滚动轴承摩擦与润滑解析
滑动轴承概述
滑动轴承概述
轴 承
轴承支承轴及轴上零件，保证轴的旋转精度。根据轴承工作的摩擦性质，可分为滑动轴承和滚动轴承。滑动轴承具有工作平稳、无噪音、径向尺寸小、耐冲击和承载能力大等优点。而滚动轴承是标准零件，成批量生产成本低，安装方便，广泛应用。对于初学者来讲，滚动轴承的类型选择；寿命计算；组合设计是比较难掌握。因此，滚动轴承的寿命计算和组合设计是本章讨论的重点。
§11—1 滑动轴承概述
一、滑动轴承的类型
滑动轴承按其承受载荷的方向分为：
（1）径向滑动轴承，它主要承受径向载荷。
（2）止推滑动轴承，它只承受轴向载荷。
滑动轴承按摩擦（润滑）状态可分为液体摩擦（润滑）轴承和非液体摩擦（润滑）轴承。
（1）液体摩擦轴承（完全液体润滑轴承）
液体摩擦轴承的原理是在轴颈与轴瓦的摩擦面间有充足的润滑油，润滑油的厚度较大，将轴颈
和轴瓦表面完全隔开。因而摩擦系数很小，一般摩擦系数=0.001～0.008。由于始终能保持稳定的液体润滑状态。这种轴承适用于高速、高精度和重载等场合。
（2）非液体摩擦轴承（不完全液体润滑轴承）
非液体摩擦轴承依靠吸附于轴和轴承孔表面的极薄油膜，单不能完全将两摩擦表面隔开，有一部分表面直接接触。因而摩擦系数大，=0.05～0.5。如果润滑油完全流失，将会出现干摩擦。剧烈摩擦、磨损，甚至发生胶合破坏。
二、滑动轴承的特点
优点：（1）承载能力高；（2）工作平稳可靠、噪声低；（3）径向尺寸小；（4）精度高；（5）流体润滑时，摩擦、磨损较小；（6）油膜有一定的吸振能力
缺点：（1）非流体摩擦滑动轴承、摩擦较大，磨损严重。（2）流体摩擦滑动轴承在起动、行车、载荷、转速比较大的情况下难于实现流体摩擦；（3）流体摩擦、滑动轴承设计、制造、维护费用较高。
§11—2 滑动轴承的结构和材料
一、径向滑动轴承
1．整体式滑动轴承 整体式滑动轴承结构如图所示，由轴承座1和轴承衬套2组成，轴承座上部有油孔，整体衬套内有油沟，分别用以加油和引油，进行润滑。这种轴承结构简单，价格低廉，但轴的装拆不方便，磨损后轴承的径向间隙无法调整。使用于轻载低速或间歇工作的场合。
滚动轴承摩擦力矩、发热量及油量计算
滚动轴承摩擦力矩、发热量及
油润滑所需油量的计算
1、轴承的摩擦损失在轴承内部几乎全部变为热量，因而致使轴承温度升高，轴承的发热量可以用以下公式进行计算：
nMQ41005.1
式中
Q : 发热量，kW
M : 摩擦力矩，N.mm
n : 轴承转速，r/min
摩擦力矩的估算公式
dPM5.0
式中
M : 摩擦力矩，N.mm
μ: 轴承的摩擦系数
P : 当量动负荷，N
关键点：参见教材“机械设计”P320当量动载荷P的计算公式（13-8）。
教材P338例题13-1有关于当量动载荷的具体计算，但是Fa/Fr的值我个人觉得需要分析轴承的结构，那么就要对轴承选型。这里希望大家讨论下。
d : 轴承公称内径，mm
附表：各类轴承的摩擦系数（参考）
轴承类型 摩擦系数μ
深沟球轴承 0.0010-0.0015
角接触球轴承 0.0012-0.0020
调心球轴承 0.0008-0.0012
滚针轴承 0.0025-0.0035
圆锥滚子轴承 0.0017-0.0025
调心滚子轴承 0.0020-0.0025
推力球轴承 0.0010-0.0015
推力滚子轴承 0.0020-0.0030
2、摩擦力矩的精确计算公式：
