第一節 軸承允許的最高溫度

一、電機軸承的運行溫度

電機軸承能夠運行的溫度是一個很寬泛的概念。常用軸承通常由軸承內圈和外圈、滾動體、保持架、潤滑、密封等元件構成。如果電機軸承在某個溫度下穩定運行，這些元件不僅需要能夠承受住這個溫度，而且還要在這個溫度下承載、運轉。通常選擇軸承時，就已經選定了軸承的這些元件，因此某個軸承能穩定運行的最高溫度就已經被確定了。

這里討論的軸承溫度指的是軸承外圈溫度，實際工況中應該采取軸承外圈溫度測量值作為軸承溫度值，如果無法測量軸承外圈溫度，應該盡量貼近軸承外圈來測量軸承溫度值。

電機設計人員在測量軸承溫度之前需要明確一點——電機軸承的允許運行溫度應該是多少。

首先，電機軸承的發熱不應該是電機主動熱源的主要部分。軸承在電機中的作用主要是支撐，并且減少軸的旋轉摩擦。雖然軸承旋轉時也會發熱，軸承的發熱不應該給電機帶來過多的額外熱量。而軸承本身的溫度也應該主要是由電機機座和軸傳導而來的熱量導致的。

電機在進行設計時要考慮所用繞組絕緣材料的耐熱等級溫度值，這個溫度值是保證電機內部絕緣部件在電機工作溫度下依然能夠起到有效絕緣作用的限度。但是，電機內部絕緣耐熱等級的溫度要經過傳導才能到達軸承部分，所以軸承部分的溫度不可能等于絕緣溫度等級。在現實中，經常有電機設計人員用電機內部絕緣等級的溫度當作對軸承溫度的要求，這是不正確的。

根據很多國家標準，一般中小型電機滾動軸承的工作溫度不得高于95℃。一般的，在外界環境溫度正常時，中小型電機軸承部分的溫度也不會到達這樣的限值。在實際工況中，電機軸承溫度在60～70℃時比較常見。一旦電機軸承溫度達到90℃，就要引起電機設計人員的重視。

本章所說的電機軸承的溫度，通常是指電機工況溫度范圍。例如，電機長期在低溫下工作（北方冬季），電機工況溫度很高（鋼廠等特殊環境）等的情況。外界溫度對電機軸承運轉提出了要求，因此需要考量軸承每一個部件允許的工作溫度范圍。

二、軸承鋼熱處理尺寸穩定溫度

軸承是由軸承鋼加工而成，軸承鋼經過一定的熱處理后可以保持一定的尺寸穩定性。軸承鋼的熱尺寸穩定性是指軸承鋼在受到熱作用下外形尺寸不發生永久變化的性能。當然，在受熱時，鋼材質內部金屬組織結構和成分也會發生變化，而對于外觀，最重要的變化就是尺寸和硬度。

對于普通軸承鋼都有一個熱處理穩定溫度，在這個溫度以下軸承保持尺寸穩定，同時軸承鋼材質的硬度等也滿足使用要求。一般軸承的熱處理穩定溫度為150℃。在軸承上通常用SN標記，或者省略標記。除此之外，根據DIN 623[DIN 62為德國標準《滾動軸承代號》的編號，DIN為德國標準化學會（Deutsches Institut für Normung e. V.）的縮寫]，軸承的熱處理穩定溫度及其相應后綴為S1、S2、S3和S4，所對應的熱處理穩定溫度見表2-1。

相應地，各個軸承生產廠家對不同類型軸承的熱處理穩定溫度有不同的要求，因此具體默認的熱處理穩定溫度需要咨詢相應廠家。例如：

FAG軸承：外徑＜240mm的軸承為150℃；外徑≥240mm的軸承為200℃；其他軸承用后綴標出。

SKF軸承：深溝球軸承為120℃；圓柱滾子軸承為150℃；球面滾子軸承為200℃；NTN軸承為120℃；其他軸承用后綴標出。

三、軸承保持架溫度范圍

軸承不同材質的保持架能夠承受的溫度范圍不同。通常鋼或者黃銅保持架能夠承受的溫度范圍比較大，和軸承鋼相近。但對于尼龍保持架則不同，通常普通尼龍保持架能夠承受的溫度范圍是-40～120℃。

