目录 简介... 3 轴承损伤分析的准备工作与方法... 3 轴承损伤类型磨损 - 异物... 4 研磨损伤... 4 麻点与擦伤... 5 槽痕... 5 碎屑污染... 5 浸蚀 - 腐蚀... 6 润滑不足... 7 疲劳剥落... 8 过量预负荷或过载... 9 页码 偏心和轴承座 / 挡肩

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1 Timken 轴承损伤分析 及润滑参考指南 适用于 球轴承 圆柱滚子轴承 调心滚子轴承 圆锥滚子轴承

2 目录 简介... 3 轴承损伤分析的准备工作与方法... 3 轴承损伤类型磨损 - 异物... 4 研磨损伤... 4 麻点与擦伤... 5 槽痕... 5 碎屑污染... 5 浸蚀 - 腐蚀... 6 润滑不足... 7 疲劳剥落... 8 过量预负荷或过载... 9 页码 偏心和轴承座 / 挡肩的加工偏差 操作和安装损伤 轴承保持器损伤 凸点和配合不当 轴承座或轴的配合不当 布氏压痕和冲击损伤 假性布氏压痕 电流蚀痕 偏心环破裂 - 宽内圈型球轴承 了解轴承寿命 轴承疲劳寿命 轴承的使用寿命 润滑参考指南 影响润滑性能的因素 润滑指南 - 所需润滑脂量 术语 轴承类型及术语 圆锥滚子轴承速度性能指南 英制单位与公制单位换算当量 毫米 分数 小数英制尺寸换算表 温度换算表 摩擦管理解决方案... 30

3 简介 铁姆肯公司永远把产品和客户放在第一位 不论是在怀俄明州保德里弗盆地培训维护团队如何正确地进行轴承安装, 还是从位于印度班加罗尔的技术中心提供应用工程技术支持, 我们在摩擦管理领域的专业知识和技术跨越了全球, 为众多行业提供强大的支持 凭借 110 多年材料学和摩擦学的技术积累, 加之作为优质钢材制造商的悠久历史, 铁姆肯公司无疑是轴承损伤分析的资深专家 我们的销售和服务团队接受了严格培训, 既能对轴承损伤情况进行现场评估, 也能为客户提供预防性的维护知识, 提高轴承的使用性能 本参考指南旨在帮助维护和操作人员识别一些常见的轴承损伤情况, 说明可能的故障原因, 并探讨可行的补救措施 在很多情况下, 轴承损伤可能是由多方面原因共同引起的 本指南同时也提供了有用的轴承参考资料和润滑指南 关于轴承损伤分析的更多信息, 请与您的铁姆肯公司销售或服务工程师联系, 或登陆 轴承损伤分析的准备工作与方法 简介轴承损伤分析的准备工作与方法 伤报告时正在发生的其它设备问题 6. 拆卸设备 ( 部分或全部 ) 对已安装的轴承进行评估, 并做好记录 7. 检查其它部位零件的状况, 特别是与轴承相邻的零件, 如锁紧螺母 连接器 密封圈和耐磨环等 8. 在拆卸前, 标记和记录轴承和其它部件的安装位置 9. 用校准的量具测量并核准轴和轴承座的尺寸 圆度以及锥度 10. 完成拆卸后, 在清洗部件之前, 记录下对润滑剂的分布和状况的观察结果 为了实现精确 完整的分析, 对轴承损伤和系统故障的检查应按照以下步骤进行 如果在轴承损伤分析过程中需要协助, 可与铁姆肯公司销售或服务工程师联系 内, 提取使用过的润滑剂样品, 以确定润滑剂的状况 单独包装并做好标签 11. 清洁零件, 并按照轴承圈上的标记, 记下制造商的信息 ( 零件号 序列号 日期编码等 ) 从轴承监测装置上获取运行数据 ; 分析服务 维护记录以及表格 ; 取得应用图表 图形或蓝图 准备一份检查表格, 以记录所有观察项目 对整个过程进行拍照, 用于辅助描述 / 说明损伤的部件 3. 分别在轴承 轴承座和密封区域 提取未使用过的新润滑剂样品备用 记录包装箱上列名的规格数据或批次信息 获取随附润滑剂一同发运的技术规格说明和所有相关的材料安全资料 ( 如操作 处理和毒性信息 ) 检查轴承的应用环境中的一些外部因素, 包括之前发生的或在轴承损 12. 分析内部滚动接触表面 负荷区及对应的外部表面的状况 13. 涂上防腐油, 并重新包装好轴承, 以避免腐蚀 14. 编制一份记载所有数据的摘要报告, 用于日后与铁姆肯公司的销售或服务工程师共同讨论

4 轴承损伤类型 轴承损伤在很多不同的运行条件下都有可能发生 本节对滚动轴承最常出现的损伤情况进行了阐述, 包括圆柱滚子轴承 调心滚子轴承 圆锥滚子轴承以及球轴承等 重点提示 : 正确的轴承维护与操作是关键 磨损 - 异物 滚动轴承最常见故障之一就是由于异物所引发的磨损和损伤, 异物会造成研磨损伤 擦伤 槽痕 圆周线痕或碎屑污染等影响 研磨损伤 进入轴承内部的微小的异物, 可能会引起轴承过度研磨损伤 沙粒 磨削和机加工过程中产生的金属微粒以及齿轮带来的金属微粒或碳化物都会磨损或研磨滚子和滚道 在圆锥滚子轴承中, 滚子端面和内圈挡边的磨损程度要比滚道更加严重 这种磨损能造成轴向游隙或内部间隙扩大, 进而降低轴承的疲劳寿命, 导致轴承的偏心 此外, 磨损也会影响轴承所在机器的其他零件 异物可能通过已严重磨损或失效的密封圈进入轴承 轴承座和零件初次清洗不干净, 或过滤器失效, 过滤器维护不当, 将导致磨粒积聚 图 1: 微粒污染物进入调心滚子轴承后, 保持架表面 滚子与滚道之间出现磨损 图 2: 调心滚子轴承在滚子端面产生磨损, 也是由微粒污染物造成的 图 3: 微粒污染物造成圆锥滚子轴承磨损 图 4: 恶劣环境下接触磨料和水, 使带座轴承严重磨损