MdragMsealMslMrrM 式中
M : 总摩擦力矩， Nmm
Mrr : 滚动摩擦力矩，Nmm
Msl : 滑动摩擦力矩，Nmm
Mseal : 密封件的摩擦力矩，Nmm
Mdrag: 由于拖曳损失、涡流和飞溅等导致的摩擦力矩，Nmm
3、
4、循环油润滑及喷油润滑所需油量计算公式
摩擦与润滑基本知识
摩擦与润滑基本知识
1.摩擦产生的原因：当接触表面粗糙度较大时，接触表面凹凸不平处相互啮合，摩擦力的主要因素表现为机械啮合；当接触表面粗糙度较小时，两接触面的分子相互吸引，摩擦力的主要因素表现为表面分子的吸引力。
2.根据物体的表面润滑程度，滑动摩擦可分为干摩擦、液体摩擦、界限摩擦、半液体和半干摩擦等。
2.1干摩擦：在摩擦表面之间，完全没有润滑油和其他杂质，摩擦表面之间作相对运动时所产生的摩擦叫做干摩擦。例如制动闸瓦与制动轮作相对运动时即产生干摩擦。
2.2液体摩擦：在两个滑动摩擦表面之间，由于充满润滑剂，因而表面不发生直接接触，摩擦发生在润滑剂的内部，叫液体摩擦。例如空气压缩机的主轴瓦。
2.3界限摩擦：两个滑动摩擦表面之间由于润滑剂供应不足，无法建立液体摩擦，只能依靠润滑剂中的极性油分子在摩擦表面形成一层极薄的油膜，属于液体摩擦过渡到干摩擦的最后界限。
3.零件磨损的主要形式：
3.1磨粒磨损：有硬质微粒进入摩擦表面间时，摩擦表面被硬粒切下或擦下切屑而形成的刮伤。
3.2刮研磨损：由摩擦表面的微观不平度而发生的磨损，主要是较硬的一面对较软的一面形成切削。
3.3点蚀磨损：表面上有重复的接触应力，在表面上引起微观裂痕，这些裂痕逐渐扩大，形成麻斑式的剥落。
3.4胶合磨损：摩擦表面润滑油不足，当滑动速度较高、压强过大时，局部的摩擦变形热量和塑性变形热量，使较软的材料局部熔化，粘在另一表面上而被撕下来的磨损。 3.5塑性变型：表面发生了塑性变形的一种摩擦。
3.6金属表面的腐蚀：金属表面层氧化，变成松软多孔，易于脱落，丢失耐磨强度的状态。
实例一，摩擦的规律：同类纯金属间的摩擦因数比异类纯金属间和同类合金间的摩擦因数大得多。
4.影响磨损的因素和减小磨损的途径
4.1润滑：轴径与轴瓦建立液体摩擦的必要条件是a、合适的间隙配合，确保油膜形成；b、润滑油充足，具备必要的压力和速度；c、轴径要有足够的转速；d、轴径与轴承配合表面的加工精度要适当；e、注油孔和油槽要设计在轴承承载区以外。
滚动轴承知识
滚动轴承知识
滚动轴承的知识
第一节 滚动轴承的基本结构
以滑动轴承为基础发展起来的滚动轴承，其工作原理是以滚动摩擦代替滑动摩擦，一般由两个套圈，一组滚动体和一个保持架所组成的通用性很强、标准化、系列化程度很高的机械基础件。由于各种机械有着不同的工作条件，对滚动轴承在负荷能力、结构和使用性能等方面都提出了各种不同要求。为此，滚动轴承需有各式各样的结构。但是，最基本的结构是由内圈、外圈、滚动体和保持架所组成。
各种零件在轴承中的作用分别是：
对于向心轴承，内圈通常与轴紧配合，并与轴一起运转，外圈通常与轴承座或机械壳体孔成过渡配合，起支承作用。但是，在某些场合下，也有外圈运转，内圈固定起支承作用或者内圈、外圈都同时运转的。对于推力轴承，与轴紧配合并一起运动的称轴圈，与轴承座或机械壳体孔成过渡配合并起支承作用的称座圈。滚动体（钢球、滚子或滚针）在轴承内通常借助保持架均匀地排列在两个套圈之间作滚动运动，它的形状、大小和数量直接影响轴承的负荷能力和使用性能。保持架除能将滚动体均匀地分隔开以外，还能起引导滚动体旋转及改善轴承内部润滑性能等作用。
