為何現(xiàn)代礦山機械大多選用滾動軸承，而不是滑動軸承？

??軸承作為機械產品中必不可少的重要部件，起著支承轉動軸的重要作用。根據(jù)軸承中摩擦性質的不同，把軸承分為滾動摩擦軸承（簡稱滾動軸承）和滑動摩擦軸承（簡稱滑動軸承）。兩類軸承在結構上各有特點，性能上各有利弊，選用時，要結合實際綜合考慮。

??滾動軸承和滑動軸承的比較

??1、結構與運動方式比較

??滾動軸承和滑動軸承最明顯的區(qū)別在于是否有滾動體。

??滾動軸承有滾動體（球，圓柱滾子，圓錐滾子，滾針），靠其轉動來支撐轉動軸，因而接觸部位是一個點，滾動體越多，接觸點就越多。

??滑動軸承沒有滾動體，靠平滑的面來支撐轉動軸，因而接觸部位是一個面。

??兩者結構的不同決定了滾動軸承的運動方式是滾動，滑動軸承的運動方式是滑動，因而摩擦形勢上也就完全不相同。

??為何現(xiàn)代礦山機械大多選用滾動軸承，而不是滑動軸承？

??2、承載能力比較

??總體來看，由于滑動軸承的承壓面積大，其承載能力一般高于滾動軸承，而且滾動軸承承受沖擊載荷的能力不高，但完全液體潤滑軸承由于潤滑油膜起到緩沖、吸振的作用，可承受較大的沖擊載荷。當轉速較高時，滾動軸承中滾動體的離心力增大，要降低其承載能力（高速時易出現(xiàn)噪音）。對于動壓滑動軸承，其承載能力隨轉速增高而增大。

??3、摩擦系數(shù)和起動摩擦阻力比較

??一般工作條件下，滾動軸承的摩擦系數(shù)要低于滑動軸承，且數(shù)值較穩(wěn)定。而滑動軸承的潤滑易受轉速、振動等外界因素的影響，摩擦系數(shù)變化范圍較大。

??啟動時，由于滑動軸承尚未形成穩(wěn)定油膜，阻力要大于滾動軸承，但靜壓滑動軸承起動摩擦阻力和工作摩擦系數(shù)都很小。

??4、適用工作轉速比較

??滾動軸承由于受到滾動體離心力和軸承溫升的限制，轉速不能過高，一般適用于中、低速的工作狀態(tài)。不完全液體潤滑軸承由于軸承的發(fā)熱和磨損，工作轉速也不能太高。完全液體潤滑軸承的高速性能非常好，特別是當靜壓滑動軸承采用空氣作潤滑劑時，其轉速可達100000r/min。

??為何現(xiàn)代礦山機械大多選用滾動軸承，而不是滑動軸承？

??5、功率損失比較

??由于滾動軸承摩擦系數(shù)小，其功率損失一般不大，要小于不完全液體潤滑軸承，但當潤滑及安裝不當時會劇增。完全液體潤滑軸承摩擦功率損失較低，但對于靜壓滑動軸承來說，由于有油泵功率損失，總的功率損失可能高于動壓滑動軸承。

??6、使用壽命比較

??滾動軸承由于受到材料點蝕和疲勞的影響，一般設計年限為5~10年，或者大修期間進行更換。不完全液體潤滑軸承的軸瓦磨損嚴重，需要定期更換。完全液體潤滑軸承的壽命理論上是無限的，實際上由于應力循環(huán)，特別是動壓滑動軸承，軸瓦材料可能出現(xiàn)疲勞破壞。

??7、旋轉精度比較

??滾動軸承由于徑向間隙小，旋轉精度一般較高。不完全液體潤滑軸承處于邊界潤滑或混合潤滑狀態(tài)，運轉不穩(wěn)定，且磨損較嚴重，精度較低。完全液體潤滑軸承由于油膜存在，緩沖吸振，精度較高。靜壓滑動軸承旋轉精度更高。