5 磨损 - 异物 麻点与擦伤 硬质颗粒在轴承内滚动, 可引起滚子和滚道的麻点和擦伤 轴承座清洁不当而残留的金属碎片或大颗粒灰尘, 将导致过早出现疲劳损伤 图 5: 因恶劣环境引起擦伤的轴承滚道 槽痕 槽痕是由碎片或金属颗粒造成的极度严重的磨损 这些污染物楔入软质保持架材料, 造成滚动构件出现刻槽, 这将影响滚动接触几何形状, 降低轴承使用寿命 图 6: 大颗粒污染物嵌入软质保持架材料, 导致槽痕 碎屑污染 外部碎屑污染通常是由灰尘 沙粒和环境颗粒造成的, 而内部碎屑污染则一般由齿轮 花键 密封圈 离合器 制动器 接头以及轴承座等清洁不当或部件发生损伤或剥落所致 硬质颗粒随着润滑过程在轴承中游走, 最终导致轴承内表面擦伤 ( 压伤 ) 压痕形成突起, 引起表面应力的集中, 造成轴承表面早期损伤, 降低轴承的寿命 图 7: 图中所示为因碎屑污染物擦伤发生表面剥落的圆锥滚子轴承内滚道 ( 内圈 ) 图 8: 调心滚子轴承被硬质颗粒擦伤 图 9: 此图片在显微镜下拍摄, 反映了碎屑污染物对轴承滚道的擦伤效应 相应的压痕表面图如下图 11 所示 图 10: 由其他疲劳零件 密封松动或维护不当所产生的碎屑导致圆锥滚子轴承的滚道擦伤 图 11

6 浸蚀 - 腐蚀 浸蚀 - 腐蚀 浸蚀或腐蚀是抗摩擦轴承遇到的最严重的问题之一 轴承滚道及滚子表面高精度的加工, 使其极易受到湿气和水的腐蚀 浸蚀通常是由于轴承座内温度变化, 内部空气冷凝, 水分不断积聚所造成的 而湿气或水时常从损伤的 破损的或不适当的密封圈进入轴承 此外, 轴承在拆卸 检查时, 清洗和干燥不当, 也会引起这样的损伤 在轴承清洗和干燥以后或将轴承放入仓库之时, 都应当涂上润滑油或其他防腐剂, 并用保护纸包装好 无论是新轴承还是旧轴承, 都应放置在干燥区域, 包上原包装, 降低在安装前出现静态腐蚀的可能 图 12: 圆柱滚子轴承的内圈出现浸蚀和腐蚀现象 图 13: 由于内圈滚道和滚子受到高度腐蚀和点蚀, 该轴承不能再使用了 图 14: 球轴承的内圈和保持架被水严重腐蚀 图 15: 图中外圈滚道呈现严重腐蚀 这种类型的腐蚀可能只是表面锈斑, 而非点蚀 如果用细金刚砂布或磨粉布可以将污点清理干净, 则轴承可再次使用 但如果存在麻点, 而且用轻度抛光也清除不掉, 则应当弃用 ; 或者如果可行, 将其重新打磨 图 16: 球轴承的外滚道呈现出浸蚀和腐蚀

7 润滑不足 润滑不足 润滑不足这个术语可以用来描述很多种可能发生的损伤情况 这些情况的共同特征是 : 在轴承运行的过程中, 润滑剂不能够充分地隔离开轴承滚动和滑动接触的表面 对于不同的轴承系统, 应当根据经验 负荷 速度 密封系统 运行情况以及预期寿命等因素来正确设计所需润滑剂的用量 类型 等级 供应系统 粘度及添加剂, 这一点十分重要 如果未适当考虑这些因素, 则轴承性能及其运行性能可能达不到预期的效果 由润滑不足所导致的轴承损伤表现迥异, 可能是非常轻微的热变色伴有滚子大端擦伤 ( 图 17), 也可能是轴承整体锁死伴有极端的金属扭曲 ( 图 18) 也有这样一种情况 : 轴承经历干启动, 并伴有极端金属扭曲, 但其表面仍然保持着光亮 ; 这种现象偶有发生 这是因为在启动阶段, 由于金属与金属的接触, 轴承遭到热损伤, 随后, 一旦当润滑剂到达轴承时, 轴承最终冷却下来 接着, 轴承试图进行自我 修复 来掩饰最初的金属扭曲和热变色 二级损伤更为明显, 它常常掩盖 了最初的问题和随后的轴承损伤 这种轴承损伤典型的表现是导致轴承内局部高热和金属流, 因而改变了原有的轴承几何和轴承材料 任何可见的金属裂痕 划痕 热痕 变形或几何改变 ( 图 19 和图 20) 都会使轴承成为废品, 从而再也无法使用 仔细检查轴承 齿轮 密封圈 润滑剂和周围零件, 常常可以找到导致损伤的初步原因 参见第 20 页的润滑参考指南, 了解更多关于润滑状况对轴承性能的影响 图 17: 图中圆锥滚子上的热损伤是金属与金属的接触所造成的 图 18: 轴承整体锁死 图 19: 由于润滑不足, 造成内圈变形, 保持架破裂 图 20: 过热导致球轴承内圈发生金属扭曲 图 21: 由于油膜太薄, 使关节轴承的滚道出现微剥落 图 22: 重载 低速 高温造成油膜太薄, 引起微剥落

