滚动轴承润滑脂寿命试验研究

滚动轴承润滑脂寿命试验研究

2010年10月11日，工业和信息化部发布了《关于振兴机械行业的实施方案》，明确了机械行业的主要发展方向。滚动轴承作为重点关键机械的基础零部件,受到了空前的关注和重视。滚动轴承在使用过程中,由于受到阻力作用,导致其不断磨损而失效。滚动轴承所用润滑油脂及其润滑方式不同,其降低轴承摩擦磨损的效果也显著不同,因此润滑技术已成为轴承技术研究的重要组成部分。相对于滚动轴承的内圈、外圈、滚动体、保持架,润滑油脂被称为“滚动轴承的第5个零件”。滚动轴承润滑技术的主要任务就是开发不同润滑油脂及其润滑方式,使滚动轴承在使用过程中阻力最小,主机装备的寿命最长,且服役可靠。目前,轴承寿命理论已提出了相应的计算公式和模型,由此出现了滚动轴承寿命预估技术[1~3]。充分润滑或有效润滑是滚动轴承寿命预估技术得以正确运用的前提。由于使用工况千差万别,滚动轴承在实际使用时能否达到预估寿命,与使用的滚动轴承润滑脂关系密切。润滑脂寿命是指润滑脂在一定的高温、载荷、转速下保持结构不被破坏和维持润滑性能不变化能力的持续时间。滚动轴承润滑脂寿命是指润滑脂在滚动轴承中有效使用的时间,其必须大于滚动轴承本身的寿命。润滑脂使用的工作环境温度、机械设备运转速度等对润滑脂的使用寿命影响很大。为研究轴承润滑脂在高温、高转速、一定载荷条件下的工作性能及使用寿命,滚动轴承润滑脂寿命试验应运而生。轴承连接油的长期试验台架现状轴承寿命试验台架精度磨损试验台架选用特定的试验轴承,一般为轴承内径较大的支承轴承。代表性的精度磨损试验台架有INA/FAG公司的滚动轴承磨损试验台架FE8、SKF公司研发的轴承寿命试验台架R2F和V2F试验台架等,其中INA/FAG公司的滚动轴承磨损试验台架FE8执行DIN51819—2005《润滑脂检验滚柱轴承试验仪FE8中的机械-动载荷试验》标准。在试验过程中,对试验轴承施加一定的径向载荷和轴向载荷,在一定的温度下运转一定的时间,通过监控试验过程中的摩擦温度、振动频率和运转后的磨损量来衡量润滑脂的抗磨损性能寿命。电流和转速超标轴承疲劳寿命指轴承在使用过程中,随着使用时间的增加,轴承的一个套圈(或垫圈)或滚动体材料上出现第一个疲劳扩展迹象之前,轴承的一个套圈(或垫圈)相对于另一个套圈(或垫圈)旋转的转数。轴承疲劳失效的判别标准为轴承运转温度升高、噪音增大、启动力矩超标和电流过载等。轴承疲劳寿命试验台架的试验轴承为高速电机用轴承和传动轴承,其特点为轴承内径较小,试验温度较高(超过170℃,最高可达250℃),试验施加的载荷相对较小。代表性的轴承疲劳寿命试验台架有INA/FAG公司的滚动轴承寿命试验台架FE9、SKF公司研发的轴承寿命试验台架ROF、NTN公司的CRC高温润滑脂寿命试验台架、日本神钢公司的GT-5润滑脂试验台架等,分别可以满足ASTMD3336《升温下滚珠轴承中润滑脂使用寿命的试验方法》及美国联邦试验方法FS791B331.2《高温下润滑脂在抗磨轴承中工作性能测定法》的技术要求。其中INA/FAG公司的滚动轴承寿命试验台架FE9执行DIN51821—1989《润滑脂检验使用FAG滚动轴承润滑脂检验机FE9试验》标准。进口国内测试台为开展滚动轴承润滑脂寿命试验机及试验技术的系统研究、开发和应用工作,国内引进了部分轴承寿命试验台架,见表1。ablt系列滚动轴承疲劳寿命强化机低载荷、高转速的传统轴承寿命试验方法不仅周期长、费用高,而且试验结果的可靠性差。轴承寿命强化试验则在保持接触疲劳失效机理一致的前提下,通过改进试验机及其试验方法,大大地缩短了试验时间,降低了试验成本,从而加快了产品的开发周期和改进步伐,因此轴承寿命强化试验研究受到越来越多的关注。