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低成本滾動軸承用油分析
2008-11-24
滾動軸承的正常運行需要正確的維護和監測。也就是說進行周期性維護。周期性維護包括操作監測，預防性維護和推斷性維護。預定的維護包括對操作條件進行監測，對補充的潤滑油進行監測，同時還包括其它有規律的周期性維護。在操作過程，應該有規律的對噪音、震動、溫度和潤滑油情況進行檢查。
周期監測中Z重要的是油脂分析；但通常情況下，很難對現場的油脂進行測試。對運行中的設備進行測試更是如此。但是，這篇文章主要介紹的是現場檢測技術。這種技術可以通過簡單、精確的方式推斷出使用油脂的油樣狀況。新油脂或存放時間很長的油脂也可以通過這種技術來檢測。
油脂稠度分析
稠度和抗壓強度是油脂的重要性能。通過 ASTM D217 實驗可以在實驗室測量新油脂的 抗壓強度和錐入度。某些油脂會在使用過程中變硬，如果這種情況繼續發展下去，就會導致軸承損壞。所以一定要經常檢測油脂的稠度。但是，一般在工業場所我們沒有現成的潤滑脂錐入度計。那么我們就需要用簡單的檢測方式來達到檢測油脂稠度的目的。
圖 1. 簡單的油脂稠度檢測儀
油脂稠度等級是由美國潤滑脂協會根據 ASTM D217 針入度標準制定的。測量油脂稠度需要收集一些未使用的不同等級的油脂。然后計算注油器在特定溫度下排除某種等級油脂的時間。這樣，就可以制定出一條標度曲線。通過對使用油脂的趨勢分析來檢測油脂稠度的變化。
圖 2. 初步結果
圖 1 描述了一個簡單的使用油脂稠度測量儀。圖 2. 和圖 3 顯示的是初步結果和結果之間的關系，以及從標準中 潤滑脂錐入度計 提煉的數據。
圖 3. 兩種技術的關系
（標準 錐入 度計 測量和簡單的油脂稠度檢測）
通過這種簡單的油脂稠度測試，我們可以在現場很快獲得結果，這將有助于我們發現問題，判斷事情的嚴重程度，及時采取必要的維護。這種方式的主要優點是我們很快就可以得到結果，不需要將油樣送往很遠的實驗室。
對油樣污染程度和磨損雜質進行評估
通過這種測試可以檢測和估計新油或使用油的集中危害度和沙礫污染物。取少量油脂，放在平行的兩個丙稀酸金屬片上。然后用某種設備將油脂擠壓成薄薄的一層。這種設備要使擠壓中的上金屬片和下金屬片一起旋轉（圖 4 ）。
圖 4. 檢測設備分解圖
然后移去金屬片，清洗干凈，我們就可以看到金屬片上留下的弧形痕跡。操作步驟和原料與 ASTM D1404 很相近。這個痕跡顯示出磨損雜質和外來顆粒的存在。
Figure 5. Typical Results
圖 5. 典型結果
使用油脂磨損雜質分析
磨損雜質分析近來被廣泛應用于機械衛生狀況檢測中。磨損是滾動軸承損壞的主要機理。我們通過周期性觀察磨損量和磨損機理可以監控軸承損壞率。傳統而言，通過原子發射光譜法 (AES) 可以監控軸承損壞率。但，這種技術對于油脂分析存在著缺陷，因為占顆粒總數重要部分的顆粒（大于 10um 顆粒）被忽視掉了。一般，軸承磨損顆粒大小是 5um 到 15um. 如果在高磨損條件下，這些顆粒還會變大。所以，在檢測這些變化時傳統技術的作用就很有限了。
除了原子發射光譜法，用于分析磨損雜質的其它方法有顯微鏡分析法（分析鐵譜），鐵的濃度分析法，如鐵譜分
析，碎片測試，碎片收集器和使用濾光器檢測。這些技術如果選用適當，就會克服顆粒大小限制的缺陷。并且這種技術還可以給磨損機理、磨損位置、磨損程度、潤滑油狀態和潤滑油污染狀態提供額外信息。