8 疲劳剥落 疲劳剥落 简单说来, 剥落是指轴承材料出现麻点或脱落 剥落最初发生在滚道和滚子上 需要指出的是, 本参考指南提到了各种形式的 初级 轴承损伤, 它们最终会恶化为以剥落为表现形式的二级损伤 我们将剥落损伤分为三个类型 : 几何应力集中 (GSC) 剥落 几何应力集中剥落来源于偏心 弯曲或边缘负荷引起轴承局部区域的应力增加 这种损伤出现在滚道 / 滚子轨迹的最边缘区域, 通常是轴或轴承座加工问题或高负荷的最终结果 图 23: 高负荷导致该圆柱滚子轴承疲劳剥落 图 24: 图中的调心滚子轴承由于高负荷而产生了严重剥落和破裂 表面凸物因素 (PSO) 剥落 表面凸物因素剥落来源于极高的局部应力 极高的局部应力会引起轴承过早疲劳损伤 这种损伤是最常见的剥落损伤, 通常是由轴承内部的刻痕 压痕 碎片 蚀刻以及硬颗粒杂质造成的, 并且经常表现为箭头状剥落 夹杂物因素剥落 夹杂物因素剥落是在轴承经历了数万次负荷周期后, 轴承内部含非金属夹杂物的次表面局部区域出现材料疲劳造成的 其表现形式为局部的椭圆形剥落 随着近二十年内轴承钢洁净度的提高, 这种类型的剥落已经很少发生了 图 25: 圆锥滚子轴承由于偏心 弯曲或重负荷而产生几何应力集中剥落 图 26: 球轴承的内圈出现了疲劳剥落 其断裂形式属于二级损伤 图 27: 圆锥滚子轴承内圈因碎片或凸起的金属超出了润滑油膜, 引起表面凸物因素剥落

9 过量预负荷或过载 过量预负荷或过载 过量预负荷会产生大量的热, 并导致轴承损伤 其损伤形式在外观上与润滑不足所导致的损伤形式相仿 这两种诱因常被混淆, 故须进行彻底检查, 才能确定问题的根源所在 适用于一般操作的润滑剂未必适用于高预负荷的轴承, 因为油膜的强度可能不足以承载超高负荷 高预负荷下润滑失效所引起的损伤与第 7 页所述的由润滑不足而导致的损伤相同 在高预负荷下, 即使使用了能够承载重负荷的极压型润滑剂, 也可能产生另一种形式的损伤 尽管润滑剂能应付负荷, 防止滚动构件或滚道划伤, 但重负荷还是可能导致次表面层出现过早疲劳剥落 该类型剥落的出现及随之而来的轴承寿命问题将取决于轴承的预负荷量和承载能力 图 28: 由于过载, 圆柱滚子轴承的滚子表面出现开裂 图 29: 圆锥滚子轴承的严重过载导致滚子出现过早的严重疲劳剥落 负荷过重, 使滚子上的金属大片脱落 图 30: 重载, 低速导致圆锥滚子轴承内圈上的润滑膜不足 图 31: 调心滚子轴承滚道出现严重的脱皮和剥落 图 32: 重载和低速使圆锥滚子轴承的滚道出现严重磨损

10 偏心和轴承座 / 挡肩加工偏差 偏心和轴承座 / 挡肩加工 偏差 偏心的轴承将缩短轴承的寿命, 而使用寿命缩减多少则取决于偏心的程度 为了充分发挥轴承的使用寿命, 支撑轴承的底座和挡肩必须处于轴承厂商规定的偏心极限之内 若偏心程度超出了极限, 则轴承所承载的负荷将不能按预期的方式沿着滚动体和滚道进行分配, 而会集中于滚动体 球面或滚道的某一局部区域 在极度偏心或角度偏移的情况下, 负荷集中到滚动体和滚道的边缘 局部负荷严重集中和高应力会导致金属过早产生疲劳 图 33: 如图所示, 高边缘负荷使圆锥滚子轴承的内滚道上产生了几何应力集中 (GSC) 剥落 图 34 : 轴承座内孔的锥度过大, 导致该圆柱滚子轴承的外圈上负荷分配不均匀并产生几何应力集中剥落 偏心的原因 : 轴承座或轴的加工不精确或磨损 高负荷下产生的偏移 轴或轴承座上的挡肩歪斜 图 35A: 轴偏心 图 35B: 轴承座偏心 图 36 : 由于轴承底座的偏移 不精确加工或磨损, 圆锥滚子轴承的外圈上产生了不规则的滚子轨迹 图 37 : 不规则的滚子轨迹, 与图 36 呈 180 度相对的位置 10

11 操作与安装损伤 操作与安装损伤 在操作和组装轴承时应小心谨慎, 切不可使滚动体 滚道表面和边缘受到损伤 如果滚道表面出现深度凿沟, 或如果滚动体受到撞击或发生变形后, 受损区域附近的金属会相应凸起 当滚动构件经过这些受损表面时, 会产生高应力, 并造成局部过早剥落 凿沟和深刻痕的直接影响是使轴承粗糙, 并出现振动和噪音 图 38 : 操作不当或安装损伤使圆锥轴承滚子上产生了刻痕和压痕 图 39: 由于使用了不合适的安装工具, 调心滚子轴承内圈上的法兰出现破损 图 40: 组装过程中因使用硬化的冲头造成的凹痕 图 41: 圆锥滚子上的间隔刻痕是由安装过程中滚子边缘撞击滚道而引起的 这些刻痕 / 压痕会使边缘凸起, 产生过量的噪音 振动以及应力集中 11