一般不建議使用者超出這個溫度范圍使用。但對于某些短時超出此溫度范圍（尤其是高溫）的，依然有可能使用。因為尼龍保持架隨溫度上升，其硬度變軟是一個連續過程，即不是突然到120℃馬上就崩潰，因此在略微超過120℃時依然有使用的可能性，具體適用性需要請軸承專業技術人員給出建議。有些品牌的軸承會給出查詢表格，比如斯凱孚的建議圖表如圖2-1所示。

四、密封件的溫度范圍

對于封閉軸承，在某工作溫度下選擇合適的軸承就需要考慮密封件可以承受的溫度范圍。常用封閉軸承的防護方式多為金屬材料防塵蓋或橡膠材料密封件。

對于金屬材料防塵蓋，溫度范圍不需要特殊考慮。

對于橡膠材料密封件，需要根據密封件所采用橡膠材料的不同，來獲知密封件能承受的最高溫度。常用的密封軸承密封件材料是丁腈橡膠（NBR）和氟橡膠（FKM）。對于丁腈橡膠，工作溫度范圍是-40～100℃，可穩定地工作于100℃以內，可短時工作于120℃；對于氟橡膠，其工作溫度范圍是-30～200℃，可穩定地工作于200℃以內，可短時工作于230℃。

其他密封軸承密封件的允許工作溫度，需向軸承生產廠家咨詢。

五、軸承潤滑脂允許的溫度范圍

溫度是影響潤滑的一個最重要的關鍵因素。隨著溫度的升高，潤滑脂基礎油黏度降低。在高溫或者低溫下運行，就需要具有特殊性能的潤滑脂。并且，基于70℃計算的潤滑脂壽命，其運行溫度每升高15℃，壽命將降低一半。因此，軸承能否運行于高溫環境，軸承本身的材質并不是最大的障礙，而潤滑脂的選擇成為了瓶頸。

關于溫度和軸承潤滑之間的關系，具體內容請參考潤滑部分的內容。

六、電機用滾動軸承適用的溫度范圍

電機用滾動軸承允許的工作溫度應該是軸承各個零部件能夠允許的工作溫度的最窄范圍（下限中的最高值以及上限中的最低值）。只有在這個溫度范圍內才能保證所用軸承每一個零部件的安全。作為一個多零部件組合的主體，任何一個組成零部件，如果因超出工作溫度范圍而引起失效，最終都會以軸承整體失效的形式表現出來。

在根據工作溫度選擇電機軸承時，還應注意的是，通常是根據電機額定工作溫度（或者假定額定工作溫度）進行的選擇。電機在實際工作中要經歷停機冷態、穩定熱態和短暫過載的情況，這些情況都會帶來溫度的波動，從而影響所選軸承的運行表現。

作者曾遇到的兩個具體案例。

案例一：我國北方某電機廠，每到冬季就會出現電機噪聲不達標比例較大的問題。起初，電機廠認為是軸承質量問題。后來經過檢查發現，在冬季，該電機廠原材料倉庫內實際溫度接近0℃，而試驗場地的溫度也只有10℃左右。電機在這個環境溫度情況下，通常起動初期噪聲較大，待運行到穩定時噪聲明顯減小。其實這是一個典型的實際工作溫度和額定工作溫度不同帶來的問題。電機設計人員根據穩定工況，按照70℃的情況選擇的軸承和潤滑，在接近0℃起動時，油脂稠度過高，帶來噪聲。當電機進入運行狀態時，電機溫升趨于穩定，即接近額定溫度，電機軸承噪聲自然會降低。因此這種情況不是軸承質量問題，也不是工程技術人員設計問題（當然，工程技術人員可以設計0℃工作的軸承，可是這種工況既不是額定工況，也不是常見工況，如果兼顧70℃工況，又兼顧0℃工況，這樣將付出很多不必要的成本）。

案例二：作者在國內見到的絕大多數客戶選擇的油脂都是普通中溫油脂，而在印度，據說電機生產廠選擇的普通軸承油脂都是我國所說的高溫油脂。最初覺得他們是選型不當。后來親赴印度，才體會到那里平時的環境溫度就在30～40℃，電機一旦滿載穩定運行，很多電機內部溫度將達到90℃以上。因此普通電機選擇高溫油脂是恰當的。但作者建議印度電機生產廠家，在做出口電機時，若出口到北方，需要對潤滑脂進行調整。相應地，作者想到國內的電機生產廠，也需要根據自己電機出口地點，考慮電機實際工作溫度的不同，從而進行正確的軸承用潤滑脂溫度范圍選擇。