轴承寿命强化试验也是轴承寿命快速试验的基础。轴承寿命快速试验比轴承寿命强化试验内涵更为广泛,其在寿命试验的设计、寿命试验数据的处理与分析、寿命的预测评估以及轴承失效的快速诊断、分析、处理等系统技术方面具有更新、更广的内容。20世纪早期直至90年代以前,我国轴承行业一直沿用前苏联的ZS型疲劳轴承寿命试验机和试验规范来进行轴承疲劳寿命试验。这类轴承寿命试验机试验精度低,加载系统不稳定,没有自动控制系统,其性能远远不能满足大量试验工作的需要。自美国引进的F&M5新型滚动轴承疲劳寿命试验机除了价格昂贵外,采用气动高压动力源和60Hz的电频率,不太适合我国国情。20世纪90年代,在吸取相关国外试验机先进技术的基础上,杭州轴承试验研究中心研制了新一代自动控制滚动轴承疲劳寿命强化试验机B10-60R以及改进的滚动轴承疲劳寿命强化试验机。在持续地消化、吸收和改进、再创新的基础上,通过个性化设计,杭州轴承试验研究中心自行设计研制了ABLT(AcceleratedBearingLifeTester)系列滚动轴承疲劳寿命强化试验机。ABLT系列试验机一定程度地采用了自动化控制技术,具有操作方便、精度高、使用可靠、降低劳动强度等优点,其技术参数见表2。为了更加丰富完善ABLT强化试验机的系列化,杭州轴承试验研究中心专门设计了ABLT-6型外圈旋转轴承寿命强化试验机和ABLT-7型带座外球面轴承寿命及可靠性强化试验机,这2种试验机的技术参数见表3。表2、表3中的载荷误差<±2%,转速为无级可调。ABLT系列滚动轴承疲劳寿命强化试验机项目已解决了关键技术问题,申请国家发明专利4项,获得授权国家发明专利3项,实现产业化生产、销售200余台,为国家节省外汇6000余万美元。ABLT系列滚动轴承疲劳寿命强化试验机已在中国宝钢集团、辽宁瓦轴集团公司、河南洛轴集团公司、浙江万向集团公司、人本集团有限公司、浙江天马轴承股份有限公司、宁波摩士集团公司、重庆长江轴承工业有限公司、山东烟台西蒙西轴承公司、江苏常州光洋轴承公司、苏州新豪轴承公司、广东阳春轴承公司、台湾东培轴承有限公司、台湾普盟轴承公司等100余家公司推广应用,用户反映良好。该成果达到了国外同类试验机的水平,既快(比仿前苏联的ZS型寿命试验机快5~10倍),又好(可靠性高,精确度准),还省(可节省试验费用4/5左右,大大缩短产品的开发周期),具有明显的社会效益和经济效益。在ABLT系列滚动轴承疲劳寿命强化试验机的基础上,进一步开发A2BLT+F2AST(AutomaticAcceleratedBearingLifeTester&FastFailureAnalysisSystemTechnology)寿命强化试验机,进一步研究开发包括快速失效诊断技术、快速失效分析技术、快速失效处理技术等三大技术,将是轴承疲劳寿命试验机研发的下一个重要课题。现杭州轴承试验研究中心正进一步开发A2BLT寿命强化试验机,并使ABLT型寿命试验机系列化。加强科研攻关目前,风力发电机组轴承寿命及可靠性问题、高速铁路轴承被国外轴承公司垄断及控制问题等仍然是我国轴承行业发展的瓶颈,这其中也包括轴承润滑脂的研发和选用等问题。建立有效的滚动轴承润滑脂寿命评价手段是解决这类难题的基础性研究课题。杭州轴承试验研究中心博士后科研工作站自2006年创建以来,尝试与国内外著名高等院校合作,以市场为导向,通过产学研用、合作共赢的合作模式,在滚动轴承性能寿命的检测试验考核、故障监测诊断、寿命预测评估等相关领域进行研发攻关。未来杭州轴承试验研究中心博士后科研工作站将以ABLT系列滚动轴承疲劳寿命强化试验机的应用及发展为基础,继续研发攻关,开展轴承