12 轴承保持器损伤 轴承保持器损伤 轴承安装过程中的不慎操作或使用工具的不当可能损伤保持器 保持器通常是由低碳钢 青铜或黄铜等材料制造而成, 很容易因操作或安装不当而损伤, 并导致轴承过早的出现性能问题 在某些情况下, 保持器的破裂是由环境和运行条件所引起的 这一类型的损伤过于复杂, 故本参考指南不予说明 若遇到此类问题, 请与您的铁姆肯公司销售或维修工程师联系 图 42: 保持架因安装不当或因轴承跌落而变形 图 43: 圆锥滚子受卡成歪斜状, 原因是在安装过程中保持架受到挤压, 或是运行中有干涉 图 44: 维护保养时的操作不当导致圆柱滚子轴承保持架上的梁发生弯曲 图 45 : 操作严重不当使该调心滚子轴承保持架的梁上产生深度压痕 该损伤将导致滚子滚动不畅并出现打滑, 温度升高, 使用寿命缩短 12

13 凸点与配合不当 凸点与配合不当 在将外圈从轴承座或轮毂中取出时的操作不当或损伤, 会使外圈的底座产生毛刺或凸点 若在使用工具过程中不慎将轴承座内安装表面凿伤, 则凿沟附近的区域会升高 若这些凸点未能在重新安装轴承外圈之前打平或磨平, 则凸点会通过外圈影响外圈的内表面, 使之也相应的产生凸斑 当滚动体撞击这些凸起区域时, 应力增加, 导致轴承过早疲劳 图 46: 由于轴承座磨损, 导致该轴承在运行过程中配合松动, 产生磨损 结果, 调心滚子轴承外圈出现金属撕裂 磨损 图 47: 配合不当造成了典型的磨擦腐蚀 轴承及其底座在承载负荷的情况下发生相对位移, 导致了这一磨损和腐蚀的产生 图 48 : 外圈外圆上的伤痕是由轴承座上的凸点引起的 与此外圈外圆上伤痕对应的外圈内滚道, 在此处发生了剥落 图 49 : 由于分体式轴承座上的尖点使应力集中, 造成该外圈滚道的局部发生剥落 13

14 轴承座或轴的配合不当 轴承座或轴的配合不当 应遵循厂商推荐的轴承配合方式, 以确保最佳的轴承性能 一般而言, 承载旋转负荷的轴承滚道应采取过盈配合或紧配合 例如, 在轮毂上, 轴承外圈就应当采取过盈配合, 而安装在静止轮轴上的轴承内圈一般采取小间隙松配合 旋转轴上的内圈一般采取过盈配合, 而外圈可能采取过渡配合, 甚至松配合, 这取决于具体应用情况 图 50: 旋转轮毂的外圈采取松配合 ( 应该是紧配合 ), 结果使轴承滚道损伤 图 51: 轴承座在运行过程中破裂, 导致该圆锥滚子轴承的外圈发生断裂 图 52: 由于安装在金属杂质或拱起的金属刻痕上, 球轴承的内圈发生破裂 图 53: 失圆或轴径过大导致圆锥滚子轴承的内圈发生破裂 14

15 布氏压痕和冲击损伤 布氏压痕和冲击损伤 安装时操作不当 运行中过高的冲击载荷或过量的静态载荷, 都可导致布氏压痕 安装不当导致的布氏压痕, 是由于力作用于非安装滚道上所造成的 当轴承内圈与轴采用紧配合安装时, 作用在外圈的力, 就会产生额外的轴向负荷, 使滚子与滚道冲击接触, 进而导致布氏压痕 图 58A 所示为拆卸轴承的错误方法, 而 58B 所示为正确的安装方法 瞬间很高的冲击负荷, 可导致轴承滚道产生布氏压痕, 有时甚至可使滚道和滚动体破裂 图 54: 在高冲击载荷下, 圆锥轴承外圈滚道产生布氏压痕和冲击损伤, 其内圈滚道上也会留下同样明显的压痕 这是真正的金属形变而非假性布氏压痕所表现出的磨损状态 凹槽处的放大图显示凹槽上有磨削加工的痕迹 图 55: 调心滚子轴承内圈因冲击载荷产生的滚子冲击伤 图 56: 因应用选型不当, 圆柱滚子轴承的内圈在运转中碎裂 图 57: 冲击负荷使球轴承内圈产生了布氏压痕 图 58A: 错误的轴承拆卸方法 图 58B : 正确的轴承安装方法 15

16 假性布氏压痕 假性布氏压痕 假性布氏压痕, 顾名思义, 不是真性布氏压痕或压伤, 它实际上是磨损 它是在轴承处于静止状态时, 滚动体发生轻微的轴向移动而引起的 滚动体在滚道上来回滑动, 会磨出一道凹槽 而滑动是由振动造成的 有时这种情况是不可避免的, 例如汽车或其他设备用火车或卡车进行的长途运输 当然, 也发生在海运时 这样的振动足以造成移动并引起假性布氏压痕 但可通过降低运输或储存过程可能发生的相对位移或减小载重, 大大减弱或消除振动 小幅往复角振荡装置 ( 不足滚动体旋转完整的一圈 ) 中的滚子轴承也会产生假性布氏压痕 通过检查压伤或磨损的区域, 可区分假性布氏压痕与真性布氏压痕 假性布氏压痕会将表层磨去, 而真性布氏压痕, 原始的表层仍会保留 图 59 : 圆锥滚子轴承外圈因振动或滚子与滚道之间的轴向相对位移而引起的磨损 图 60 : 冲击载荷引起的真性布氏压痕上有磨加工的痕迹 16