圖 6. 鐵譜分析
檢查油脂中磨損雜質的基本原則如下：
1.從滾動軸承中抽取有代表性的油樣。
2.在手背或玻璃片上，涂薄薄的一層油脂，然后背光觀察，或使用放大鏡或光學顯微鏡觀察。
3.在大口杯中放一定數量的油脂。然后用合適的溶劑進行溶解。溶劑的類型取決于油脂的稠度和油脂中的基礎油。
4.通過薄膜濾器抽取油樣。或使用磁性分離技術（如鐵譜裝置或旋轉顆粒澆注滑動裝置）從油脂溶液中分離固體顆粒。
▲使用 10 倍到 100 倍的反光顯微鏡分析雜質的如下特征：
▲顆粒大小
▲顆粒類型
▲顆粒外形
▲顆粒顏色
▲顆粒表面結構
▲顆粒濃度比率
▲顆粒尖銳程度
▲顆粒組成（如果有需要的話加熱玻璃片）
▲顆粒暴露在反射光或傳送光下的反應
鐵譜分析是磨損顆粒分析中Z有效和Z有用的工具。圖 6. 顯示的是一個典型的鐵譜滑動裝置。在此分析方式中，鐵譜是用來掃描不正常的磨損狀況的。這種分析方式不僅可以檢測出表中所列出的軸承的物理特征和化學特征，而且還可以通過尋找磨損顆粒的外形特征來分析軸承。而顆粒的外形特征可以用來鑒別磨損類型，磨損機理，磨損的嚴重性，甚至可以鑒別出磨損顆粒組成成分。
5.隔一段時間重復以上程序將有助于進行趨勢分析。雖然單個的分析就可以獲得信息，但對日常使用油脂進行常規的分析將有助于獲得更加詳細的信息。但二者都可以估計問題的嚴重程度。磨損雜質分析是一種相對簡單的過程，它不需要很高的技術。
表 1. 磨損機理和磨損雜質特征
掌握顆粒（平均顆粒大小，Z大顆粒大小和顆粒分布）特征是實驗的一個重要方面。一般而言，滾動軸承的毀壞程度與顆粒大小成比率。一般情況下，磨損顆粒大小不超過 25um 。如果磨損顆粒大于 25um, 預示著軸承有潛在的嚴重磨損趨勢（從圖 7 到 12 ）。
圖 7. 在玻璃載片上涂一薄層使用油脂， 我們可以看到嚴重的滑動磨損顆粒。
圖 8. 疲勞磨損顆粒
圖 9. 切削磨損顆粒
圖 10. 從鐵譜滑片上觀察到的圓柱形顆粒（密封材料 / 光纖）
圖 11. 鐵譜滑片上顯示的使用油脂磨料顆粒
圖 12. 鐵譜滑片上顯示的球形磨損顆粒、切削磨損顆粒和污染物
吸水紙實驗
在顯微鏡下觀察吸水紙污點是分析使用油脂的重要方式。液化的使用油脂在檢驗之前應過濾或用吸水紙吸附。液化使用油脂中的水分看起來要么像乳化水，要么像獨立的水層。這種方式也可以檢測油脂的清潔度。
在吸水紙上滴一滴液化使用油脂，當它完全被吸收后就會形成一種特殊的痕跡。這種痕跡可以用來解釋使用油脂狀況。單一的污點可以揭露使用油脂的某些性能。在用顯微鏡觀察之前，仔細觀察這些性能（圖 13 ）。
圖 13. 吸水紙上的使用油脂油樣
如圖，吸水紙可以檢測出使用油脂中存在的水分。你可以看到吸水紙上有光圈區域。有時水也可以氧化鐵物質，所以，如果有銹出現表明已有水侵入潤滑脂。如果吸水紙上有很多污點，說明潤滑脂的某些性能正在以一定的比率發生變化。而且這些污點對于評價潤滑脂狀況非常重要。
結論
低成本的使用油脂分析是提前維護滾動軸承的重要部分。延長添加油脂的時間，認識到關鍵磨損產生和油脂失效比率可以減低維護成本，而且也可是使我們在軸承報廢和潤滑脂失效之前采取有效措施。（來源：原著： Surapol Raadnui, King Mongkut 譯者：張蕊）
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