自润滑关节轴承寿命估算方法自润滑关节轴承寿命估算方法马国清，庞（北京北方车辆集团有限公司，北京100072）要：减振器关节轴承在发生大负荷、低速和润滑不充分的情况下，很容易产生高摩擦和严重磨损，所以关节轴承的寿命主要是其摩擦与磨损寿命。而摩擦、磨损现象是十分复杂的，要准确计算这种寿命是十分困难的。结合经验公式、试验结果和对车辆使用的关节轴承磨损情况，对自润滑关节轴承的寿命估算法进行了研究，得到关节轴承寿命的计算方法，可以有效地对轴承寿命进行预测。关键词：关节轴承；磨损；自润滑振器在运转过程中，一方面沿活塞杆方向收缩，另一方面随平衡肘发生摆动，受力复杂；因此，在研究过程中，为简化问题分析，力值方面主要考虑来自杆方向的冲击。减振器运行工况恶劣，在外密封不良的情况下，需要面对泥水、沙尘和冰雪，且如果外密封结构发生问题时，此类杂质更难出，使得关节轴承在杂质混合下继续磨损；因此，对于自润滑关节轴承寿命的估算，要考虑此类不良因素，并结合国内外的经验公式，进行相应的调整，从而得出有效的寿命估算方法。本文主要针对GE35ES-2RS（以下简称ES）这种钢对钢的非自润滑的轴承和GE35ET-2RS（以下简称ET）自润滑类型的轴承进行研究。影响轴承寿命的主要因素关节轴承寿命影响因素见表1。从工作状态来看，关节轴承的寿命主要受到负荷、摆频、摆幅、轴承尺寸、材料与制造质量、环境与润滑等影响。从轴承制造的角度来看，在轴承安装中，其游隙的大小会对轴承寿命有较大的影响。本文中，轴承初始状态的游隙按标准状态考虑；当轴承内外圈磨损量大时，按大间隙考虑。此外，由于在对轴承寿命的影响因素中，关节轴承寿命影响因素影响因素使用情况对摩擦磨损的影响结果负荷/N随路况随机变化减振器冲击力为渐变应力，可缓解磨损摆频/Hz复杂情况呈上升趋势与力值构成综合因素，加剧温升和磨损轴承尺寸/mm35大尺寸会加剧磨损轴承材料钢PTFE软材料磨损量大环境温80高温会加剧材料磨损润滑少量黄油前期减少磨损，与污泥混合后加剧磨损杂质入侵泥土、沙石加剧磨损，增加转动阻力锈蚀无防锈措施加剧磨损在减振器关节轴承的解试验中，在钢对钢轴承拆解完毕后发现，出现的主要问题是轴承困死，内外圈之间夹满泥土；自润滑轴承则相反，轴承之间间隙很大，土无法在间隙之间停留，其晃动量很大。而在采用经验公式进行计算时，自润滑关节轴承的寿命又明显高于非自润滑关节轴承。因此，在对关节轴承的寿命进行考量时，应综合考虑此类复杂情况。计算方法及其比较国外厂家对关节轴承寿命的计算主要分为初润滑和重润滑。目前，国外关节轴承厂家对其产品均给出了寿命计算方法。1)SKF轴承。初润滑公式为：是初润滑寿命；b1是负荷方向系数；b2是负荷大小系数；b3是温度系数；b4是滑动影响系数；b5速度影响系数；b6是摆角系数；Cs是关节轴承额定动负荷；dm是关节轴承滑动球面直径；B是轴承当量负荷。重润滑公式为：GN=f是重润滑摆角系数，取决于BfH是重润滑间隔系数，取决于摆动频率2)FAG轴承。初润滑公式为：是负荷大小系数；f1交变载荷因子；f2是温度系数；f3是载荷大小系数；f4是轴承设计系dk是球面公称直径；Cr是额定动载荷。重润滑公式为：LN=LfLN是重润滑条件下轴承寿命(摆动次数3)INA轴承。该轴PTFE复合物在恒定载荷下寿命公式是恒定载荷寿命；f2是温度因子；fv是速度因子；s是滑动距离；f是摆动频率；v为速度。在交变载荷下寿命公式为：LW=f5fHzLLW是交变载荷下寿命；f5是载荷类型因子；fHz是负载因子。4)FLURO轴承。该轴承对关节轴承的公式为：Gh是润滑寿命；fL载荷方向因子；fT度因子；fG是滑动因子；fN滑因子；Vm是平均滑动速度；通过对国外关节轴承的计算公式进行分析可以看出，轴承的寿命计算主要考虑的是轴承的球面直径、摆角、负荷大小及温度。通过类比后发现，SKF轴承与FLURO轴承的结果相近，计算寿命较长，而FAG轴承的结果最短。通过比较后发现，FAG轴承的计算结果最严格，在实际使用中，轴承寿命都在FAG轴承计算结果之上；SKF轴承的计算公式较为宽松，际使用中，轴承往往无法达到SKF轴承寿命值。因此，可以结合SKF轴承和FAG轴承公式对关节轴承寿命进行估算。关节轴承寿命试验3.1ES轴承台架寿命试验关节轴承寿命试验在国外已经有一定的研究，国内大部分采用结果对比的方法。国内目前采用的寿命试验机器为SPBTM-1，其检测的具体能力如下：检测关节轴承直径为20〜60mm，摆动频率为0〜2.5Hz，摆角为20〜100;沿关节轴承径向负荷可以达到100kN损以及轴承表面温升，可以自动记录摆动的次数。试验轴承选用GE30ES和GE40ES。试验条件为：P=18.6kN/min。采用的失效标准如下：1）轴承中的摩擦因数达到0.25;2）轴承径向磨损达到0.004dm;3）轴承表面温到100C。在对轴承寿命进行判定时，认为只要达到其中的一项，轴承寿命即已结束。