17 电流蚀痕 电流蚀痕 当电流在轴承上通过, 并在滚道与滚子之间的接触面被阻断时, 就会产生电弧, 并在局部产生高温 每次电流在球或滚子与滚道之间被阻断时, 两边都会留下蚀点, 最终产生凹槽 当凹槽逐渐加深, 噪音和振动也就随之出现 高强度电流, 例如局部短路, 会导致表面粗糙并产生颗粒 高强度电流的大幅变化会引起更为严重的损伤, 并导致在滚道与滚子或滚珠之间发生金属熔接 而滚子上的金属凸起物在滚道上产生切口效应, 造成噪音和振动 图 61: 图中放大 10 倍后的电弧灼坑或微小灼痕, 是由于轴承静止时接地不当, 产生电弧造成的 图 62: 轴承旋转时, 因焊接而在调心滚子轴承上造成的电弧凹槽 电弧的起因包括带电皮带或砑光辊上的静电 接线错误 接地不当 焊接 绝缘不够或不当 电动机的转子线圈松动以及短路等 图 63 : 放大 10 倍的凹槽看到的微小轴向灼痕, 是轴承在旋转时有电流通过引起的 偏心环破裂 - 宽内圈型球轴承 偏心环破裂 - 宽内圈型 球轴承 轴或外圈尺寸偏小, 以致不能与轴承座对中, 可引起偏心环 ( 锁紧装置 ) 破裂, 滚动路径偏心, 或是轴承晃动 而使用正确尺寸的轴及 Timken Fafnir 的自动调心功能 ( 用调心外圈以补偿初期的偏心, 有助于正确安装轴承 ), 可避免此类损伤 正确的安装步骤如下 : 调整轴承座内的轴承对准安装轴, 推动轴承到轴上相应位置 ; 用螺栓将轴承座固定到安装支架上 ; 装锁圈与固定螺钉, 并拧紧 图 64A: 轴的尺寸低于建议的公差等 图 64B: 外圈偏心 17

18 了解轴承寿命 特定寿命间隔内的故障百分比 额定寿命 Rated Life L L Life in Multiples of Rating Life, L 额定寿命 L 10 倍数 图 65: 在相同试验条件下运转的外观相同的圆锥滚子轴承有效统计群组的理论寿命频率分布 对于其它滚子轴承, 也可绘制相仿的总体分布图 在上述章节中, 我们详细说明了造成轴承损伤的诸多情况 那么, 如果轴承操作 安装 调整 润滑以及保养恰当后, 会怎么样呢? 下面, 我们将谈到关于轴承疲劳与使用寿命的问题 一组轴承的理论使用寿命可以在材料疲劳度的基础上, 通过运行条件和轴承额定负荷计算得出 此种计算假定轴承得到正确安装 调整 润滑以及操作 轴承疲劳寿命 通过试验检查并测试轴承, 以核准测定轴承额定负荷的基础, 并通过 应用于全球来源的零件上加以性能改进 L10 寿命是指, 在剥落损伤区域或滚动接触面疲劳损伤区域达到限定的 6mm 2 (0.01 平方英寸 ) 标准之前, 在试验数量足够的轴承组中 90% 的轴承可达到或超过的理论上预测的轴承寿命 正确处理 安装 调整 润滑 保养及使用轴承, 则轴承很有可能达到其预测寿命 图 65 显示了轴承在各自寿命下理论寿命的典型分布 本图适用于圆锥滚子轴承, 但对于其它滚动轴承的设计也成立 18

19 轴承的使用寿命 轴承的使用寿命取决于疲劳寿命 L 10 以外的诸多因素 由于应用要求的不同, 实际的使用寿命也大不相同 例如, 机床主轴轴承可能因为微小的磨损影响到主轴精度, 而不能继续使用 相反, 对于轧机辊颈轴承, 即使其出现了剥落损伤, 只要及时维修, 也能达到满意的使用寿命 使用寿命的降低可能由以下一个或多个因素引起 : 安装错误 调整不当 润滑不足 污染 操作不当或胡乱操作 轴承的寿命取决于运行条件下的负荷区域 一般来说, 在稳定运行条件下, 负荷区越大, 轴承的寿命就越长 图 66 所示为圆锥滚子轴承的这种关系 ; 径向负荷下, 其它种类的滚动轴承具有相似的性能关系 轴承座支撑不良 静态偏心或轴和轴承座变形严重 保养不当或不定期保养 图 66: 轴承寿命与轴承运行状态下的设定 轻预负荷 寿命 L 10 大间隙 重预负荷 零间隙 预负荷 0 轴承运行状态下的设定 间隙 19

20 影响润滑性能的因素 润滑参考指南 影响润滑性能的因素 如第 7 页所述,Timken 轴承的寿命在很大程度上取决于轴承正确的润滑 润滑有助于散热, 防止轴承表面生锈, 并减少摩擦 所有轴承损伤在很大比例上归因于润滑不当 润滑不当 是一个广义概念, 它可分为八大类 : 注油过量 注油不足 润滑脂选择不当 混合润滑脂 润滑脂失效 润滑系统不当, 润滑周期不当 水污染 杂质污染 注油过量 轴承注入过量的润滑脂或润滑油可引起运行过程中润滑剂过度搅拌和高温, 导致过热和多余的润滑脂泄漏 * 过热是因为热量无法及时散发而积累, 直至出现损伤 随着轴承温度的升高, 油脂的氧化 ( 失效 ) 速度迅速上升 每 18 (10 ) 翻一倍 * 注 : 在初次运行时, 经过正确润滑的轴承出现少量润滑脂泄漏属于常见现象 原设备厂商经常会建议允许少量的润滑脂泄漏, 因为泄漏的润滑脂可形成隔障密封, 隔绝外部杂质的污染 ( 如图 67) 关于润滑脂泄漏和补充量的问题, 应始终遵照原设备厂商的建议 在初次运行时, 如果轴承注油过量, 也可出现润滑脂泄漏 过段时间以后随着温度的升高, 额外的油脂将继续从过量注油的轴承上泄漏, 并呈现为黑色 ( 如图 68) 图 67: 通常在初次运行时, 从轴承上泄漏少量的 干净 润滑脂是可接受的 此时的润滑脂是湿的且泄漏得很均匀 如果少量的泄漏未引起任何问题, 则不用做任何处理, 因为它是有效的屏障密封 图 68 : 该皮氏培养皿内盛有严重氧化的润滑脂, 是从注油过量的轴承上泄漏下来的 严重氧化的润滑脂通常呈现出明显的黑色, 并散发出焦臭味 ; 此外, 还会变硬 注油不足 轴承注油不足也会带来不良后果 与注油过量一样, 轴承也会产生过热, 但原因不同 如果润滑脂量不足, 将导致过热或金属过度磨损 如果轴承突然发出噪音及温度升高, 则可能是金属过度磨损的结果 图 69: 含有发亮的轴承金属杂质的润滑脂, 取自注油不足的轴承 20

