滚动轴承是机械设备中非常关键的部件之一，其性能直接关系到设备的运行效率和使用寿命。大部分同学可能都知道了如何开展滚动轴承的选型和寿命计算，但是对滚动轴承内部的机理却不一定有深入了解过，因此当轴承出现一些问题时就看得没有那么透彻。比如为什么不同厂家轴承拥有同样标称数据实际寿命却差异很多？为什么轴承上用同样粘度的润滑脂，实际效果表现却差异很大？如果你也有类似的疑问，今天我们就来一起看一下。
首先思考下滚动轴承有什么功能？其实简单来说主要有两个：支撑转轴并传递载荷，减少运转部件之间的摩擦。载荷的支撑与传递靠的是内外圈+滚动体，保持架起辅助作用；减少摩擦靠的是滚动方式+润滑剂，密封起辅助作用。受力和润滑这两方面就是滚动轴承的核心，也是我们开展轴承问题分析的切入点。
从受力角度理解滚动轴承
滚动轴承支撑和传递载荷时，内外圈作为直接承载体而滚动体作为中间力传导体，由于滚动体和滚道两个曲面间的接触面积非常小，当轴承受到外部载荷后这些小的接触区域会产生非常高的应力，当应力超出材料的疲劳极限，在循环应力的作用下就可能导致材料表面出现裂纹、凹坑和剥落等接触疲劳失效。
滚动体和滚道间的接触可用赫兹接触理论来描述。但我们要知道它是有些前提假设的，比如：接触表面是光滑无摩擦的；接触面积相比物体表面来说足够小；材料各是向向同性的；只有弹性变形等。对应到我们的轴承来说就是要：润滑非常好、滚动体和滚道表面精度和光洁度非常好，材料纯度非常高，载荷适中不至于发生塑性变形。只有接近完美赫兹接触状态，通过理论预测寿命才能更加精准，当然由于实际应用工况的复杂性和润滑及污染的存在，这个很难实现，这也是为什么轴承寿命计算时需要考虑很多修正系数。
从轴承设计制造角度来讲，不断地优化滚动体和滚道结构设计以改善应力分布、降低应力集中的影响；选用更加优质的轴承钢材料和热处理方式来提高材料接触疲劳强度极限，并采用更加精密加工提高精度。这些方面就体现了一个轴承制造厂家能力水平的高低和产品质量的好坏（理论上的耐用程度）。
（图片来自SKF网站）
从轴承应用的角度来讲，作为用户就要知道如何根据载荷类型选择合适的轴承，比如从前面的接触面积来看我们知道球轴承由于接触面积小更适合轻载高速，而滚子轴承接触面积大更适合低速重载。再比如保证良好的轴承座以及轴的精度和配合，使用合理的安装工具等，以减少变形和损伤，因为这会带来应力分布不均或应力集中。又比如应用过程中要避免超载和偏载的发生，如下图所示，过大的轴向载荷引发了越肩（椭圆接触区域截断）就会引发异常应力集中，这时应选用大接触角轴承。
（图片来自SKF网站）
从润滑角度理解轴承
如果按前面提到的理想赫兹接触状态，轴承的接触疲劳通常发生在次表面最大剪应力位置。而根据实际研究发现，轴承疲劳失效更经常始于接触表面，而不是源于表面下形成的裂纹，这是因为轴承的工作状态由于润滑条件的影响并不是那么完美。
一方面轴承的滚动体不是处于纯滚动状态，由于不同位置线速度的不同、载荷和弹性变形的影响、启动和停止惯性和加速度的存在、负载和速度的变化等，都会造成滚动体存在滑动现象。滑动相比滚动会带来接触表面剪应力的增加，当润滑剂选择不合适或者润滑剂受到污染等时，润滑油膜不足或抗磨性能不好，将导致高摩擦状态下接触表面应力超过次表面应力（如下图所示），从而带来表面的失效。
另一方面，当润滑不良或轴承低速使油膜未建立起来时，以及润滑剂的极压抗磨性能不好等都会造成滚动体和滚道间会发生金属与金属的接触，微观层面如下图所示。表面凸凹不平部分相互剪切，应力带来的疲劳以及微观摩痕沟槽应力集中会引发裂纹出现、扩展，继而材料剥落。随着时间的发展，接触表面就会越来越毛，出现麻点。因此选择合适的润滑剂类型能够构建起稳定的润滑状态是非常重要的。
假定润滑剂选用的没有问题，但如果润滑剂受到了污染，比如混入了灰尘、铁屑等，则会带来接触表面划伤和磨粒磨损；如果是混入了水、化学物质或腐蚀性气体等则会导致润滑剂变质，降低其润滑性能。所以保持润滑系统的清洁和密封也是非常重要的，需要根据规定定期更换和补充润滑剂。
润滑这块不像轴承受力那么明晰且容易开展精确的计算，也是大家最容易忽视的部分，大部分时候轴承实际寿命没有达到预期与润滑状况不好有很大的关系。我们知道润滑脂主要由三大部分构成：基础油 + 增稠剂 + 添加剂；其中基础油约占80-95%；增稠剂约占2%-20%；添加剂约占0-15%。不同的基础油品质、选用的增稠剂与添加剂的质量和类型（见下表），以及配方组成的优化调整，是不同厂家润滑脂性能的差异所在。
（图表来自美孚网站，标记*为美孚核心技术）
（图表来自美孚网站，除以上外还可以添加二硫化钼, 石墨等固体添加剂）
下面我们就以市面上综合性能优异的美孚力富SHC™系列润滑脂为例，看看在面对复杂工况和恶劣条件时，润滑脂应当具备什么特性，具体见下表。大家可以收藏起来，当以后设备有特定需求时就可以找到对应的所需油脂特性。
由于美孚力富SHC™系列润滑脂是由合成基础油、高品质复合锂基增稠剂和精选的添加剂调制而成的，所以在上表中提到的高低温性能、黏附性能、结构稳定性能和极压抗磨性能上都表现优异。但应用场合不同时，大家还是需要根据润滑油的粘度、稠度等找到具体的润滑脂型号，如下表所示。很多时候大家对油脂参数可能并不是很熟悉，也不是很专业，直接咨询润滑脂厂家的技术服务团队可能更便捷，更能有针对性的具体问题具体分析。
总结
轴承的选用不仅仅是寿命计算通过那么简单，从选型，到安装、再到应用，每个环节都至关重要。遇到轴承问题时，受力和润滑始终是我们需要考虑的出发点。当你计算选型时如有些信息缺失或者对应用场合恶劣情况预估不足时，选用大品牌轴承以及诸如美孚力富SHC™系列等综合性能优异的润滑脂将更为稳妥。返回搜狐，查看更多
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