第二节 电机滚动轴承润滑脂的选择和应用

一、电机轴承润滑脂的选择

电机完成结构初步设计之后，要进行润滑选择。我们把润滑选择使用维护方案的制定叫作润滑设计。电机轴承润滑设计的第一步骤是为设计的电机选择油脂。

在实际工作中，油脂供应商通常会提供油脂牌号及应用温度范围等数据。很多时候，电机设计人员会根据这些数据，即油脂的适用温度范围、电机的预计工作温度以及一些经验进行油脂的选择。本章第一节所述的油脂相关知识可以给大家在这种定性选择时提供一定的参考依据。请注意，前面讲述的油脂相关内容（含涉及选择油脂的部分）绝不是经验结论，而是基于一定的理论、实践以及计算得出的。

经验法则经常遇到一些难以解决的问题，诸如：

①少许超过油脂工作温度范围时，是否还可以选用？

②相同温度范围的油脂其他指标不同，该如何选择？

③同是3号脂，有什么区别？

④是不是所有相同机座号的电机都可以使用同一种油脂？

⑤同一种电机给不同工况的客户，油脂选择是不是可以相同？

经验的选择方法在多数场合下是适用的，但是如果能够了解油脂选择原则背后的定量方法，会让选用者具备更大的灵活性和准确性。面对上述问题，也会有非常清晰的答案。本节就此进行深入讲解。

另举一例说明经验法则的失效。通常，钢厂高速线材导位轴承，工作于100～200℃甚至更高的温度中，同时承受非常大的加速度。按照温度原则，应该选择高温轴承油脂，但实践证明，选择高温油脂其效果非常差，而真正正确的方法反倒是选择低温油脂作为初次润滑，以及稀油的油气润滑进行连续润滑。

二、基础油黏度选择

前已述及，电机轴承润滑选择的关键是油脂基础油黏度的选择。通过油脂基础油黏度的选择而使轴承在运行状态下避免工作于边界润滑状态（见本章第一节中的“润滑的基本状态与油膜的形成机理”）。通常，电机在确定温度、转速、负荷下运行达成润滑状态有一个所需要的最小基础油黏度ν₁；同时我们选择的油脂基础油在这个温度、转速、负荷下有一个实际黏度ν。则定义黏度比为

其中，给定工况下的实际基础油黏度可以从表3-4和表3-5中根据温度、所选油脂基础油黏度（通常供应商提供基于40℃的油脂基础油黏度）查出ν。

给定工况下，所需的最小基础油黏度可以根据以上ndm值、转速在图表中查出ν₁：

由实际黏度和所需最小基础油黏度之比得到黏度比k。

黏度比k与润滑状态的关系如图4-6所示。下面对图4-6中给出的各阶段进行分析。

1.边界润滑阶段

当k＜1时，轴承滚动体和滚道之间无法有效分隔，不能形成良好的油膜。滚动体和滚道之间的负荷主要靠金属之间的直接接触来承担。此时需要使用极压添加剂以避免轴承润滑不良。同时，当k＜0.1时，在计算轴承寿命时该考虑额定静载荷（在第五章滚动轴承寿命计算相关内容中会具体讨论）。

2.混合油膜润滑阶段

当k≥1时，轴承滚动体和滚道之间形成油膜，此时处于混合油膜润滑状态。滚动体和滚道被分隔，但是偶尔会出现金属之间的接触。

3.流体动力润滑阶段

当k≥2时，轴承滚动体和滚道之间形成良好的油膜，此时处于流体动力润滑状态，滚动体和滚道完全分隔。

当k≥4时，轴承滚动体和滚道之间形成流体动力油膜，滚动体和滚道被完全分开，轴承承载主要由油膜承担。但是过大的基础油黏度会造成轴承温度过高。尤其当转速较高时更为明显。

在斯特里贝克曲线里，我们如果固定转速和负荷，那么黏度就变成影响润滑的变量。因此上述状况可以用曲线描述。

三、极压添加剂的使用

电机设计人员在进行电机润滑设计时经常会使用极压添加剂，或者抗磨损添加剂。但是也存在极压添加剂滥用的情况，由此也带来了不少电机轴承问题。

电机轴承润滑极压添加剂通常在如下情况下使用：

润滑油膜难以形成的情况：此时k＜1。这种情况下滚动体和滚道之间处于边界润滑状态，有很多的金属直接接触，需要添加挤压添加剂以避免金属之间的磨损（表面疲劳）。

极低转速的情况：如果轴承的ndm＜10000，那么此时轴承处于低速运行。如果需要形成油膜就需要很高的基础油黏度。此时推荐使用极压添加剂以辅助润滑。

极高转速的情况：轴承极高转速是指：①对于中径dm≤200mm的轴承，当ndm＞5×10⁵mm时；②对于中径dm＞200mm的轴承，当ndm＞4×10⁵mm时。在轴承处于这个转速下的时候，形成油膜所需的润滑剂基础油黏度很低，在电机起动的时候，轴承转速不高，而此时较低的基础油黏度使润滑膜很难形成。因此在达到高转速时k值合理，但是启动的时候就会润滑困难。此时建议使用极压添加剂避免转速未达到极高的时候出现干摩擦。

极压添加剂的使用也有需要注意的地方，在温度低于80℃时，当k＜1时，使用极压添加剂可以延长轴承寿命；但当温度高于80℃，有些极压添加剂可能会降低轴承寿命。比较常见的二硫化钼极压添加剂在温度高于80℃时就会出现影响轴承寿命的效果。

综上所述，建议在选用极压添加剂时，要根据实际工况的需求进行选用，不可滥用，更要注意极压添加剂的使用限制。

电机设计人员根据以上计算方法校核基础油黏度选择的基本步骤如图4-7所示。

四、油脂黏度的选择

前已述及，油脂黏度用锥入度表征的NLGI值来表示。油脂的黏度其实是增稠剂保持基础油能力的一个指标。油脂的基础油黏度为轴承润滑提供了保障，那么，油脂黏度为油脂在轴承上的附着提供基础。通常油脂黏度的选择没有过多定量计算。总体的原则是：温度高、负荷重、转速低的工况选择黏度高的油脂，电机中常用3号脂；相应的温度低、负荷轻、转速高的工况选择黏度低的油脂。电机中常用2号脂。

五、其他一些工况

对于立式电机，电机轴处于竖直位置，油脂受到重力影响会向下垂落，为了避免油脂过多的流失，这种工况下应该选择3号油脂。

电机处于振动工况，由于频繁振动，会使油脂乳化，皂基纤维更早的剪断。因此除了减少再润滑的时间间隔以外，还需要选择3号油脂。