第二节 滚动轴承的分类
1．按滚动轴承结构类型分类
(1) 轴承按其所能承受的载荷方向或公称接触角的不同，分为：
1) 向心轴承----主要用于承受径向载荷的滚动轴承，其公称接触角从0到45。按公称接触角不同，又分为：径向接触轴承----公称接触角为0的向心轴承：向心角接触轴承----公称接触角大于0到45的向心轴承。
2) 推力轴承----主要用于承受轴向载荷的滚动轴承，其公称接触角大于45到90。按公称接触角不同又分为： 轴向接触轴承----公称接触角为90的推力轴承：推力角接触轴承----公称接触角大于45但小于90的推力轴承。
(2) 轴承按其滚动体的种类，分为：
1) 球轴承----滚动体为球：
2) 滚子轴承----滚动体为滚子。滚子轴承按滚子种类，又分为： 圆柱滚子轴承----滚动体是圆柱滚子的轴承，圆柱滚子的长度与直径之比小于或等于3 ；滚针轴承----滚动体是滚针的轴承，滚针的长度与直径之比大于3，但直径小于或等于5mm; 圆锥滚子轴承----滚动体是圆锥滚子的轴承; 调心滚子轴承一一滚动体是球面滚子的轴承。
轴承的润滑与密封
轴承的润滑与密封
长寿命轴承的润滑与密封
为了保证轴承的长寿命，选用油润滑法比选用脂润滑法来得可靠，只要油品选择恰当,经过很好过滤，供油适量，定期检验并及时更换，要点是保证膜糙比λ入大于1和尽可能接近4，便可达到目标。
脂润滑一般有油膜不均匀和贫油现象，润滑性能比油欠稳定，同时必须要求脂本身的寿命长，而一般润滑脂的寿命比大多数情况下滚动轴承的疲劳寿命低得多。国外某些品种的长寿命润滑脂，只要薄薄一层均匀地附着于轴承的滚动表面，可在例如镗床主轴等部件中工作10年以上而保持卓越的润滑性能，这样的润滑脂国内也在研制。
在不适于采用油润滑的场合，宜采用品质好的脂，选择适当的加脂量和换脂周期。由于脂寿命的离散性较大，换脂周期应经严密监控并长期积累实际经验后加以确定。在较好的环境条件下，采用合适的密封，优质脂也能维持很长时间的润滑作用，只要轴承寿命要求不是太长，也可能一次填脂而此后不需补充加脂，但对此情况要审慎从事。
密封可以防止润滑剂流失和污物进入轴承，从而保持轴承的润滑作用和洁净程度而有利于达到长寿命，但是也要考虑密封结构的简繁、费用、密封的有效程度和有效期，根据环境条件和要求的轴承的寿命来合理加以选择，同时要注意到密封件使用恰当，可带来极大好处；密封件使用不当，则效果不大。例如接触式密封的密封件在高速下发热并较快磨损而失去密封作用，磨损生成物又污染轴承；非接触式密封在密封件两侧有压力差(气压或油压)时，防尘或尽封油效果就会变差。
在润滑剂中适当添加极压剂、抗磨剂等也能提高轴承的使用寿命。
轧机轴承工作性能能否得以有效利用，相当大的程度取决于润滑情况，润滑剂被称为“轴承的第五大零部件”。轧机轴承的损坏原因40%以上是润滑不良造成的，所以要降低轧机轴承消耗，就必须选用适宜于使用条件的润滑方法和优质润滑剂，还要设计安装防止水和氧化皮等异物侵入的可靠密封装置。
滚动轴承常见故障及其原因分析
滚动轴承常见故障及其原因分析
一、滚动轴承：
