸承的轉速可達Z高。高壓氣流既可用來冷卻軸承，還可有效地防止雜質侵入。
以上幾種潤滑方式是軸承的油潤滑，為了保證對軸承的潤滑始終維持在良好狀態下，采用油潤滑時應定期更換潤滑油，更換周期視潤滑方式的不同而異。油浴潤滑時只要運行溫度不超過50℃，并且沒有污染現象發生，一般一年換一次即可。但隨著溫度的升高，更換周期相應縮短，如運行溫度達100℃時，必須每三個月換一次油。采用循環油潤滑時，應視機油的循環快慢及機油是否經過冷卻而定，其換油周期只能通過試驗運轉對機油定期檢查，視油是否有污染和氧化現象而定。采用此方法潤滑時，設備保養和更換潤滑劑方便但潤滑裝置復雜，密封困難，且機油屬一次性使用，不存在更換問題。
二、脂潤滑
脂潤滑不需要特殊的供油系統，具有密封裝置簡易、維修費用低以及潤滑脂成本較低等優點，在低速、中速、中溫運轉的軸承中使用很普遍。特別是近年來抗磨添加劑的問世及不斷發展，提高了脂的潤滑性能，使脂潤滑得到了更廣泛的應用。Z常用的潤滑脂有鈣基潤滑脂、鋰基潤滑脂、鋁基潤滑脂和二硫化鉬潤滑脂等。不同的潤滑脂在物理機械性能及適應溫度等方面存在較大的差異。應根據不同的工況條件選擇適當的潤滑脂種類以滿足其使用要求。一般情況下，軸承在出廠時已內裝有某種基類潤滑脂，如用戶對潤滑脂的要求有變化，可與具體的生產廠家直接聯系進行針對性的生產。
在實際生產中進行潤滑脂的選擇時，主要應按工作溫度、軸承負荷和轉速三個方面進行考慮。
一)按工作溫度選擇
由于潤滑脂的粘度與溫度關系甚密，一般潤滑脂的粘度對球軸承不應低于13mm2/s，對滾子軸承不應低于20mm2/s。在具體選擇潤滑脂時，應重點考慮潤滑脂的滴點、針入度和低溫性能。一般軸承的工作溫度須低于潤滑脂滴點10～20℃。當選用合成潤滑脂時，其工作溫度應低于滴點溫度20～30℃。具體溫度下潤滑脂的選擇原則有以下三點:
1)工作溫度在50～70℃時，多采用雙脂或者硅油等合成潤滑油稠化的潤滑脂。
2)工作溫度在70℃ 以內的低轉速主軸中，多采用鈉基潤滑脂;中速時選用鋁基脂;高速時選用鋰基潤滑脂或特種潤滑脂。
3)工作溫度在15℃ 以內時，可選用高粘度礦物油稠化的潤滑脂，也可采用硅油稠化的鋰基潤滑脂。
二)按軸承負荷選擇
軸承的負荷越大，潤滑脂的粘度亦應越高，即選用針入度小的潤滑脂類型，以保證在負荷作用下在接觸面間有效地形成潤滑油膜。隨著軸承負荷的遞減，選用潤滑脂的粘度也應隨之降低。
三)按軸承工作轉速選用
由于軸承的轉速越高，套圈、滾動體和保持架運動中引起的摩擦發熱也大，故使不同軸承類型的dn值(d為滾動軸承內徑，單位mm;n為軸承轉速，單位r/min表示軸承的速度大小)限制在某一特定范圍內，對深溝球軸承、調心球軸承和角接觸球軸承為160000;圓柱滾子軸承為120000;圓錐滾子軸承為100000;調心滾子軸承為80000;推力球軸承為40000。
由于軸承使用場合的特殊需要，還應按不同潤滑脂所具有的其它性能進行選用，如在潮濕或水分較多的工況條件下，鈣劑脂因不易溶于水應為首選對象，鈉基脂易溶于水則應在干燥和水分少的環境條件下使用。因此，軸承潤滑脂的選擇，應該滿足由工作的具體生產條件來決定潤滑脂類型的原則。
三、固體潤滑
如果使用油潤滑和脂潤滑達不到軸承所要求的潤滑條件，或無法滿足特定的工作條件時，則可以使用固體潤滑劑，或設法提高軸承自身的潤滑性能。在滿足使用條件下，將少量固體潤滑劑加入潤滑脂中，如加入3～5%的1號二硫化鉬可減少磨損，提高抗壓耐熱能力，對于高溫、高壓、高真空、耐腐蝕、抗輻射，以及極低溫等特殊條件，把固體潤滑劑加入工程塑料或粉末冶金材料中，可制成具有自潤滑性能的軸承零件，如用粘結劑將固體潤滑劑粘結在滾道、保持架和滾動體上，形成潤滑薄膜，對減少摩擦和磨損有一定效果。
綜上所述，軸承潤滑方式的選擇應是一個綜合性的判斷過程，要做出對軸承的合理潤滑，必須從機械結構、軸承安裝的部位、軸承承受載荷的輕重以及具體生產環境等各種因素進行綜合考慮。當然，隨著科學技術的不斷發展以及新型材料和制造工藝的推陳出新，利用潤滑來防止機械零件的失效定是一個不斷發展與改良的課題，也應該是廣大科技工作者以及機械行業從業者們共同思考的問題。
參考文獻:
[1] 劉澤久﹒滾動軸承應用手冊〔J〕﹒北京:機械工業出版社2006 .1
[2] 王紅軍﹒滾動軸承測試技術〔M〕﹒北京:機械工業出版社 2008.4
[3] 方希錚編著﹒滾動軸承選用指南〔M〕﹒廣西:廣西科學技術出版社 1997.1
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