GE30ES轴承试验结果见表最大摩擦因数径向磨损/卩m径向游隙变化/卩m质量磨损/mg表面温升/C生产厂家145．670．246640-32龙溪22．330．375427-37SKF384．850．龙溪465．070．2661211631SKF在对GE40ES进行测试的过程中，其摩擦因数在开始时有些波动，摩擦因数大，可以理解为这是轴承的磨合阶段，这个阶段很短，大概占轴承寿命的1%在接下来的平稳时间内，摩擦因数较稳定，为轴承的磨损时期；最后摩擦因数会急剧上升，磨损与温升都很快增大，此时会出现胶合、剥落等现象，严重时出现卡死，此时可以理解为轴承达到了寿命，这个时间大约占整个寿命的不到0.5%[4]上述台架寿命试验较好地表示了关节轴承在理想环境下的寿命情况。ES型号的关节轴承，ET轴承的实车寿命进行试验研究。3.2ET承实车寿命试验3.2.1验内容和方法关节轴承位于减振器吊耳内，由卡簧固定的部分。原有的关节轴承为ES轴承，内外圈均为轴承钢，内ET自润滑关节轴承，内外圈均为轴承钢，内层衬有聚四氟乙烯织物，可进行自润滑；同时，通过和厂家联系，测试了另一种自润滑轴承，其自润滑层为铜基高分子，内外圈为钢制。通过实际跑车和试验台架重点对ET滑轴承进行了测试。试验采用ES轴承资料作为参考判定本次试验轴承是否符合条件，具体如下：1）合格判定依据为轴承径向晃动0.4mm;2）测量工具为游标卡尺（精度为0.02mm）;测量方法采用检测轴承的轴向晃动量，由图形推测出轴承的径向磨损量，同时使用塞尺检测能塞入的缝隙大小（能塞入1/2 即可），间接推测关节轴承是否符合标准； 4）测量假设为 关节轴 承内外圈可视为平均磨损，且发生轴向晃动时，在原 基础上两侧晃动量 对称。 3.2.2 试验结果 3.2.2.1 轴承硬度 情况ET 轴承外圈采用轴承钢， 硬度约为 50 HRC，内圈外 表面镀铬，硬度约为 50 RC；厂家定制的自润滑关节轴承 外圈硬度W 220 HB，内圈外表面镀铬，硬度约为 50 HRC。2 种轴承在未安装时， 转动灵活，根据厂家反馈，其摩擦因数 约为 0.05，原 ES 轴承摩擦因数 0.2。3.2.2.2 轴承安装情 关节轴承在安装时，需要使用锤子和工装将轴承砸入吊耳之内，在砸 ET轴承的过程中，未出现问题；砸入后， 关节轴承转动灵活，自带 的密封圈固定牢固。 3.2.2.3 轴承 试验情况 在关节轴承进行实车试验中，根据关节轴承磨损 情况观察可知， 关节轴承在自润滑层混入杂质之后，会出现 比较明显的磨损；关节轴承 在自润滑层磨损之后，内外圈之 间开始出现磨损，其内圈由于硬度略高， 镀层磨损不明显； 外圈内层为主要磨损部分。另外，关节轴承的轴向出 mm的晃动， 其可能带来的情况就是车辆与侧板接触的情况， 因此，在 试验里程以内，自润滑关节轴承出现晃圈、轴向移 动情况，为其带来了 不良状况；但从另一方面讲，关节轴承 能够灵活转动，使得减振器的活 塞杆处不受到过大侧向力的 影响，对密封组件是一种保护。 从试验里程 内关节轴承的 表现来看，该关节轴承在较长距离内可以保证减振器的固定 可靠 （可以 不掉，但是轴向移动无法避免 ）。实际在底盘上对 减振器进行推、转时， 减振器向甲板内侧的轴向移动用手推 可感觉出晃动。 对减振器进行旋转， 减振器可以轻易地转动。 关节轴承寿命计算方法通过对实车的分解试 验和对国外 轴承寿命计算法的分析，总结出关节轴承的磨损规律。对于 钢对钢的滑动磨损，其线磨损率满足如下规律： 是解除压应力；v是滑动线速度；是材料 耐磨性系数，与工作环境有 对于摆动的关节轴承，寿命计算公式为： 式中，N是摆动次数（寿命）;UM是限定 的最大线磨损量 pv计算公式 /钢接触耐压系数为100）： 是与轴承质量及工况有关的系数，需要大量的试验得出。根据相关的试验和结果，将 分解为如下关系： 是轴承设计制造质量系数； 是轴承尺寸影响系数。以此，获得 了国产关节轴承 ET 类的寿命计算 公式。它适合轴承在各种 工况条件下的寿命计算。这一公式是建立在目 前的轴承寿命 试验基础之上的。由于目前的寿命试验数据还不完善，有 工况还没有试验数据，因此，本公式为今后的轴承研究指明了方向。 结语通过上述试验分解鉴定和运用国外的公式 进行推断， 不难发现， 关节轴承的寿命受到多种因素的影响。 而通过 新的公式进行寿命的预测，可以有效地对轴承寿命进 行预测。 参考文献： 洛阳：河南科技大学，2013. 国防科技大学学报，2013(6):53-59. 关节轴承寿命计算方法[J].轴承，1993(3):7-12. [5]杨咸启•自润滑关节轴 承寿命计算方法[J].轴承，1994(10):2-6.责任编辑郑练The Estimating Method Self-lubricatingJoint Bearing MA Guoqing, PANG Yu,