通过有效的油脂润滑延长轴承寿命

SKF 的研发工作旨在支持轴承和密封件的产品开发，其中对脂润滑的理解至关重要，因为大多数轴承故障是由润滑不当引起的。

SKF 拥有内部能力，可以通过各种精密的化学、测量和测试设备来分析润滑剂和润滑对轴承性能的影响。

润滑剂和润滑系统通常集成到轴承系统中，选择特定的润滑脂，专用于应用。 SKF 不生产润滑脂，但与首选供应商合作开发了一系列润滑脂，用于初始填充和售后市场。

润滑知识还扩展到自动润滑器、多点和单点润滑器、集中润滑系统和全损循环集中润滑系统。

SKF 还提供润滑剂选择、润滑剂处理、检查、处置和可靠性维护方面的培训。一个独立的 SKF 业务部门，工程和咨询服务，帮助开发与旋转轴或轴承应用相关的产品。显然，润滑（尤其是脂润滑）在这里非常重要。应用工程、咨询服务、培训、润滑管理、状态监测、可靠性维护、技术支持、工具、产品和系统共同构成了完整的 SKF 润滑解决方案。

用于轴承应用的油脂润滑
完美的轴承应该是无润滑剂的。然而，需要润滑剂来将滚动体与滚道分开，以防止由于（微）滑动造成的损坏。理想的分离介质是液体，它能够适应剪切，摩擦损失小，并且可以补充轴承表面（自愈作用）。

润滑脂因其稠度而被广泛使用，使用方便；它不会轻易泄漏，并提供一定的密封作用。与油润滑相比，润滑脂可以防止腐蚀并降低摩擦值，前提是使用质量和填充率高的润滑脂。

润滑脂具有有限的寿命 [2,3]，通常比轴承疲劳寿命 [1] 短。存在高级轴承寿命模型，并且由于润滑脂寿命通常支配轴承使用寿命，因此非常需要润滑脂寿命模型。不幸的是，油脂润滑 [2] 的复杂性意味着目前还没有用于预测油脂寿命的物理模型。 SKF 开发了一个经验模型，可以计算“优质润滑脂”的润滑脂寿命（或再润滑间隔）。

图 1.

对于深沟球轴承，SKF 开发了润滑脂性能系数 (GPF) 概念 [3]（图 1），用于在数据可用的情况下预测知名润滑脂的寿命。 GPF=1 对应于“优质润滑脂”的性能。许多润滑脂类型的性能优于标准的“优质”，并且 GPF 大于 1。图 1 显示了润滑脂寿命与温度、速度 (n dm) 和润滑脂质量的关系[3]。

SKF 建议温度性能限制在标准温度限制范围内（图 2）。在推荐的性能限制之间，即 SKF 交通灯概念的“绿色区域”，润滑脂将可靠地发挥作用，并且可以确定润滑脂寿命（和再润滑间隔）[8]。

图 2.

绿色区域两侧的琥珀色区域的温度应该只出现很短的时间。随着时间、温度、机械工作、老化和污染物的可能进入，轴承中的润滑脂会变质并失去其润滑性能。在安装过程中首次加注油脂后，额外的油脂再润滑可以实现预期的使用寿命。重新润滑的三个因素对于实现可靠性很重要：润滑脂类型、润滑脂数量和使用频率。润滑脂的供给量和频率取决于操作条件和供给方法：手动，或通过自动润滑器或润滑系统。这些知识体现在专家系统中：LubeSelect、LuBase 和 DialSet，可通过 Internet 获得。

油脂润滑物理
了解脂润滑的物理和化学对于预测轴承中的润滑脂性能至关重要。在应用条件下进行润滑脂寿命测试通常是不可能的，因为应用将被设计为具有非常长的耐久性，这将导致无法接受的长时间测试。在实践中，选择的测试条件比应用中更严格（例如，更高的温度和/或更高的速度）。此外，润滑脂寿命试验台有时使用标准化的轴承运行，这与应用程序不同。

