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影响电机寿命关键的轴承润滑脂该如何选用?

影响电机寿命关键的轴承润滑脂该如何选用?

发布日期:2024-09-24   作者:

在之前的文章中我们有讨论过“电机的寿命有多久”这个话题,其中提到电动机失效中约有51%的原因来自于轴承故障,而轴承的使用寿命又主要取决于润滑脂的性能。

近年来随着新兴行业的发展,对电机的性能要求越来越高,同等功率下希望采用更小的规格,拥有更快的转速,同时还希望能在生命周期内免维护、静音性能好等。电机性能要求的提高,也对轴承及润滑脂提出了更高的要求,比如要适用高转速、耐高温、寿命长等。

之前大部分设计人员在开展电机设计的时候大多是依葫芦画瓢,不要说润滑脂了,就是连轴承规格在很多情况下都是参考同等规格的电机或者以往设计经验来选择。但如果不了解润滑脂性能参数并根据电机工况选择合适的润滑脂,电机的寿命可能会大打折扣。下面我们就从润滑脂的几个重要指标结合实例来谈谈该如何选择合适的电机轴承润滑脂。

示例:电机转速3000r/min,F级绝缘,水平轴放置,电机两端轴承型号为6205(内径25mm,外径52mm),载荷轻至中等,环境温度-15°~40℃。

先来看润滑脂两个最重要的性能参数:粘度和稠度,这是我们选择润滑脂第一步要考虑的两个指标。可能会有人把它们混淆在一起,其实粘度是针对润滑脂中的基础油来说的,描述的是基础油的流动性,影响的是摩擦表面的润滑性能。稠度(也称锥入度或针入度)是针对添加了增稠剂后的润滑脂来说的,描述的是润滑脂的软硬程度,影响的是润滑脂在轴承中的分布和稳定性。
目前常规电机推荐的润滑脂粘度范围为90-120cSt@40°C具体的选用需考虑相应操作温度的下应用负荷和速度。一般原则为:负荷大选用高粘度(保证油膜厚度),速度高选用低粘度(降低温升和能耗),温度低选用低粘度(保证流动性),温度高选用高粘度(防止油膜稀薄)。具体可参照下表和SKF的两个图表进行选择,其中速度系数ndm为转速n(r/min)和轴承平均直径dm(mm)的乘积。

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根据前面示例中的数据,计算速度系数ndm=115500,考虑载荷和温度(轴承的温度通常设计不超过100℃),润滑脂粘度选100cSt@40℃左右即可。以这个粘度为初始指标,我们可以在厂家样本上找到多款符合要求的润滑脂,以美孚Mobil为例,有以下几款可供选择。

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再来看稠度,稠度数值是以美国国家润滑脂协会 (NLGI) 级别来衡量的,范围从000到6。通常NLGI-2级的润滑脂在水平轴配置的电动机中应用较多,而如果是垂直轴放置的电机,为防止重量作用下润滑脂的移位或流失,推荐稠度高一点的NLGI-3级润滑脂。初步选择可参照下表。如果我们对比粘度选择表和下表可看出,当润滑脂用于高速时,需要的NLGI 等级往往会上升,而基础油粘度会下降,这种平衡是为了确保润滑脂具有良好的成沟性能和可控的析油性能。

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我们前面的示例是电机水平轴放置,速度系数dn=3000*25=75000 (注意和ndm不同),工作温度在40-135℃间,所以可以选择稠度等级2或3,前面选择的美孚四款润滑脂的稠度都是2,满足要求。

粘度和稠度选择好后,下一步我们要看一下对延长电机轴承使用寿命有利的两个参数:热稳定性(通常用抗高温氧化性来衡量)和释油特性。

说到热稳定性,这里容易有两个误解。一是依照滴点选择,认为只要滴点温度高于润滑脂的实际最大工作温度就可以了,其实滴点不是润滑脂的一个性能指标,而是一个物理指标,描述了润滑脂增稠剂在何种温度下会丧失保持基础油能力。滴点通常比润滑脂持续工作温度上限高,但评估不同润滑脂的热稳定性不能只看滴点。二是直接看一款润滑脂参数里面的工作温度范围,这些温度范围是通过采用标准轴承测试(50%轴承失效时间L50)得来的,测试方法有ASTM法D3336,SKF R0F,DIN 51821(或FE9)等。不同测试方法润滑脂持续工作温度上限对应的L50小时数也不一样,这个需要注意识别区分。

将前面选出的美孚四款润滑脂按照FE9方法测试的L50寿命作个比较如下,可以看出美孚宝力达™ EM(Polyrex EM)的寿命最长。

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再来看释油特性,它是指润滑脂在一定条件下基础油从稠化剂结构中分离出来的量,是实现长期润滑的一个重要指标。通常温度升高、高负荷、高速等都会加速基础油的分离,一款好的电机轴承润滑脂应能能提供持续、稳定的润滑效果。目前释油测试可按ASTM D 1742, ASTM D 6184 或 IP 121等标准开展。美孚专利释油测试对前面选择的四款润滑脂测试结果对比如下,可看出美孚宝力达™ EM(Polyrex EM)的效果最好。

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除以上需要考虑的润滑脂特性外,对有些电机的应用可能还需要轴承润滑脂具备防腐蚀、抗磨损等性能。这需要在润滑脂中添加防腐蚀添加剂和抗磨添加剂等。然而用于电机轴承的润滑脂中,一般不含有极压添加剂,因为这些添加剂(大多为硫/磷的化合物)在高温(连续超过80℃)下的化学反应对轴承钢的强度有负面影响。

下面是前面选择的四款润滑脂防腐蚀和抗磨损方面的测试表现。可以看出依旧是美孚宝力达™ EM(Polyrex EM)润滑脂更好。

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综上,在满足粘度、稠度两个基本要求下,考虑润滑脂的热稳定性和释油特性,同时兼顾防水、抗磨损,美孚宝力达™ EM(Polyrex EM)是最能满足示例需求的一款润滑脂。希望本文的介绍能对你电机润滑脂的选择带来帮助,觉得有用欢迎点赞转发!

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