【全面权威】滚动轴承8种润滑油失效机理

 新闻资讯     |      2020-09-18 14:15
滚动轴承是最需要频繁进行润滑的机械部件。它们的应用非常广泛,从小型非关键旋钮调节器支撑轴承到大型主要风力涡轮机主轴承。轴承在运转过程中出现故障是常有的事,怎样判断并处理是关键。一般来说,轴承在设计寿命之前就很容易出现失效。这通常是因为在选择润滑油时没有控制或考虑环境和操作因素。

无论轴承是否达到其设计寿命,应基于最佳参考状态(ORS从而使轴承努力达到理想寿命。在考虑轴承的应用领域及其相关的可靠性目标时,应采取一定的维护策略,以帮助获得最佳的投资回报。
例如,如果轴承故障不会引发任何立即停机的后果,并且在与轴承寿命期内使用常规前瞻性和预测性维护相比,纠正措施成本微不足道,则运行故障策略可能是ORS
根据MachineyLubrication.com最近的一项民意调查,40%的润滑专业人士表示,轴承故障的最常见原因是污染。
保持密封且无需任何再润滑和维护的小型轴承(具有低转速系数)并不常见。然而,在大多数情况下,根据最佳参考状态,推荐精心选择的再润滑计划和比简单的反应性维护更全面的维护策略。
当对轴承进行失效模式和后果影响分析(FMEA)时,就会提出一系列问题。其中包括以下内容:

·轴承适合什么应用领域

·应用领域为实现组织目标执行什么功能?(包含轴承的设备有多重要?)

·潜在的失效模式是什么?(机器可能会以什么方式出现故障?)

·失效模式的影响是什么?(运行失效的后果是什么?)

·这些影响的严重程度如何?(这些失效模式对操作的相对影响是什么?)

·每种失效模式的失效机制是什么?(根本原因是什么?)

·失效机制存在的可能性有多大?(失效机制的概率是多少?)

·部署了哪些失效检测机制?(有什么方法可以预测失效?)

·检测机制有多有效?(早期发现失效的概率有多大?)