润滑脂的性能不仅取决于润滑脂的特性，还取决于特定轴承类型的内部几何形状。即使在轴承类型中，性能也取决于内部几何形状，其中内部尺寸、密封解决方案、保持架配置和保持架材料是最重要的。

通过了解润滑脂的物理和化学性质，可以将测试结果“外推”到无法获得测试数据的条件。此外，润滑脂寿命测试数据用于验证为润滑脂润滑开发的物理模型。 SKF 的工程与研究中心在摩擦学/润滑和物理/化学方面开发了最先进的知识和模型，支持对脂润滑的理解。支持油脂预测模型开发的科学领域包括流变学、流体动力学、化学、弹性流体动力润滑和统计学。

在轴承运行的初期，油脂会流动。大多数润滑脂最终靠近滚道，一些留在“扫掠区域”内。在此阶段期间和之后轴承内润滑脂的内部分布需要了解流体动力学和润滑脂的流变特性。将流体动力学理论应用于润滑脂流动并不简单；毕竟，润滑脂并不是真正的流体。机械和热工作引起的润滑脂老化，这在轴承中很严重，增加了问题的复杂性。流体动力学/流变学理论也用于预测润滑脂的渗油特性。了解脂润滑中的化学成分对于预测基础油和增稠剂的氧化非常重要 [4]。此外，润滑脂化学决定了边界润滑性能。

润滑脂应该会形成一层分离膜，它可能是边界膜，也可能是由流体动力作用形成的。在滚动轴承中，接触体的弹性变形将为油膜堆积产生有利的入口几何形状，这种现象称为“弹性流体动力润滑”（EHL）。该理论适用于油润滑，但尚未适用于脂润滑，其中油膜厚度由运行轨道上润滑剂的可用性（通常称为“饥饿 EHL”[5]）和增稠剂“颗粒”决定。图 3 显示了油脂润滑接触的干涉测量图。由于增稠剂颗粒进入触点，薄膜不光滑。

最后，油脂润滑过程不是确定性的。故障存在统计分布，这进一步使预测复杂化。 SKF 已经开发了完善的威布尔统计知识，用于评估轴承寿命和润滑脂寿命测试数据 [6]。

油脂测试
为了预测轴承中的润滑脂寿命，SKF 开发了用于整个行业的测试机。传统上，这些是 R0F（球轴承）和 R2F（球面滚子轴承）试验台。 R0F 测试台已升级 (R0F+)，使其在速度、负载和温度方面非常灵活。 SKF工程研究中心拥有大量R0F和R0F+，可同时进行140次测试（图4）。

图 4.

除了润滑脂寿命测试外，还对启动扭矩、摩擦、耐腐蚀性、振动（V2F）、润滑脂噪音（BeQuiet+）等进行功能测试。设备齐全的化学实验室支持测试结果的评估。

产品开发和脂润滑
几个例子展示了对脂润滑的理解如何影响新产品开发，包括新一代 SKF 节能轴承。图 5 显示了 SKF 节能型 (E2) 深沟球轴承。与相同尺寸的标准 SKF 轴承相比，SKF E2 深沟球轴承的摩擦损失至少低 30%。 SKF E2 轴承专为脂润滑应用而开发，消耗的润滑剂更少。

图 5.

标准和 SKF E2 深沟球轴承的润滑脂寿命比较（图 6）显示润滑脂寿命翻了一番，有效地使轴承使用寿命翻了一番。摩擦减少可归因于改进的油脂润滑——即独特的油脂与改进的内部几何形状和新的保持架设计相结合。这是润滑脂开发如何融入轴承设计的一个很好的例子。

图 6.

当 SKF 开发出自己的内部假压痕试验台和方法时，出现了一种用于风力涡轮机叶片和偏航轴承的具有优异抗假压痕性能的新型润滑脂。图 7 绘制了使用标准润滑脂和新的叶片和偏航轴承润滑脂的测试结果，其中摩擦作为振荡次数的函数进行监测。如果摩擦力随着时间的推移不断增加，那么故障即将发生。蓝线代表商业油脂的测量值。绿线是使用 SKF LGBB 2 润滑脂的测量值，该润滑脂形成保护性摩擦层，在多次循环中显示出非常低的摩擦值，可延长轴承的使用寿命。

图 7.