是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密的机械元件。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成，内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转；外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用；滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命；保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。
二、作用：
支承转动的轴及轴上零件，并保持轴的正常工作位置和旋转精度，滚动轴承使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。与滑动轴承比较，滚动轴承的径向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。
三、优点：
1、摩擦阻力小，功率消耗小，机械效率高，易起动。
2、尺寸标准化，具有互换性，便于安装拆卸，维修方便。
3、结构紧凑，重量轻，轴向尺寸更为缩小。
4、精度高，转速高，磨损小，使用寿命长。
5、部分轴承具有自动调心的性能。
6、适用于大批量生产，质量稳定可靠，生产效率高。
7、传动摩擦力矩比流体动压轴承低得多，因此摩擦温升与功耗较低。
8、起动摩擦力矩仅略高于转动摩擦力矩。
9、轴承变形对载荷变化的敏感性小于流体动压轴承。
10、只需要少量的润滑剂便能正常运行，运行时能够长时间提供润滑剂。
11、轴向尺寸小于传统流体动压轴承。
12、可以同时承受径向和推力组合载荷。
13、在很大的载荷-速度范围内，独特的设计可以获得优良的性能。
14、轴承性能对载荷、速度和运行速度的波动相对不敏感。
四、缺点：
1、噪音大。
2、轴承座的结构比较复杂。
3、成本较高。
4、即使轴承润滑良好，安装正确，防尘防潮严密，运转正常，它们最终也会因为滚动接触表面的疲劳而失效。
五、故障形式：
1、轴承转动困难、发热。
2、轴承运转有异声。 3、轴承产生振动。
4、内座圈剥落、开裂。
润滑对轴承的重要性
轴承工作时，为了保证轴承有效和可靠的运转，必须有充分的润滑。轴承润滑的作用：防止或减少轴承中的滚动体、滚道及保持架之间金属的直接接触，减少摩擦磨损，在摩擦表面形成油膜，当压力油膜形成后，可以增大零件接触承载面积，因此，可以起到减小接触应力，延长滚动接触疲劳寿命的效果，润滑剂具有防锈、防腐蚀作用，油润滑还具有散热和带走轴承运转中产生的磨损颗粒或侵入的污染物的作用，脂润滑可以起到增加密封性防止外部污染物侵入的作用，具有一定的减振降噪的作用
选择润滑油或润滑脂作为滚动轴承的润滑剂都可以满足轴承的润滑需要。滚动轴承在运转中，除因密封或散热需要较大润滑剂量外，实际用于润滑的润滑剂量很少。润滑时，只要保证在运动接触表面上有能够形成油膜的润滑剂，并达到理想的工作温度就可以了。轴承使用的润滑剂主要分为脂润滑和油润滑两种，在特殊工作条件下也可采用固体润滑剂。
在实际选用润滑剂时，可以根据机械的结构、轴承的使用条件、与轴承相邻部件的结构、润滑方式、维护保养等因素综合考虑工作温度一般用于90℃（油的体积温度）或20（ΓC（轴承温度）,采用特殊润滑油可使用至250oCo一般用于120。C以下，用特殊脂或缩短换脂的周期可使用至220oCo
