润滑新技术在轴承制造业的应用.pdf
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1、! 专题综述 # 润滑新技术在轴承制造业的应用(一) 1) 无锡市洛神化学油脂有限公司(江苏无锡 214041) 周东海 王永强 摩擦与润滑是机械制造业包括轴承业不可回 避的技术问题。因为技术传统中机械与化学石油 分科的原因,润滑常被当成机械技术中的外来技 术,并且其关系远比电技术、 材料技术的关系疏 远,但是随着技术的进步和商品市场的发展,润滑 在机械中的重要性和敏感度大大提高;从机械设 计到制造使用的流动环节中,润滑的任务真正地 前移,即从使用者(外来的润滑剂制造商、 机械维 修工)移至机械制造商和设计者。滚动轴承中密 封轴承的发展贴切地反映了这种一体化趋势,密 封轴承把润滑脂变成了轴承的
2、重要组件,致使轴 承由传统的四大件扩大成五大件。但这只是其 一,传统机械技术与润滑技术的结合还有更广的 内容和更深的潜力。 1 轴承润滑剂的正确选用 1.1 粘度和稠度的考虑 流体润滑的一个重要参数是流体膜的厚度, 而粘度则是影响膜厚的最重要因素。对膜厚的要 求应能超过两摩擦体表面的粗糙突起峰,实现摩 擦副的彻底隔开,一般认为它应是综合表面粗糙 度的4倍以上的厚度。轴承润滑常用三种方法来 实现粘度的设计:一是理论计算,二是膜厚模拟测 量,三是经验检查。不管用何种方法,传统的绝大 多数轴承的润滑实践都十分保守地利用着这一与 膜厚直接相关的粘度指标。表现在两方面,一是 过高的相对膜厚即润滑膜厚参数
3、过高;二是并未 努力减少综合表面粗糙度以致无法降低绝对膜 厚,其现象是润滑油脂的粘度大大超过实际需要。 过大的粘度虽然可提供更保险的润滑膜,但粘度 过大,润滑剂的剪切强度亦会过大,内摩擦加剧, 造成能量浪费。温升提高与温升相关的连带问题 突显,由此而来的润滑时效不长(比如轴承噪声的 时效 ) , 在国内传统的粗放润滑中,这些负面作用 注 :1) 鉴于本文篇幅较长,本刊拟分三次刊出,这期刊出第一 部分轴承润滑剂的正确选用。 并不突出,没有认真对待。 考虑粘度时,不能只考虑常温或者某一温度 下的恒温效果,因为所有润滑油品的粘度都会随 着温度变化而急剧变化,其变化程度也成了润滑 油品好坏的重要指标。
4、不同的油品有不同的温度 敏感度,同一油品也可以通过添加合适的 “粘度指 数改进剂” 来调整其温度敏感度。 1.2 温度的考虑 轴承润滑绝大多数通过润滑剂来实现,润滑 剂的物理化学特性决定了每个品种都有它适用温 度范围。脂润滑与油润滑一样对温度的变化十分 敏感。温度的变化最少会有这么几个连带不良现 象: 1.2.1 温度过高 (1)油脂会加速化学变质而迅速失去润滑能 力,产生对轴承有害的的腐蚀性物质。 (2)油脂的粘度变低而不足以形成足够的油 膜厚度,反应为漏脂和振动噪声增大。 (3)高温接近闪点挥发损失加快,还有燃爆危 险甚至干枯成焦。 (4)高温接近脂的相变点如滴点而使润滑脂 变软,失去脂的
5、半固体性质直到液化流失。 现代轴承润滑脂中一般规律是,选用合适的 基础油,锂基脂最高使用温度(指工作时润滑部位 的最高温度)可为120150,复合锂基脂可达 150250,聚脲脂可达150300,改性膨润 土脂等无机脂或某些有机稠化剂甚至可超过300 而仍然具有一定的润滑寿命。但是此类膨润土 脂因其固体相的硬颗粒性质很难消除,所以除非 某些很特殊的场合,一般不主张在轴承中使用此 类脂润滑。 1.2.2 温度过低 (1)油脂的粘度稠度增加,增大运转阻力,浪 费能量,直至稠得象胶水一样,使机器不能起动。 (2)使润滑点进油不及时,形成缺油贫油,降 低了有效润滑油膜厚度,或油膜修补不及时。 (3)某