21 润滑脂选择不当 个别润滑脂中基础油的稠度 ( 粘度 ) 可能与针对客户应用所推荐的不同 如果基础油粘度太高, 则滚动件会因为难以冲破润滑脂而发生打滑 ( 如图 70) 在这种情况下, 润滑脂的过度氧化 ( 失效 )( 如图 71) 会使润滑脂出现过早变质, 且轴承部件过度磨损 如果基础油粘度太低, 则会因为油膜因温度上升而变薄, 以致产生微小剥落和磨损 ( 如图 72) 另外, 个别润滑脂中的添加剂可能不合适整体系统, 或甚至与系统中的其他部件不相容 图 70: 圆柱滚子由于打滑而被磨平 图 71: 由于温度上升, 造成润滑油膜变薄, 使该轴承的内圈发生微剥落 图 72: 由于温度上升, 造成润滑油膜变薄, 使圆锥滚子轴承的外圈 ( 下图 ) 和内圈 ( 上图 ) 发生微剥落 混合润滑脂 轴承在正确的润滑脂下可以良好运行 但在进行日常维修时, 技术人员可能使用不同型号的润滑脂对轴承润滑 如果润滑脂之间不相容, 或者油脂的硬度等级不合适, 则混合后的润滑脂会出现以下两种情况之一 : A B 1) 由于润滑脂增稠剂不相容, 导致润滑脂变软, 并从轴承中泄漏出来 ; 2) 结块, 褪色, 结构变硬 ( 如图 73) 图 73: 润滑脂 A 与润滑脂 B 不相容 当两者混合后, 出现结块, 褪色, 且结构变硬 ( 润滑脂 C) C 润滑脂失效 润滑脂是添加剂 基础油和增稠剂的精确组合 ( 如图 74) 润滑脂如同海绵, 起着保存并释放基油的作用 由于时间和温度的原因, 基础油的释放性能会逐渐耗尽 当出现这种情况时, 则意味着润滑脂已经失效 ( 图 75) 图 74: 润滑脂是添加剂 基础油和增稠剂的精确组合 图 75: 上图表明了同一润滑脂的三个阶段 ( 从左到右 ):1) 新润滑脂,2) 严重氧化的润滑脂,3) 失效的润滑脂, 其增稠剂和添加剂已分解, 基础油已失效 21

22 润滑系统不当, 润滑周期不当 选择正确的轴承润滑系统, 保持合适的润滑周期, 是防止轴承部件过早磨损的关键 如未遵循保养计划 ( 如图 76), 润滑剂将因过度氧化而变质 图 68 所示过度氧化的润滑脂 图 76: 技术人员在保养表上记录重要的轴承润滑数据 水污染 图 77 通过对新鲜润滑脂和经 30% 水乳化的润滑脂进行比较, 展现了水份对润滑脂的影响 新鲜润滑脂质地光滑, 呈黄油状 ; 而参水润滑脂呈奶白色 润滑脂中的水份即使少到百分之一, 也会对轴承寿命产生显著影响 新鲜润滑脂水份含量达 30% 的润滑脂图 77: 本图展现了水对润滑脂的影响 图 78: 与湿气 / 水份的接触使圆锥滚子轴承 ( 如图 78) 和球轴承的外圈和球 ( 如图 79) 出现点蚀和腐蚀而生锈 该状况称为浸蚀 图 79 用快速 简单的现场测试来鉴定润滑脂中的水份 鉴定润滑脂水份可采用简单的非量化方法, 即 灼烧测试 进行该种测试时, 将润滑脂样品置于一片铝箔上 ( 如图 80), 并在铝箔下部进行加热 ( 图 81) 如果润滑脂融化并伴有少量烟, 则含水量较小 而如果润滑脂有噼啪声, 有咝咝声以及水泡, 则润滑脂中的含水量相当大 图 80: 进行灼烧测试时, 首先将润滑脂样本置于一片铝箔上 图 81: 灼烧测试可鉴定出润滑脂的含水情况 22

23 润滑指南 润滑指南 - 所需润滑脂量 为避免产生过热, 轴承不可加注过多润滑脂 所需润滑脂量取决于轴承的自由体积, 公式如下 : V= π/ 4(D 2 -d 2 )(T)-M/A 其中 : V= 轴承的自由体积 (cm 3 -inch 3 ) D= 外圈外径 (cm-inch) d= 内圈内径 (cm-inch) T= 总体宽度 (cm-inch) M= 轴承重量 (kg-lb) A= 钢的平均密度 kg/cm lb/ in 3 π= 润滑脂应均匀分布在滚子 滚道 挡边以及保持架上 密封轴承有专门的油脂量推荐 关于更多信息, 请与铁姆肯公司联系 关于润滑信息, 请向原设备厂商进行咨询 润滑脂相容性图表 n = 最佳选择 n = 相容 n = 临界 n = 不相容 复合铝 复合钡 硬脂酸钙 12- 羟基钙 复合钙 磺酸钙 非皂基粘土 硬脂酸锂 12- 羟基锂 复合锂 聚脲 聚脲 SS 复合铝 Timken 食品安全脂 复合钡 硬脂酸钙 12- 羟基钙 复合钙 磺酸钙 Timken 高级轧机专用脂 非皂基粘土 硬脂酸锂 12- 羟基锂 复合锂 传统聚脲 聚脲稳定剪力 Timken 多用途脂 Timken 高速脂 Timken 带座轴承专用脂 Timken 高速脂 Timken 带座轴承专用脂 23

