第二節(jié) 電機滾動軸承潤滑脂的選擇和應(yīng)用

一、電機軸承潤滑脂的選擇

電機完成結(jié)構(gòu)初步設(shè)計之后，要進(jìn)行潤滑選擇。我們把潤滑選擇使用維護(hù)方案的制定叫作潤滑設(shè)計。電機軸承潤滑設(shè)計的第一步驟是為設(shè)計的電機選擇油脂。

在實際工作中，油脂供應(yīng)商通常會提供油脂牌號及應(yīng)用溫度范圍等數(shù)據(jù)。很多時候，電機設(shè)計人員會根據(jù)這些數(shù)據(jù)，即油脂的適用溫度范圍、電機的預(yù)計工作溫度以及一些經(jīng)驗進(jìn)行油脂的選擇。本章第一節(jié)所述的油脂相關(guān)知識可以給大家在這種定性選擇時提供一定的參考依據(jù)。請注意，前面講述的油脂相關(guān)內(nèi)容（含涉及選擇油脂的部分）絕不是經(jīng)驗結(jié)論，而是基于一定的理論、實踐以及計算得出的。

經(jīng)驗法則經(jīng)常遇到一些難以解決的問題，諸如：

①少許超過油脂工作溫度范圍時，是否還可以選用？

②相同溫度范圍的油脂其他指標(biāo)不同，該如何選擇？

③同是3號脂，有什么區(qū)別？

④是不是所有相同機座號的電機都可以使用同一種油脂？

⑤同一種電機給不同工況的客戶，油脂選擇是不是可以相同？

經(jīng)驗的選擇方法在多數(shù)場合下是適用的，但是如果能夠了解油脂選擇原則背后的定量方法，會讓選用者具備更大的靈活性和準(zhǔn)確性。面對上述問題，也會有非常清晰的答案。本節(jié)就此進(jìn)行深入講解。

另舉一例說明經(jīng)驗法則的失效。通常，鋼廠高速線材導(dǎo)位軸承，工作于100～200℃甚至更高的溫度中，同時承受非常大的加速度。按照溫度原則，應(yīng)該選擇高溫軸承油脂，但實踐證明，選擇高溫油脂其效果非常差，而真正正確的方法反倒是選擇低溫油脂作為初次潤滑，以及稀油的油氣潤滑進(jìn)行連續(xù)潤滑。

二、基礎(chǔ)油黏度選擇

前已述及，電機軸承潤滑選擇的關(guān)鍵是油脂基礎(chǔ)油黏度的選擇。通過油脂基礎(chǔ)油黏度的選擇而使軸承在運行狀態(tài)下避免工作于邊界潤滑狀態(tài)（見本章第一節(jié)中的“潤滑的基本狀態(tài)與油膜的形成機理”）。通常，電機在確定溫度、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷下運行達(dá)成潤滑狀態(tài)有一個所需要的最小基礎(chǔ)油黏度ν₁；同時我們選擇的油脂基礎(chǔ)油在這個溫度、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷下有一個實際黏度ν。則定義黏度比為

其中，給定工況下的實際基礎(chǔ)油黏度可以從表3-4和表3-5中根據(jù)溫度、所選油脂基礎(chǔ)油黏度（通常供應(yīng)商提供基于40℃的油脂基礎(chǔ)油黏度）查出ν。

給定工況下，所需的最小基礎(chǔ)油黏度可以根據(jù)以上ndm值、轉(zhuǎn)速在圖表中查出ν₁：

由實際黏度和所需最小基礎(chǔ)油黏度之比得到黏度比k。

黏度比k與潤滑狀態(tài)的關(guān)系如圖4-6所示。下面對圖4-6中給出的各階段進(jìn)行分析。

1.邊界潤滑階段

當(dāng)k＜1時，軸承滾動體和滾道之間無法有效分隔，不能形成良好的油膜。滾動體和滾道之間的負(fù)荷主要靠金屬之間的直接接觸來承擔(dān)。此時需要使用極壓添加劑以避免軸承潤滑不良。同時，當(dāng)k＜0.1時，在計算軸承壽命時該考慮額定靜載荷（在第五章滾動軸承壽命計算相關(guān)內(nèi)容中會具體討論）。

