真知灼见：轴承寿命

轴承是交流发电机最重要的部件之一

STAMFORD | AvK has a proven track record of manufacturing and supplying superior alternators for numerous applications in a variety of environments. The company constantly strives to improve many aspects of the design, and in particular, the life of the products and their constituent components, in order to meet our customers’ continually evolving requirements.

One of the most important components of the alternator, is the shaft bearings. It is responsible for facilitating the location and rotation of the rotor within the stator, and because of this, it is considered to be a critical component, whose functional behaviour must be clearly understood. Of primary importance is the life of the bearing and the factors that affect it. This article reviews some of the major factors that STAMFORD | AvK take into account when considering the bearing life of grease lubricated rolling element bearings.

斯坦福^®和AvK^®交流发电机的应用领域可以大致划分为工业和船舶两大类别。根据应用类型及其环境，轴承可能承受不同类型的负载、振动、污染等，这些因素都会影响轴承的使用寿命。

为能在运行参数中容纳这些变量，我们提供了多种类型的滚动元件轴承：

1. 开式深沟球轴承

2. 密封深沟球轴承

3. 电绝缘深沟球轴承 - 带涂层轴承圈 - 混合型

4. 防蠕变深沟球轴承

5. 圆柱滚子轴承

6. 电绝缘圆柱滚子轴承 - 带涂层轴承圈

7. 球面滚子轴承

8. Carb轴承

影响轴承使用寿命的因素

有多种因素可影响轴承的使用寿命，主要因素包括：

1. 轴承负载

2. 轴承结构中的润滑脂类型和用量

3. 轴承内的污染物类型、体积和规模

图1

STAMFORD | AvK uses ISO 281:2007(E) (Rolling Bearings – Dynamic load ratings and rating life) to take into account, load, and contamination and grease condition when determining bearing life. In order to gain some insight into the nature of these three factors, the following brief review is given:-

负载类型

在确定轴承使用寿命时，需要考虑交流发电机轴承在工作期间可能需要承受的静态和动态负载。下文简要解释了这两种类型的负载：

静态负载

轴承承受的静态负载类型之一来自于构成交流发电机转子的所有组件的合并重量。转子的典型组件包括轴、联轴器轮毂、风扇、主转子铁芯、励磁转子铁芯和PMG转子（图1）。这些组件的质量均受到重力加速度的影响，从而产生了我们通常所说的“重量”。该重量被视为轴承承受的负载之一。轴承承受的另一种静态负载来自于不平衡磁拉力（UMP）。UMP是因转子/定子气隙不对称而导致的磁力。这种UMP作用力同样会施加在轴承上。

动态负载

这些负载源于转子的质量受到非重力加速的影响。转子所承受的动态负载可能在交流发电机内部产生，例如非平衡转子，或来自依赖于应用/环境类型的源头。

工业应用

在典型的工业应用中，其环境通常处于静止状态，而交流发电机会承受与发电机组震荡运动相关的加速力。此类运动由发动机的动态行为驱动，通过交流发电机与发动机和发电机组子结构的连接传输到转子。作用于转子的力度大小取决于转子的质量、发电机组的设计/装配以及发动机的动态行为。在确定轴承使用寿命时，必须考虑到这些作用力（图2）。

船舶应用

在典型的船舶应用中，其环境通常处于运动状态，因此交流发电机会承受与动态环境和发电机组震荡运动相关的加速力。出售用于船舶应用的交流发电机必须能够适应不同海事当局规定的特定船舶运动（劳埃德、ABS、DNV等）。此类运动将产生动态轴承负载，在确定轴承使用寿命时必须将其考虑在内。

 图2



海事当局通常会为交流发电机必须适应的静态和动态倾斜指定一组特定角度。美国船务局规定了船舶上应急动力装置的特定倾斜角度，如图3所示。

 图3

污染

当滚动元件轴承在正常工作条件下运行时，轴承内运动部件与静止部件之间的距离极小。如果任何来自环境或轴承内部金属磨损的颗粒污染物（小型固体颗粒）进入这些微小空隙，都可能导致滚道出现永久凹痕（金属表面退化），随之可能导致局部应力升高和金属疲劳问题。如果这些颗粒嵌入保持架兜孔中，还会对滚动元件和保持架造成损坏。一般来说，污染会缩短轴承的使用寿命。

另一种污染是水分渗入。如果水分渗入轴承，即会降低轴承中润滑脂的润滑性能，同时造成金属表面腐蚀。这两种影响都会导致轴承使用寿命减短。

润滑脂

润滑脂用于润滑滚动元件轴承。在特定轴承中使用的润滑脂类型取决于多项因素，如轴承类型、转速、环境条件、轴承负载和应用要求等。润滑脂中的油分在轴承滚动元件、滚道和保持架之间形成一层薄膜，以减少金属之间的接触频率，从而延长轴承的使用寿命。润滑脂的第二个功能是散逸轴承内部产生的热量。如果轴承无法散热，就可能发生热失控现象，进而导致轴承过早失效。

就润滑脂而言，另一个重要方面是轴承所需的润滑脂用量。过多的润滑脂会影响散热，从而导致高工作温度。滚动元件（球或滚子）开始搅动润滑脂，对润滑脂造成过度机械使用和结构分解。这将导致轴承润滑不足和轴承过早失效。

所有润滑脂都有预期使用寿命。该预期寿命受到温度、速度、负载、轴承结构和环境条件的影响。在较高温度下运行的轴承润滑脂氧化速度会更快，导致润滑脂使用寿命减短，因此需要更频繁地进行再润滑。用于环境严重污染的应用（采矿应用和船舶）的轴承将需要更频繁地进行再润滑。

如果这些颗粒嵌入保持架兜孔中，还会对滚动元件和保持架造成损坏

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