??為何現(xiàn)代礦山機械大多選用滾動軸承，而不是滑動軸承？

??8、其他方面比較

??滾動軸承使用油、脂或固體潤滑劑，用量很小，高速時用量較大，油質的清潔度要求高，因此要求密封，但軸承更換方便，一般不需要修理軸頸。對于滑動軸承，除不完全液體潤滑軸承外，潤滑劑一般為液體或氣體，用量很大，油質清潔度要求也很高，軸承軸瓦需要經常更換，有時還修復軸頸。

??滾動軸承和滑動軸承的選用

??由于實際工作條件復雜多樣，滾動軸承和滑動軸承的選用尚沒有統(tǒng)一的標準。滾動軸承由于摩擦系數(shù)小，起動阻力小，靈敏，效率高，而且已標準化，具有優(yōu)良的互換性和通用性，使用、潤滑、維護都很方便，在選用時一般優(yōu)先考慮，因此在一般機器中廣泛應用。滑動軸承本身具有一些獨特優(yōu)點，一般應用在某些不能、不便或使用滾動軸承沒有優(yōu)勢的場合，比如下面這些場合：

??為何現(xiàn)代礦山機械大多選用滾動軸承，而不是滑動軸承？

??1、徑向空間尺寸受限制，或必須剖分安裝的場合

??滾動軸承由于在結構上有內圈、外圈、滾動體和保持架，徑向尺寸較大，應用上受到一定限制。當徑向尺寸要求嚴格時，可選滾針軸承，必要時，需要選用滑動軸承。對于軸承不便，或無法從軸向進行安裝，以及必須剖分安裝的零部件，就要選用對開式的滑動軸承。

??2、高精度的場合

??當所用軸承有高精度要求時，一般選用滑動軸承，因為滑動軸承的潤滑油膜可以緩沖吸振，當精度要求極高時，只能選用靜壓滑動軸承。對于精密和高精密的磨床、各種精密儀表等，滑動軸承應用較廣。

??3、重載場合

??滾動軸承無論是球軸承還是滾子軸承，在重載場合，容易發(fā)熱和疲勞。故當載荷較大時，多選用滑動軸承，如軋鋼機、汽輪機、航空發(fā)動機附件以及礦山機械等。

??4、其他場合

??比如工作轉速特別高、特大沖擊與振動，以及需在水或腐蝕性介質中工作等場合，也可合理選用滑動軸承。

??對于一種機器設備，應用滾動軸承和滑動軸承，各有利弊，要結合工程實際合理選用。以往大、中型破碎機一般都采用鑄有巴氏合金的滑動軸承，因為能承受較大的沖擊載荷，又比較耐磨，平穩(wěn)。小型顎式破碎機多用滾動軸承，它的傳動效率高，更加靈敏，維修方便。隨著滾動軸承制造技術水平的提高，目前大型顎破亦大多采用滾動軸承。

(運轉世界大國龍騰 龍出東方 騰達天下 龍騰三類調心滾子軸承 劉興邦CA CC E MB MA)

軸承在礦山卡車應用中的分析探討

??? 近年來，在國際能源供應緊張的大背景下，我國對以風能為代表的新能源領域加大投入，使新能源的產量逐步提高，然而在很長一段時間內，我國以煤炭為主的能源結構將持續(xù)。露天采煤和井下采煤相比，擁有高生產率，低事故率，便于設備維護維修等客觀優(yōu)勢。不管是在國內還是國際上, 大力發(fā)展露天開采都是大趨勢。作為露天采礦生產所必須的重要設備之一的礦山卡車也將隨著露天礦的大力開發(fā)而迎來非常光明的前景。
　　TIMKEN軸承公司生產的圓錐滾子軸承在礦山卡車中有著數(shù)十年的應用歷史, 同時也積累了相當豐富的應用經驗。本文將就礦山卡車使用圓錐滾子軸承應當注意的問題進行簡單的分析，希望能夠幫助廣大的礦山卡車設計者和用戶更好地選擇和使用軸承，提高礦山卡車的可靠性。
　　除了本身系統(tǒng)設計匹配和安裝調整的因素外，決定圓錐滾子軸承使用性能的主要有以下三個方面因素：1）軸承的材料 2）軸承滾道的粗糙度 3）軸承滾道的表面修形。接下來詳細分析在礦山卡車工況下，軸承選型時在這三方面分別應考慮的因素。
　　一、軸承的材料
　　在考慮軸承的材料時主要考慮兩點：鋼材的純凈度和鋼材的熱處理工藝。
　　軸承在正常運轉狀態(tài)下，當滾道表面出現(xiàn)6mm2的剝落時，我們就說這個軸承失效了，這個軸承運轉的時間就是它的疲勞壽命。剝落的產生主要是因為軸承鋼內部存在非金屬夾雜物。在軸承工作時，非金屬夾雜物會引起鋼材內部應力集中，產生薄弱點，隨著軸承日復一日地運轉，這些薄弱點慢慢發(fā)展成細微裂縫，最后引起滾道表面剝落。所以鋼材的純凈度對軸承至關重要，鋼材內部夾雜物顆粒體積越小，顆粒數(shù)量越少，則裂紋出現(xiàn)的概率越小，軸承的疲勞壽命也越高。