图 8 显示了在类似叶片轴承的条件下各种润滑脂的操作窗口。在部分滑动的情况下，振荡非常小，以致于赫兹接触的中心会粘住，并且滑动只发生在接触的边缘。当振荡剧烈到连接触的中心都会滑动时，就会发生粗滑。微动通常发生在要固定的表面之间，但会受到小幅振荡，其特征是产生的磨损碎屑滞留在接触区域内。 SKF LGBB 2 润滑脂具有出色的抗微动特性，也可用于大振荡。该润滑脂在低温下性能良好，具有良好的抗腐蚀性能，非常适用于风力涡轮机叶片和偏航轴承应用。

图 8.

对于造纸厂应用，SKF 开发了“SKF 聚合物增稠润滑剂”或聚合物润滑脂，用聚合物代替了传统的皂类增稠剂 [7]。聚合物是非极性的，即肥皂不会与金属表面竞争以吸引添加剂。常规润滑脂包含 10% 至 20% 的金属皂增稠剂（极性）和 80% 至 90% 的基础油，包括添加剂包。聚合物稠化润滑剂含有 10% 至 13% 的聚丙烯 (PP)（一种非极性材料）和 87% 至 90% 的油，包括添加剂包。形成聚合物稠化润滑脂的独特工艺是聚合物溶解在油中的创新加热和淬火操作。这导致了一个三维网状结构，其功能类似于“正常”的、金属皂稠化的油脂。即使在没有添加剂的情况下，该润滑脂也能在 R0F 试验台上延长使用寿命，延长再润滑间隔，使其更加环保。这将导致润滑脂消耗量减少。新型聚合物润滑脂低温性能优良，生产能耗低。

风力涡轮机主轴轴承的润滑脂要求与恶劣的环境有关，润滑脂必须在重接触载荷、低速和振荡和静止条件下实现高可靠性。安装在海上和寒冷气候中的风力涡轮机面临着额外的挑战。 SKF 为风力涡轮机主轴应用开发了三种不同的润滑脂。表 1 显示了润滑脂的特性。所有三种润滑脂都被各种风力涡轮机原始设备制造商广泛使用和认可。润滑脂的选择取决于密封类型、操作条件和环境。

表 1.

SKF 为主轴应用提供完整的客户解决方案，包括润滑脂、轴承座、密封件、轴承配置、润滑系统、锁紧螺母、安装服务、润滑剂和分析以及状态监测。

结论
SKF 通过进一步开发和应用其在脂润滑方面的知识，为可持续性和支持环保解决方案做出贡献，从而延长轴承系统的使用寿命并减少摩擦，从而减少能源消耗。延长的使用寿命和再润滑间隔可减少维护需求并减少浪费。这是通过将基础研发和模型开发中获得的知识与产品开发相结合来实现的。

参考文献

[1] E. Ioannides、G. Bergling 和 A. Gabelli。滚动轴承寿命的分析公式。 Acta Polytechnica Scandinavia, 机械工程系列, 芬兰理工学院, (137), 1999.

[2] 下午卢特。滚动轴承脂润滑综述。摩擦学学报, 52(4):470-480, 2009.

[3] B.Huiskamp。终身润滑的深沟球轴承的润滑脂寿命。进化，2：26-28，2004。

[4] A. van den Kommer 和 J. Ameye。润滑脂剩余寿命预测——线性扫描伏安法的一种新方法和方法。埃斯林根会议论文集，第 891-896 页，2001 年。

[5] M.T.范佐伦，C.H.维纳和 P.M.卢特。使用薄膜层模型预测缺乏弹性流体动力润滑接触的薄膜厚度衰减。机械工程师学会会刊。 J部分, 工程摩擦学报, 223(3):541-552, 2009.

[6] T.安德森。理论上的耐力测试。球轴承轴颈, 217:14–23, 1983.

[7] D. Meijer, D. 聚合物稠化润滑脂。欧洲专利申请（EP 0 700 986 A3），1996。

[8] SKF总目录，6000/I (2008)