2.混合油膜潤滑階段

當(dāng)k≥1時，軸承滾動體和滾道之間形成油膜，此時處于混合油膜潤滑狀態(tài)。滾動體和滾道被分隔，但是偶爾會出現(xiàn)金屬之間的接觸。

3.流體動力潤滑階段

當(dāng)k≥2時，軸承滾動體和滾道之間形成良好的油膜，此時處于流體動力潤滑狀態(tài)，滾動體和滾道完全分隔。

當(dāng)k≥4時，軸承滾動體和滾道之間形成流體動力油膜，滾動體和滾道被完全分開，軸承承載主要由油膜承擔(dān)。但是過大的基礎(chǔ)油黏度會造成軸承溫度過高。尤其當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時更為明顯。

在斯特里貝克曲線里，我們?nèi)绻潭ㄞD(zhuǎn)速和負(fù)荷，那么黏度就變成影響潤滑的變量。因此上述狀況可以用曲線描述。

三、極壓添加劑的使用

電機設(shè)計人員在進(jìn)行電機潤滑設(shè)計時經(jīng)常會使用極壓添加劑，或者抗磨損添加劑。但是也存在極壓添加劑濫用的情況，由此也帶來了不少電機軸承問題。

電機軸承潤滑極壓添加劑通常在如下情況下使用：

潤滑油膜難以形成的情況：此時k＜1。這種情況下滾動體和滾道之間處于邊界潤滑狀態(tài)，有很多的金屬直接接觸，需要添加擠壓添加劑以避免金屬之間的磨損（表面疲勞）。

極低轉(zhuǎn)速的情況：如果軸承的ndm＜10000，那么此時軸承處于低速運行。如果需要形成油膜就需要很高的基礎(chǔ)油黏度。此時推薦使用極壓添加劑以輔助潤滑。

極高轉(zhuǎn)速的情況：軸承極高轉(zhuǎn)速是指：①對于中徑dm≤200mm的軸承，當(dāng)ndm＞5×10⁵mm時；②對于中徑dm＞200mm的軸承，當(dāng)ndm＞4×10⁵mm時。在軸承處于這個轉(zhuǎn)速下的時候，形成油膜所需的潤滑劑基礎(chǔ)油黏度很低，在電機起動的時候，軸承轉(zhuǎn)速不高，而此時較低的基礎(chǔ)油黏度使?jié)櫥ず茈y形成。因此在達(dá)到高轉(zhuǎn)速時k值合理，但是啟動的時候就會潤滑困難。此時建議使用極壓添加劑避免轉(zhuǎn)速未達(dá)到極高的時候出現(xiàn)干摩擦。

極壓添加劑的使用也有需要注意的地方，在溫度低于80℃時，當(dāng)k＜1時，使用極壓添加劑可以延長軸承壽命；但當(dāng)溫度高于80℃，有些極壓添加劑可能會降低軸承壽命。比較常見的二硫化鉬極壓添加劑在溫度高于80℃時就會出現(xiàn)影響軸承壽命的效果。

綜上所述，建議在選用極壓添加劑時，要根據(jù)實際工況的需求進(jìn)行選用，不可濫用，更要注意極壓添加劑的使用限制。

電機設(shè)計人員根據(jù)以上計算方法校核基礎(chǔ)油黏度選擇的基本步驟如圖4-7所示。

四、油脂黏度的選擇

前已述及，油脂黏度用錐入度表征的NLGI值來表示。油脂的黏度其實是增稠劑保持基礎(chǔ)油能力的一個指標(biāo)。油脂的基礎(chǔ)油黏度為軸承潤滑提供了保障，那么，油脂黏度為油脂在軸承上的附著提供基礎(chǔ)。通常油脂黏度的選擇沒有過多定量計算。總體的原則是：溫度高、負(fù)荷重、轉(zhuǎn)速低的工況選擇黏度高的油脂，電機中常用3號脂；相應(yīng)的溫度低、負(fù)荷輕、轉(zhuǎn)速高的工況選擇黏度低的油脂。電機中常用2號脂。

五、其他一些工況

對于立式電機，電機軸處于豎直位置，油脂受到重力影響會向下垂落，為了避免油脂過多的流失，這種工況下應(yīng)該選擇3號油脂。

電機處于振動工況，由于頻繁振動，會使油脂乳化，皂基纖維更早的剪斷。因此除了減少再潤滑的時間間隔以外，還需要選擇3號油脂。