　　隨著現(xiàn)代冶煉技術的發(fā)展，國際一流品牌的軸承制造商在軸承鋼純凈度這一點上都達到了相當高的水準。他們除了有符合ISO和ABMA標準的軸承材料外，還將比之更純凈的鋼材做材料，以提高軸承在高載荷下的可靠性。拿礦山卡車里的輪轂軸承應用來說，軸承承載的力非常高。以200噸載重量為例，整車滿載后350噸左右，單側后輪輪轂軸承的受力達到120噸左右。因此如果選擇標準材料的軸承，其尺寸將會非常大。為了盡可能減小輪轂尺寸，使設計更緊湊，這個位置常選用高純精度材料的軸承。即使這樣，軸承的內徑也有500mm左右。
　　除了軸承鋼的純凈度之外，軸承的熱處理工藝對軸承的性能也有相當大的影響?，F(xiàn)在市場上的軸承主要有兩種熱處理工藝：全淬透和表面滲碳。全淬透熱處理的原材料是高碳鋼，經過全淬透熱處理后，這種鋼材內部和外部硬度都達到58-64HRC，鋼材表面產生張應力，當遇到比較大的沖擊載荷情況下，容易產生裂紋，甚至直接碎裂。滲碳熱處理的原材料為低碳鋼，采用的熱處理工藝為表面滲碳，這樣的材料特點是表面58-64HRC堅硬耐磨，而內部較軟30-35HRC，鋼材表面產生壓應力，能緩沖受到的沖擊載荷，降低出現(xiàn)沖擊裂紋的可能性。

　　礦山卡車所用到的圓錐滾子軸承主要應用在橋包和輪端，這兩個地方的工作環(huán)境都非常惡劣，經常伴隨沖擊載荷和重載。再加上鑄件本身無法避免產生的磨粒，以及油封可能失效而帶來的外部污染，這些都對軸承本身帶來了巨大的考驗。在磨粒和重載的情況下，軸承的滾道表面無法避免地產生凹坑，如果選用全淬透的軸承，在材料本身較脆和表面張應力的雙重影響下，這個凹坑的發(fā)展將比較迅速，使得軸承在沒有達到疲勞壽命前提前失效。而假如選用滲碳軸承，由于材料本身有韌性和表面壓應力，該凹坑不易擴張，使得軸承仍舊可以達到較好的疲勞壽命。鐵姆肯公司通過試驗來模擬全淬透軸承和滲碳軸承在滾道表面有損傷的情況下的軸承壽命對比，結果顯示表面滲碳軸承比全淬透軸承能達到更高的疲勞壽命?；谝陨显?，我們在選用礦山卡車所用的軸承時，應盡量選用滲碳軸承。