6、些配制不当的添加剂从油中析出降低 04 轴承2001.7 了油脂的性能。 合理的选用配方,润滑脂的最低使用温度可 接近甚至超过- 80。 1.2.3 某一润滑脂要同时满足高、 低温要求十分 困难 有些轴承的工作状况要求跨越很宽的温度范 围,宽温的润滑脂需要考虑基础油在加入了改性 的添加剂后的凝点、 粘温性能、 高温挥发性、 闪点、 高温抗化学变质能力及稠化剂分散于油后在全温 程内的相变情况。现在,因为合成油技术的发展, 润滑工作者可提供使用温度达250 甚至300 的润滑脂。 1.2.4 对温度的另一个重要考虑是润滑过程的 温升 温升是摩擦的必然结果,润滑脂因为不能象 润滑油一样流动而带走摩擦
7、热,就是润滑油还不 能在温升大的地方取代润滑脂的原因。过度剧烈 的温升带来很多表观的坏处,包括润滑方面和非 润滑方面,比如脂润滑失效、 漏脂、 振动噪声的时 效不良、 对润滑剂外的其他工件和材料造成影响 等。主要有两个原因造成温度上升;一是摩擦副 之间的摩擦生热,通过润滑剂降低其摩擦系数是 减少温升的有效方法,比如保持流体膜润滑并改 善边界润滑性能;一是润滑剂本身的内摩擦生热, 降低润滑油脂的粘度是控制此温升的有效方法。 这两个原因及其控制方法有时是相互矛盾的,需 要权衡。合理选配润滑脂,可以大大扩大脂的应 用范围,提高脂的润滑效果,这一点往往被忽略。 轴承制造厂商常常仅对初期润滑效果加以检测
8、是 不够的,因为温升的存在,在考虑油脂的工作温度 时一定要在考虑环境温度的同时加入温升的考 虑,温升越小越好,应极力避免人为增加润滑的温 度跨度。 当温度超出或者很有可能超出油脂的极限使 用温度时,固体润滑剂可以胜任传统摩擦副范畴 的润滑,建议优先考虑。 1.3 转速的考虑 转速是关系到用油脂润滑成败的重要因素, 其道理分析如下。弹性流体动力润滑理论认为, 高转速是形成流体润滑膜的有利条件。 起动前或极慢速时,流体动力润滑膜尚未形 成或很难形成,也即此时流体润滑是不起作用的, 需要依靠边界润滑。因此,慢转速轴承和频繁起 动以及要防止微动磨损的轴承,应依载荷的情况 使用添加了油性剂或摩擦改进剂、
9、 极压剂、 固体润 滑剂填料的润滑油脂,或者直接采用固体润滑。 多数润滑脂如锂基、 皂基脂或聚脲脂等的稠化剂 本身就是油性剂,对金属有很好的吸附能力,可以 帮助油脂在非动力情况下保持一定的静态油膜。 高转速时,巨大的离心力会把润滑剂从摩擦 部位甩离形成缺油,急剧的转动剪切会降低油的 粘度和脂的稠度,而摩擦剪切能量也会迅速提高 润滑部位的温度。因此,油脂在摩擦部位的粘附 或及时供油、 补充新油或提高抗剪能力、 降温升或 提高耐高温能力等,是高速润滑必须考虑的。油 雾润滑通过及时重新供油、 冷却摩擦部位等方式 实现高速润滑。很明显,脂的高速能力要弱于油 或油雾。市场上大量的普通锂基润滑脂仅能满足
10、dmn值小于2105mmr/ min的要求,但是润滑 脂工作者一直在努力改变这种被动局面,大幅度 提高dmn值达5105和10105mmr/ min的已 供应市场,甚至用脂润滑dmn值超过10105到 20105mmr/ min的轴承仍有很理想的使用寿 命。极高转速时,建议设计为空气润滑或外力(磁 力)润滑。 转速增高,轴承表面承受的交变载荷增加,接 触疲劳的可能性也随之增加,这也要在轴承的润 滑设计中予以考虑。 润滑脂制造商在给出最高转速的限用值时, 各有不同的定义dm值的习惯,有些dm值采用轴 承内径,有些采用中值即内外径和之半。 1.4 载荷的考虑 载荷是造成摩擦和磨损的最重要原因之一,