24 术语 研磨损伤 通常在异物划伤轴承表面时发生 黏着磨损 因金属间的接触而引起的轴承表面擦伤或划伤 角接触球轴承 内部间隙和滚道位置预先决定了接触角的球轴承 轴向内部间隙 在球轴承或滚子轴承组件中, 内圈相对外圈在与轴承内圈轴线方向上总的最大移动量 也称为轴承游隙 轴向负荷 平行于轴承轴方向施加的负载 也称为推力 布氏压痕 疲劳 金属以剥落的形式断裂和开裂 一般情况下, 有三种接触疲劳 : 夹杂物因素 几何应力集中 表面凸物因素 圆角半径 轴承轴肩或轴承座根部的圆角大小 固定轴承 轴的定位使其在两个方向都不会发生轴向运动的轴承 浮动轴承 轴与轴承座之间可轴向移动的轴承 凹槽 偏心 属于轴承安装的一种情况, 即内圈中心线与外圈中心线未成一条直线 旋转构件的轴与静止构件的轴之间的平行度不够 偏心的原因有 : 轴承座或轴的机械加工有误, 高负荷引起的变形以及运行游隙过大 预负荷 减小游隙或内部间隙, 以使滚子与内圈和外圈相接触或挤压 根据安装条件或设计, 轴承可以设置或不设置内部预负荷 径向内部间隙 在球轴承或滚子轴承中, 内圈与外圈之间在与内圈轴垂直的方向上总的最大可能移动量 也称为径向游隙或直径间隙 径向负载 垂直于轴承轴施加的负载 因极高的撞击或静载, 轴承滚道上产生的压痕或凹陷 布氏压痕 - 假性 静止的轴承因滚子的微小运动或振动所引起的滚道磨槽 内圈和外圈上的电蚀痕 摩擦腐蚀 通常发生在内孔, 外径 (O.D.) 和轴承端面, 常因这些表面 轴或轴承座上的微小运动引起 伴有红色或黑色氧化铁 额定寿命 额定寿命 L10 是指外观相同的轴承组在数百万次旋转下轴承组中百分之九十的轴承达到或超过的预测寿命 划痕 压伤 因轴承内异物污染而引起的滚道或滚子上的凹痕或塑性压痕 轴承座配合 轴承外表面与轴承座之间过盈或间隙量 因金属间接触引起的金属在轴承部件间的转移 不同程度的划痕可分为挫伤 擦伤 滑伤 刮伤或其它任何滑动状态 游隙 - 内部间隙 内圈和滚子对外圈的相对移动量 对单列球轴承和圆柱轴承, 即径向运动或是内部间隙 对圆锥轴承, 即内圈组件对外圈的相对移动量 浸蚀 - 腐蚀 通常是由湿气或水污染引起, 损害程度可从轻度锈斑到深度点蚀不等 寿命 一组轴承的理论使用寿命可以在材料疲劳度的基础上, 通过运行条件和轴承额定负荷计算得出 前提是假定轴承得到正确安装 调整 润滑以及操作 轴配合 轴承内径与轴外径之间的过盈或游隙量 剥落 - 片状剥落 滚道或滚动体片状或鳞状金属脱落 24

25 轴承类型及术语 Single Row Deep 单列深沟球轴承 Cylindrical 圆柱滚子轴承 Angular Contact 角接触球轴承 Tapered 圆锥滚子轴承 调心滚子轴承 轴承图解术语 1. 内圈 8. 推力面 15. 内圈端面 22. 圆锥滚子 2. 内圈倒角半径 9. 外圈滚道 16. 外圈端面 23. 内圈大挡边 3. 内圈面 10. 内圈滚道 17. 圆柱滚子 24. 内圈后 ( 大 ) 端面 4. 外圈面 11. 外圈倒角半径 18. 外圈端面 25. 内圈 5. 外圈 12. 调心滚子 19. 内圈前 ( 小 ) 端面 26. 内圈滚道 6. 球 13. 润滑构件 ( 润滑孔和润滑槽 ) 20. 外圈滚道 27. 保持架 7. 沉孔 14. 调心外圈滚道 21. 外圈 28. 调心内圈滚道 25

26 圆锥滚子轴承速度性能指南 速度性能指南 轴承速度通常采用内圈大端挡边中点的圆周速度 计算公式为 : 各类润滑系统的速度性能指南 挡边速度 : V r =πd m n/ (m/s) V r =πd m n/12 (ft/min) 其中 : D m = 内圈挡边直径 (mm,in) n = 轴承转速 ( 转 / 分钟 ) π= 内圈挡边直径 D m 图 82: 内圈挡边直径可从图纸中依比例得出, 或大概取轴承内径和外径的平均值 带循环润滑油系统的特殊高速轴承 速度性能指南 油直喷式 油雾 / 油气 循环油 典型工业经验表明在通常情况下无问题 工业经验表明需要通过测试来优化系统 油浴 仅适用于非连续运行 润滑脂 m/s ft/min 内圈挡边速度 图 83: 图中所示为有关圆锥滚子轴承速度和温度的性能提示 在任何轴承设计或润滑系统下, 轴承的速度都没有明确的速度极限 铁姆肯公司建议, 不论何种轴承设计, 都应当对其在新的高速环境下的应用进行测试 26