　　二、軸承滾道與滾子的表面光潔度
　　影響軸承性能的因素除了剛剛提到的材料因素外，還有一個很大的因素是潤滑。據(jù)統(tǒng)計，70-80％的軸承提前失效是因為軸承潤滑不恰當所致。通常我們采用油或油脂來對軸承進行潤滑。潤滑系統(tǒng)在軸承工作時，會在金屬表面產生一層油膜。如果我們用高倍放大鏡去觀察軸承滾道，可以看到滾道表面不是光滑的，而是有很多小的金屬高點的，就像一座座“山峰”。如果在軸承工作時，滾道和滾道之間“山峰”直接接觸，那么“山峰”就會斷裂，滾道表面產生微剝落，最后造成軸承表面損傷。油膜的目的就是使得滾道與滾子之間的小“山峰”不直接接觸。要起到這樣的作用，油膜的厚度必須超過兩接觸表面粗糙度之和。當我們發(fā)現(xiàn)油膜厚度無足以分開兩個金屬面時，可以有兩個選擇：使用更粘稠的潤滑油或油脂；降低滾道表面的粗糙度。由于礦山卡車一般在橋包采用SAE80W-90油浴潤滑，而在輪端采用帶有EP添加劑的二號潤滑脂潤滑。受到重載低速的影響，可能會發(fā)生油膜厚度不夠的情況。如果無法改變齒輪油的粘度，我們可以通過提高滾道和滾子的表面光潔度來提高軸承性能。

　　三. 軸承滾道表面修形
??? 現(xiàn)在我們來看一下影響軸承性能的另一個重要因素——滾道表面應力。有的讀者在這里可能會想,一個軸承只要不超過它的額定載荷，滾道表面產生的應力應該不是問題。如果有問題，說明這個軸承本身的額定載荷數(shù)據(jù)標高了。這種理解忽略了一點，軸承在受力時，它的外圈和內圈的中心線可能不在一條直線上，可能有一個夾角，導致軸承工作時不對中。這個不對中可能是安裝不當引起的，也可能是軸或軸承座在受重載的情況下產生輕微的形變引起的，可能是軸和軸承座在加工時的誤差引起的，或者是以上因素的綜合。圓錐滾子軸承在樣本上標的額定載荷是指軸承工作時，這個夾角要小于0.0005弧度。當這個不對中的夾角小于萬分之五的弧度時，不會影響軸承的壽命和性能，但當這個夾角超過萬分之五的弧度時，就會對軸承的性能產生一定影響。這個不對中會引起軸承滾道應力集中，使軸承無法達到設計的疲勞壽命而提前失效。這種失效形式通常發(fā)生在滾道邊緣，并且上下180度方向上呈現(xiàn)對角線模式。
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　　這種不對中現(xiàn)象而導致的軸承損傷在礦山卡車的軸承應用中很常見，主要是由于礦山卡車的承載太大，引起軸變形所致。當這種軸承損傷出現(xiàn)時，如果不細心分析而把它歸結于軸承的承載能力不夠，單單通過提高軸承的尺寸來應付，結果往往不理想。鐵姆肯公司針對因滾道邊界超過許用應力而最終導致軸承壽命偏低的應用推出了帶滾道修形的軸承，可以在不用提高軸承尺寸的情況下，解決滾道邊緣應力集中的問題，使得滾道表面的應力始終處于材料的需用范圍之內。
　　在對礦山卡車用軸承進行選型計算時，借助計算機，輸入工況條件使用專業(yè)軟件可以模擬出該軸承是否存在滾道邊界應力過大的問題。實踐中曾遇到這樣一個例子，某大噸位礦山卡車軸承選型，在壽命計算時發(fā)現(xiàn)前輪輪轂外側軸承壽命較小，無法滿足要求。在檢查該軸承滾子的應力水平時，發(fā)現(xiàn)有一個工況下滾道應力很高。滾子的邊界應力超過了材料的需用應力，而滾道中間部分應力較小，說明該軸承的承載能力可以滿足這個應用。然后我們在原有軸承的基礎上對滾道進行修形，載入軟件重新計算，再檢查應力發(fā)現(xiàn)同樣的工況下，軸承壽命也有相當大的提高。

　　四、總結?
　　以上主要針對礦山卡車的應用特點，分別從軸承的材料、軸承滾道表面粗糙度以及滾道應力和修形這三個方面介紹了軸承選擇和分析要注意的問題，希望可以通過以上的解決方法，提高礦山卡車的可靠性，從而減少停車維護時間，提高采礦效率。