高温轴承润滑脂是由聚眠类化合物稠化耐高温苯基硅油，并加有抗磨、抗氧化、防锈蚀、抗腐蚀等添加剂精制而成的长效高温润滑脂。此长寿命高温脂设计用于从高温至低温的苛刻工况条件下的滚动轴承和滑动轴承的润滑。可在很宽的温度范围内提供最大轴承运行寿命。适用
温度范围：一50~+260°C,最高间歇耐温可达300℃。高温润滑特点：一、优异的高、低温性能，高滴点、低蒸发损失； 二、优良润滑性能、机械安定性和胶体安定性能；
三、出色的抗水淋、水冲刷性能，提供防锈抗腐蚀保护；
四、优异的抗氧化性和抗磨性，高温下极长的轴承使用寿命。
高温润滑脂的应用：
一、适用于严酷的高温或宽温度范围工作的中高速电机滚动轴承和设备的长寿命润滑
摩擦学与润滑理论
1摩擦学与润滑理论1、概论一、摩擦学的起源BC. 2、3百万年原始人摩擦生热与钻燧取火（摩擦）BC. 2400 古埃及（润滑）BC. 18世纪商代车轮与轮毂轴承/诗经（邶风泉水）的记载BC. 3世纪秦始王铜马车（润滑剂）AD. 15世纪L. da Vinci摩擦I，I定律与滑动轴承的磨损AD. 17世纪Amonton 摩擦I，II定律AD. 18世纪Coulomb 摩擦III定律AD. 19世纪O.Reynolds 流体动力润滑AD. 20世纪40年代Bowden & Tabor 真实接触与粘着磨损AD. 1960 Sir. Jost 英国Jost报告—摩擦学（Tribology）
2二、摩擦学的作用和意义摩擦能耗（1/3~1/2）磨损失效（80%的零件失效，占2%~8%GDP)设备可靠性（大型汽轮发电机组轴承油膜振荡）摩擦学的研究范围摩擦与磨损节能、节材摩擦材料功能材料：减摩、磨阻、耐磨流体润滑摩擦副的润滑设计边界润滑表面的化学物理作用表面技术零件的表面改性润滑剂润滑介质三、摩擦学的工程应用制造业医学航天
3摩擦学与润滑理论2、表面形貌和表面性质一、表面形貌表面形状误差GB1182,GB1183,GB1184波纹度机床-工件-刀具系统误差的周期性复制，规则的波峰波谷。波距1~10mm；波高1~40μm表面粗糙度残留切削层及工艺系统的高频振动，随机的波峰波谷。GB1031表面形貌测试方法表面轮廓记录仪电镜（SEM）观察
4一、表面形貌（续）一、表面形貌（续）
5一、表面形貌（续）一、表面形貌（续）
6一、表面形貌（续）二、表面性质晶体结构体心面心密排六方
7二、表面性质（续）二、表面性质（续）金属表面的晶格缺陷
8二、表面性质（续）二、表面性质（续）
9二、表面性质（续）点缺陷{晶格空位/间隙原子}——聚集——微裂纹/细孔线缺陷{位错}——弹性畸变和塑性变形摩擦——表层（0.1~1μm）聚集——微裂纹晶格结构变化温度——晶格结构变化——摩擦学性能变化二、表面性质（续）表面吸附物理吸附（膜）化学吸附（膜）化学反应（膜）切削力对表层的影响后刀面——{法向载荷/摩擦力}——表面晶粒破碎和变形，残余应力/硬化
滚动轴承的润滑方式
滚动轴承的润滑方式
摘要 在工程机械中，轴承是一种必备品，我们几乎可以在所有的机械设备中看到它，其在机械产品中的地位不言而喻。因此作为一种耗损件，如何提高轴承的使用寿命一直是学者研究的重点，本文对轴承的润滑方式做了详细的分类，系统的阐释了在不同的工作条件下润滑方式的选择原则。最终使读者对轴承润滑的方式会进行针对性地选择、使用。
关键词 滚动轴承；脂润滑；油润滑；润滑方式
滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，常用的滚动轴承大多已经标准化，并由专门工厂大量制造。
滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。为保证轴承安全可靠运转，在轴承工作时为尽量减少摩擦和磨损，避免轴承表面形成点蚀而造成失效，就要求对轴承进行润滑。滚动轴承润滑剂的选择主要取决于载荷、速度和温度等工作条件。滚动轴承常用的润滑方式可以分为油润滑和脂润滑两种，对于不同的工作条件，只有选择适宜的润滑方式，才能起到良好的润滑效果。
1 脂润滑
与润滑油相比，润滑脂具有粘附性好、不流失、不滴落、抗压性好、密封防尘好、抗腐蚀性好等特点。由于润滑脂不易泄露，所以脂润滑几乎是一种永久性润滑，尤其对于竖直或倾斜放置的机器，采用脂润滑能达到持续润滑的效果。但其主要缺点是相较油润滑的润滑阻力要大，功率损失大。并且不能对摩擦副起到很好的冷却作用。影响脂润滑选择的主要因素包括以下三个。
1.1 工作速度
工作速度是选择润滑脂的一个重要因素，该因素可用公式dn来衡量，式中d（mm）代表轴承内圈的直径，n（r/min）代表转速。对滚动轴承来说，润滑脂使用的dn值在0.3×106左右。
1.2 工作负荷
当轴承承受较大的负荷时，应该选择粘度高的润滑脂，即选用针入度小的润滑脂类型，这样润滑脂可以在接触面间形成良好的润滑油膜。随着轴承负荷的减少，润滑脂的黏度也应随之降低。
1.3 工作温度
脂润滑的选择同时受到工作温度的影响，温度的变化会引起轴承粘度的变化，进而影响其润滑性能。滚动轴承润滑脂的黏度一般不应低于20 mm2/s。在
滚动轴承的润滑
・２・ 哈 尔 滨 轴 承 第２８卷
图１改造后的外观图
操作均可在控制盘上实现。按速度与频率的关系
公式：ｎ＝６０＃ｐ，其中，ｐ－极对数，／＇１一转速，ｆ＿频率。
通过改变频率就可以得到所需要的转数。
４控制完善确保安全
在电主轴的控制上，提供了过流、过压、欠压、
过温、缺相、过载等多达２５项保护功能；在润滑油
温度控制上，采用智能数显温控仪，能按要求接 通、切断加热电源，智能数显温控仪主控输出采用
无触点可控硅开关，干扰低、寿命长，安全可靠。同
时，在一般级别的轴承试验时，为防止采用闪点低
的润滑油温升过高，出现事故，另增设一套保险装
置（温控仪），当温度超过规定时，切断主控回路设
备停止工作，待温度降低后再复位重新启动。在轴 承试验过程中，轴承、设备出现故障时，主轴停止
转动，进人保护状态，同时自动声、光控报警提醒 操作人员来处理。图３为改造后控制电路。
５ 结论
该设备经过一年多的实践检验，为专用、精
密、特殊、一般轴承提供了各种实验数据，也为老 图２改造后的主传动、支撑及连接部分
５Ａ
图３改造后控制电路
设备的改造、适应现代发展的需要开辟了一条新
路，彻底解决了老设备转速、传动、噪声、震动、润
滑油温控制等难以解决的问题。
（编辑：王立新）
滚动轴承的润滑
；
１润滑剂的用途 维普资讯 ・４・ 哈 尔 滨 轴 承 第２８卷
触。对滚子的稳定磨削产生不良的影响。比如，冷
镦滚子大端的环带在磨削时，环带首先被磨除，因
滚子外圆与导轮制导面支撑点处于滚子外圆轴线 方向的中间部份，磨环带时在砂轮对滚子产生的
径向力的作用下，滚子小头移向砂轮，出现小头
“过磨”现象。因此，保证滚子稳定的磨削条件之一
是使设计加工出的导轮制导面具有合理的形状。 对此问题的探讨具有重要的现实意义。
２ 制导面设计的影响因素
制导面的设计原则是使制导面与滚子外圆实
现轴向线接触。由于滚子在磨削区内空间位置不