27 英制单位与公制单位换算当量 物理量已知单位乘以求得单位 长度 面积 英寸 (in.) 英寸 (in.) 英里毫米 (mm) 厘米 (cm) 公里 (km) 公里 (km) 平方英寸 (sq.in.) 平方英寸 (sq.in.) 平方毫米 (mm 2 ) 平方厘米 (cm 2 ) 体积立方英寸 (in. 3 ) 立方厘米 (cc,cm 3 ) 升 (1 l=1000 cc,cm 3 ) 毫米 (mm) 厘米 (cm) 公里 (km) 英寸 (in.) 英寸 (in.) 英里英尺 (ft.) 平方毫米 (mm 2 ) 平方厘米 (cm 2 ) 平方英寸 (sq.in.) 平方英寸 (sq.in.) 立方厘米 (cc,cm 3 ) 立方英寸 (in. 3 ) 立方英寸 (in. 3 ) 英制单位与公制单位换算当量 液体体积 夸脱, 美国 (qt.) 加仑, 美国升 (l) 升 (l) 升 (l) 加仑, 英国 升 (l) 升 (l) 夸脱, 美国 (qt.) 加仑, 美国加仑, 英国升 (l) 重量 / 质量 磅 (lb.) 盎司 (oz.) 千克 (kg) 克 (gm) 公吨 (1 t=1000kg) 千克 (kg) 克 (gm) 磅 (lb.) 盎司 (oz.) 磅 (lb.) 力 盎司 - 力磅 - 力 (lb f) 牛顿 (N) 牛顿 (N) 牛顿 (N) 牛顿 (N) 盎司 - 力磅 - 力 (lb f) 发动机扭矩 英尺 - 磅 (ft.-lb.) 牛顿 - 米 (Nm) 牛顿 - 米 (Nm) 英尺 - 磅 (ft.-lb.) 硬件扭矩 英尺 - 磅 (ft.-lb.) 英尺 - 磅 (ft.-lb.) 英寸 - 磅 (in.lb f) 千克 - 米 (kg-m) 牛顿 - 米 (Nm) 千克 - 米 (kg-m) 牛顿 - 米 (Nm) 千克 - 米 (kg-m) 牛顿 - 米 (Nm) 牛顿 - 米 (Nm) 英尺 - 磅 (ft.-lb.) 英尺 - 磅 (ft.-lb.) 牛顿 - 米 (Nm) 千克 - 米 (kg-m) 压力 磅 / 平方英寸 (PSI) 千帕 (kpa) 千帕 (kpa) 磅 / 平方英寸 (PSI) 功率 马力 (hp) 千瓦 (kw) 千瓦 (kw) 马力 (hp) 速率 英里 / 小时 (mph) 公里 / 小时 (km/h) 公里 / 小时 (km/h) 英里 / 小时 (mph) 燃料用量 英里 / 加仑 (mpg) 公里 / 升 (km/l) 公里 / 升 (km/l) 英里 / 加仑 (mpg) 27

28 毫米 分数 小数英制尺寸换算表 毫米 分数 小数英制尺寸换算表 分数小数毫米分数小数毫米分数小数毫米分数小数毫米分数小数毫米 / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

29 温度换算表 本换算表可用于摄氏温度 ( ) 与华氏温度 ( ) 之间的换算 中间的一栏表示基础温度 将 换算成 先在中间 栏找到相同数值, 而其左栏的对应数值即为换算后的 温度 将 换算成, 则先在中间栏找到相同数值, 而其右栏的 对应数值即为换算后的 温度 例如, 如果要找 100 的 数值, 只需在基础温度栏中找到 100, 而其右栏显示的 +212 即为换算值 表中阴影部分 代表负数 基础温度 基础温度 基础温度 基础温度 基础温度 C F 或 C F C F 或 C F C F 或 C F C F 或 C F C F 或 C F 温度换算表 29

30 摩擦管理解决方案 铁姆肯公司以其最广泛的轴承和相关产品给予客户坚实稳定的质量保证 Timken 和 Fafnir 品牌充分见证了其诸多圆锥滚子轴承 调心滚子轴承 圆柱滚子轴承 球轴承以及组装总成件在所有工业领域中的完美应用 铁姆肯公司不断发展摩擦管理解决方案, 以补充其核心产品, 改善运行状况, 其中包括润滑剂 单点润滑器 维护工具 安全设备 状态监测系统以及轴承修复服务等 安全端盖 安全端盖安装便捷, 为维护人员和轴承座内轴承提供了高度的防护 轴承座装置 球轴承和调心滚子轴承的轴承座融入了独特的密封设计, 其安装便捷, 适合高负荷环境下的应用 状态监测设备 从无线装置到在线系统, 状态监测设备都提供了强大的诊断工具, 来发现潜在的轴承故障, 以增加机器的运行时间并降低维修费用 30

31 维护 / 操作工具 有了各类操作器材, 技术人员就可以方便的安装 拆卸和维护轴承了 铁姆肯公司的维护产品包括 : 轴承安装工具套件 感应加热器和液压拉拔器 润滑剂 工业润滑剂的配方是我们的摩擦学专家特别研发的 这些润滑剂能让轴承在各种工业环境中顺畅地运行, 如高温 食品加工和高速环境 此外, 铁姆肯公司还提供一系列单点润滑器, 简化了润滑脂的传送过程 修复还是更换的选择 客户可以选择修复或翻新轴承和其它部件, 以节省资金并且维持稳定的备件供应 这样, 在故障停工期间, 也无需购买新的零件 对于任何制造商制造的任何类型的滚子轴承, 铁姆肯公司都能提供轴承修复服务 工业密封 铁姆肯公司工业密封产品提供从 0 到 13 英寸的小尺寸密封, 同时也开发有公制和高温系列 此外, 铁姆肯公司提供加快安装速度 防止密封圈和轴承损伤以及避免密封圈过早渗漏的工具 这些密封圈和工具可应用于上千种应用中的各种类型的设备上, 包括制造业 路外设备 电力输送以及炼油工业等 警告 : 正确的维护和操作方法十分重要 任何违反安装规则, 无视恰当润滑的做法, 都可能导致设备故障, 亦会严重危害人身安全 切不可用压缩空气旋转轴承 滚子可能因为受迫而高速弹出, 亦会严重危害人身安全 31

32 香港铜锣湾耀华街 3 号百乐中心 2610 室电话 : 传真 : M C

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