11、 载荷太大增加了流体润滑膜破裂的机会,并使粘 着磨损的程度大增,直至造成摩擦副的咬合死机。 因此,对于高载荷工况,除了增强流体润滑膜的强 度外,使用极压剂甚至固体润滑添加剂提高摩擦 表面的边界润滑是必要的。 含有固体润滑剂如二硫化钼、 石墨、 聚四氟乙 烯等的润滑脂,特别是二硫化钼脂在工业上获得 了很广的使用,但是固体成分对于轴承所显见的 噪声缺陷和与脂成分难以相容的特点,使得固体 剂不受欢迎,好在新技术中已有完全可以液化的 极压改善剂。 因为摩擦副的实际接触表面积远小于表观面 积,小的总载荷也可能有很大的接触压力,从而形 成粘着磨损,建议即使不是高载荷的润滑场合,使 用含有摩擦及载荷改善剂的
12、润滑油脂以防万一也 14 轴承2001.7 是十分值得的,除非明确知道轴承的工作状况。 当然,这样做一般要增加润滑剂成本,但却不一定 增加总成本。 1.5 振动、 噪声的考虑 随着工业技术的进步,大大提高了轴承的精 度,然而振动和噪声仍为轴承的很重要的因素。 即低的振动与噪声意味着合适的流体膜厚及膜性 能。 与国外轴承相比,国内轴承在降低振动噪声 的起始状态方面已做了很多工作,但对振动噪声 的时效状态即所谓的振动噪声寿命却作得很不 够,这里所说的寿命与下面所介绍的用以考察轴 承的使用寿命的振动噪声寿命还略有区别。随着 轴承运转,振动噪声逐渐增高,高到一个不合使用 需要的高数值时,可判断为该轴承
13、的使用寿命到 期报废。但是在此寿命之前,振动噪声仍会随着 轴承使用进程和每一次的起动到停动而有所波 动。这种波动往往可能随着润滑工作条件的变化 而恢复,比如某一种脂润滑的轴承在低温时可能 振动噪声不好,但恢复常温时振动噪声性能又恢 复。轴承业关心这一波动的仍不足,用振动噪声 时效的概念描写这种振动噪声与时间的关系更为 准确。 如果说起始的振动噪声与润滑以外的轴承制 作精度有更多关系的话,振动噪声时效却更多地 与润滑剂本身相关。润滑剂的粘温性、 温升情况 等温度性能,机械剪切安定性,化学稳定性,对轴 承金属的粘附性,抗磨损性等都与振动噪声时效 相关。 1.6 摩擦的考虑 降低摩擦一直是轴承工业追
14、求目标之一,比 如滚动轴承的发明本身就是降低摩擦的最大贡 献。从润滑的主要功能即降低摩擦这层意义而 言,滚子也可以看成是轴承内外圈滚道表面的良 好 “润滑剂” 。但是随着轴承设计的逐渐标准化, 现在,摩擦的考虑反而往往被轴承工作者忽略了。 实际上市场仍然有许多进一步降低摩擦的需求, 比如纺织行业用轴承、 要求节能的家用电器轴承、 使用电池等弱电源为能源的场合或其它弱动力传 动的轴承如便携式电动工具和电脑等高科技含量 的机器用轴承。降低摩擦来源于两方面,一是通 过润滑剂降低摩擦副的摩擦,比如一般润滑油仅 能获得0.02的摩擦系数,而锂基润滑脂却能获得 0.007的极低的摩擦系数;二是降低润滑剂本