有了这些问题的答案,就可以计算出风险/优先级,并确定最佳维护策略的建议。
本文着重介绍了轴承由于润滑(或缺乏润滑)而导致的最常见失效机制。当分析这些失效机制时,可以进行润滑油后果影响分析(FMEA
通过这种方法,提出的问题与前面讨论的机器FMEA中的问题类似,但在这种情况下,确定了润滑油故障根源以及它们如何导致无法机器提供润滑油。
正如Heinz Bloch所注的《机械故障分析和故障排除》,在其第二卷中,他说道根据我们的经验,与润滑有关的轴承问题最常见的原因是缺乏润滑或润滑油污染。这一信息并不新鲜,轴承制造商和最终用户都会经过无数次方式重申这一点故障根本原因分析(FRCA)。但这是为什么呢?
考虑到轴承中的滚动体轴承座圈配合面上一层薄膜润滑油(通常小于1微米)上运行由于接触面积较小,施加在表面上的压力可超过500000/平方英寸(psi)。
如果在这些临界负荷区,任何润滑油被污染物(如污垢或水)取代,轴承终将将经历更严重的磨损。如果磨损过度,将大大缩短轴承的寿命。这就是污染造成的轴承故障。
但是,即使将污染降到最低,如果选择的润滑油不符合操作和环境要求,也会发生由润滑油引起的轴承故障。
因此,无论是过度污染还是润滑油使用不当,重要的是要了解导致润滑失效的根本原因,以及轴承过早达到使用寿命的最常见原因。以下是滚动轴承的八大润滑失效机制:
1.不适宜的润滑油
首先,必须为应用领域选择正确的润滑油。应根据轴承类型、转速系数和操作条件仔细选择基本特性,如粘度、添加剂包装和稠度(用于润滑脂)。
如果没有充分考虑这些因素,并且使用了不合适的润滑油,润滑油可能会过度受力或不足以满足机器的润滑需求。在任何一种情况下,轴承都可能过早磨损和失效。首先要知道轴承润滑剂都有哪些,其次需要了解润滑剂性能选择,再进行了解轴承润滑剂的原则使用,最后进行选择润滑剂。这样轴承在润滑时才能保证最为合理的润滑效果。
选择优良的润滑脂可以将轴承的寿命提高2-5倍;70%的滚动轴承采用脂润滑,正确选择润滑脂会大大降低轴承故障。
2.润滑油缺失
对于润滑轴承应用领域,必须确定正确的再润滑量和频率,以确保轴承负载区得到正确润滑。添加油脂间隔时间过长或润滑脂涂抹量过少将导致边界条件过多和轴承磨损。让我们看看润滑油缺乏的隐患吧。
这种类型的失效机制还容易引发其他失效机制的连锁反应,如热运行条件,并产生磨损颗粒,进一步使失效模式永久化。即使在油脂应用领域,定期监测油位可能意味着最佳润滑和无润滑之间的区别。
3.过多润滑油
油脂多也不是很好。当对中、高速应用领域轴承添加过多润滑脂时,搅拌会使温度升高,机器必须更为艰难的工作以克服流体摩擦。由于润滑脂加注量过大,温度升高,粘度会下降,其他不利影响也会随之而来。
4.热运行条件
轴承在高于预期温度下运行可能是根本原因,也可能是症状。如果轴承暴露在异常高温的外部环境中,这将是根本原因。
如果温度升高是由内部条件引起,则这是一种可能的根本原因,如润滑油过多、润滑油不足或错位。无论热运行条件的来源如何,热量都会导致润滑油氧化加剧、热降解、添加剂耗尽、粘度变化等失效模式。
如果较高温度的来源是机械性原因,这可以被确定为FMEA过程的一部分。
5.固体污染物
固体污染物可通过多种方式进入系统,包括通过新的润滑、从顶部空间端口或口吸入、通过有缺陷的密封件等。固体污染物的类型可能因来源而异,但典型的主要污染物就是二氧化硅和氧化铝组成空气中灰尘/污垢。
过度污染将导致润滑失效,因为润滑油可能无法克服各种磨损模式,如三体磨损。此外,如果污染物是金属催化剂,它们会以氧化的形式促进润滑油降解,特别是与水、高温和空气混合时。
6.湿气污染
与固体污染物类似,湿气可以通过许多不同的方式进入系统,包括通过顶部空间入口点、密封件或新油脂。当顶部空间潮湿时,热循环会导致湿气从空气中逸出,流淌到表面,并通过重力进入油中。润滑油中的水分可能以溶解水、乳化水或游离水的形式存在。乳化水在石油中具有最大的破坏潜力。
水不是很好的润滑剂,所以当它取代轴承负荷区的油脂时,水就会分裂,导致润滑失效和机械磨损。水也有助于氧化和水解,对润滑油或造成永久性的化学降解和添加剂消耗。
通过改变润滑油的粘度、去除添加剂以及形成的其他污染物、不溶物和酸,这些都可能导致润滑失效。当然,以机器设备角度看,水是生锈的主要原因。
7.混合润滑油
用错误的润滑剂加满(如果是润滑油)或重新润滑(如果是润滑脂)轴承,会极大地改变润滑油混合物的物理和化学性质。错误的粘度不仅会影响润滑,而且添加剂之间也会产生负面反应,阻碍其功能。
8.其它污染物
根据机器类型,轴承可能会被引入其他工艺化学品、窜气污染物、乙二醇等。根据污染物的类型,润滑油可能发生化学或物理变化,从而导致润滑失效。
总之,无论是否存在润滑油或污染物引起的失效机制,其结果要么导致润滑失效模式,要么直接导致轴承的机械失效模式。当多种失效机制结合在一起时,润滑油失效的可能性更大。
对发生故障的轴承进行机器故障模式与后果分析(FMEA呈现出机械磨损特征,表明故障是否与润滑油有关,尽管灾难性故障的最后阶段的损坏通常会破坏或掩盖故障真正根源的证据。
在这些情况下,通常最好进行润滑油分析(润滑脂或润滑油),以检测根本原因的线索,如润滑油热降解、污染物水平异常、粘度变化等。
在得出结论时,还应包括可用的维护记录或状态监测数据,例如有关再润滑和检查的振动分析、热成像或维护日志。

同样,仅仅因为润滑失效并不一定意味着润滑油容量不足。许多故障都与太多的东西有关,比如润滑油的粘度或用量。此外,如果污染物取代了润滑油或扰乱了润滑油功能,污染物将是润滑失效的最终原因。 

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