15、身 的内摩擦,其中粘度是重要因素。 1.7 磨损的考虑 磨损是摩擦的必然结果,亦是轴承报废的最 终原因之一,减少磨损是润滑的主流目标。虽然 摩擦是磨损的原因,但并非低摩擦就对应于低磨 损而高摩擦就对应于高磨损。造成轴承磨损的原 因众多,应针对磨损的具体原因设计相应的润滑。 一般而言,撇开轴承的材料与结构,单从润滑 角度看: (1)粘着磨损,应着重增强润滑膜包括流体膜 与边界膜的强度。 (2)磨粒磨损,应着重增加润滑膜的厚度,避 免刚性接触,减少润滑剂内磨粒的数量和大小,增 加润滑剂排斥磨粒的能力。 (3)磨蚀磨损,应着重改善润滑剂对轴承材料 的化学惰性和润滑剂本身的化学惰性。 (4)表面疲劳磨
16、损,应同时着重于膜的强度和 厚度以分散接触应力。 (5)微动磨损,应着重于在接触处的静态下润 滑膜的维持及修复再生,如对金属的粘附性、 渗透 性、 湿润性等。 大多数润滑剂会对各种磨损情况组合考虑或 统一考虑。要注意的是,磨损不一定与极压能够 很好统一,也有时候会是相矛盾的。市场上常有 极压润滑剂和非极压润滑剂的分类区别,极压有 时仅代表抗粘着咬死,不一定同时代表抗磨损。 另外要注意的是,虽然轴承的流体膜润滑较为有 效和可靠,但普通的轴承并非一定要求改善边界 润滑能力,添加改善摩擦的化学添加剂以防万一 或者作为进一步的改进是合算的。 1.8 粘附能力的考虑 粘附关系到漏脂与润滑寿命。润滑脂的粘
17、附 包括两层含义,即对轴承材质表面的粘附和自粘, 它们有时是统一的有时却也相背。适当的粘附性 是必需的,但是过大的粘附是有害的。 1.9 对润滑工件化学保护能力的考虑 (1)润滑油脂本身是化学物质,存在对金属的 腐蚀的可能性,比如很多极压添加剂就会对铜金 属产生腐蚀,皂生产中过量的碱也会。润滑油脂 制造商都应详细地设计、 控制并检测对相关金属 的腐蚀情况,轴承中金属件的种类变化不多,出现 意外的可能性不大。当有特殊金属出现时就需与 润滑设计者商量。 (2)不同的润滑脂基础油甚至稠化剂,对不同 24 轴承2001.7 的橡胶塑料有不同的作用方向和作用程度,有些 会使此橡胶塑料溶胀,有些会收缩,有
18、些变化不 大。在这一点上,大多数情况下润滑厂商与轴承 等润滑使用者配合得很不够,润滑厂商很少将此 性能列为常规考虑项目,这大约同样得益于轴承 使用的橡胶塑料件品种变化不多。 (3)抗水气锈蚀。水气几乎无处不在,所以防 锈蚀成为润滑油脂设计的常规要求,防锈添加剂 的技术比较完善,一般情况下,这不成问题。 (4)抗化学物质腐蚀。这一点比较难,一般润 滑油脂没有能力防止太重的化学腐蚀。多数出现 在润滑油脂设计提供者并不确切了解润滑点可能 存在化学腐蚀物质及其化学成份。比如所谓的 “漆锈” 问题,在了解了出现漆锈的可能性并了解 了漆锈的化学原理后,是可以设计出增强漆锈能 力的润滑油脂的,酯类合成油润滑
19、脂因它的较强 的吸水吸酸能力不适合抵抗漆锈气氛。 1.10 其他的化学物理环境相容性的考虑 还有其他特殊不常遇见的外界环境可能对润 滑油脂的结构或性能产生破坏性影响。比如,要 考虑的环境有:大量的水、 酸碱、 有机溶剂、 其他化 学物质和辐射等等。 1.11 生理毒性、 污染的考虑、 漏脂、 结构稳定性 及其他 食品机械、 药品机械、 儿童玩具等,其润滑剂 可能流出接触人体,这类润滑需要更严格地考虑 润滑剂的生理毒性,应该从稠化剂、 基础油到添加 剂认真选用经过批准的化学组分。 有些场合要求避免意外流出的润滑剂污染工 件或环境。如纺织业要避免油对布的污染,所以 常选择白色润滑脂,为防止油对印染
20、的干扰,还可 以选用易清洗清除的润滑剂。又比如环保,金属 加工业可选择全水剂冷却液,甚至选择可生物降 解的润滑剂。 1.12 润滑寿命的考虑 所有其他润滑考虑都要与润滑寿命联系起 来,比如高温必需考虑高温寿命,磨损必需考虑磨 损寿命,所以,润滑寿命是一切其它考虑的终极。 这点在国内轴承业直至大多数机械业的润滑实践 中没有得到十足的对待。在润滑寿命上,润滑可 以作的和已经作了的存在着很大的差距空间。 实践中常用三项指标来考虑轴承是否达到寿 命终期;即振动噪声寿命、 摩擦磨损寿命和咬合寿 命。 润滑研究者往往根据大量相关行业内的成熟 知识和经验来预测设计某润滑油脂的润滑寿命, 但是确切的平均寿命还
21、是应该与轴承商配合通过 实验测量来验证和获得。(待续) (收稿日期:2000 - 12 - 18) (编辑:聂龙宣) 34 轴承2001.7 不仅可以提高工艺文件的设计质量,保证工艺设计的一 致性和规范化,而且可以为企业管理和企业的信息化建 设提供可靠的基础数据。文中从微型轴承加工工艺特点 的剖析入手,阐述了微型轴承工艺设计的主要内容和关 键步骤,分析了实现CAPP的可行性。介绍了微型轴承计 算机辅助工艺过程设计(MBCAPP)系统的基本组成。并对 组成该系统的主要程序模块进行了重点叙述。附图2幅。 叙词:微型轴承 计算机 设计 杨立芳,屈理强.CBN砂轮在轴承磨加工中的应用. 轴承,2001
22、(7 ) : 1617 介绍CBN立方氮化硼砂轮的磨削特点,分析了CBN 砂轮在轴承内圆高速磨削时,对设备和配套设施的要求, 工艺调整要求和应用效果。 叙词:轴承 CBN砂轮 磨削 杨黑娃.3MZ204CNC全自动内圆磨床设计原理.轴 承,2001(7 ) : 1719 叙词:内圆磨床 自动化 套圈 潘李华.全自动轴承包装机电气控制系统.轴承,2001 (7 ) : 1920 采用可编程控制器( PLC) 控制高频热合机组成全自 动轴承包装机的电控系统,解决了轴承行业的全自动包 装问题。附图3幅。 叙词:高频热合机 可编程控制器 轴承 包装机 孙茂林,姚艳书,庄 权.用DF - S油对钢球进行
23、马 氏体等温淬火.轴承,2001(7 ) : 2123 采用DF - S油对轴承零件进行马氏体等温淬火试 验,证明该淬火油可以显著降低变形和应力,提高钢球的 压碎载荷及轴承的使用寿命。附图3幅,表3个。 叙词:钢球 淬火油 等温淬火 朱目成,徐智平.镶嵌自润滑轴承性能参数试验研 究.轴承,2001(7 ) : 2324 通过对用于球磨机的一种镶嵌自润滑轴承性能参数 的试验测试得出:载荷、 速度、 温度对该轴承摩擦系数无 显著影响,说明该轴承的摩擦界面上的润滑膜具有减摩、 抗磨、 耐温作用。附图4幅。 叙词:滑动轴承 固体润滑 球磨机 付丽霞,祁瑞鹏,赵 铭.二等环规标准装置测量不 确定度估算.
24、轴承,2001(7 ) : 2528 不确定度是与测量结构相联系的,用以表征测值的 分散性。介绍了以二等标准环规为基准,用828NES万能 测长仪检定三等环规的测量不确定度的估算过程及结 果。附表3个。 叙词:二等环规标准装置 不确定度 测量 吴祥民,杨玉模,董玉雪等.GCr4、G20CrNi2Mo和 C20Cr2Ni4钢接触疲劳寿命的试验研究.轴承,2001(7 ) : 29 30 通过对GCr4钢、G20CrNi2Mo钢和G20Cr2Ni4钢接触 疲劳对比试验,得出了在本试验条件下,这三种材料的接 触疲劳寿命基本相当,为GCr4钢在部分轧机轴承上试用 提供了依据。附图1幅,表3个。 叙词:
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