滑動(dòng)軸承潤滑性能檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

一、引言

滑動(dòng)軸承是機(jī)械系統(tǒng)中重要的支撐部件，通過潤滑劑在軸頸與軸瓦之間形成的油膜實(shí)現(xiàn)載荷傳遞與摩擦減小。其潤滑性能直接影響設(shè)備的運(yùn)行效率、壽命及可靠性——良好的潤滑能降低摩擦損耗、抑制磨損、帶走熱量并防止腐蝕；反之，潤滑失效可能導(dǎo)致軸瓦燒蝕、軸頸磨損甚至設(shè)備停機(jī)。因此，潤滑性能檢測(cè)作為滑動(dòng)軸承狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的核心環(huán)節(jié)，對(duì)保障工業(yè)設(shè)備安全運(yùn)行具有重要意義。

二、滑動(dòng)軸承潤滑性能的核心評(píng)價(jià)指標(biāo)

潤滑性能的優(yōu)劣需通過直接指標(biāo)（反映潤滑狀態(tài)本身）和間接指標(biāo)（反映潤滑失效的后果）綜合判斷，主要包括：

1. 油膜狀態(tài)：油膜厚度、油膜壓力分布（直接決定潤滑方式，如液體動(dòng)壓潤滑、邊界潤滑或混合潤滑）；
2. 摩擦學(xué)參數(shù)：摩擦系數(shù)、磨損率（間接反映油膜的承載能力與抗磨性能）；
3. 潤滑劑狀態(tài)：粘度、閃點(diǎn)、酸值、水分含量、污染度（反映潤滑劑的理化性能變化）；
4. 運(yùn)行參數(shù)：軸承溫度、振動(dòng)烈度、噪聲（潤滑失效的早期信號(hào)）。

三、滑動(dòng)軸承潤滑性能檢測(cè)方法

潤滑性能檢測(cè)可分為在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（用于連續(xù)監(jiān)控）和離線實(shí)驗(yàn)室分析（用于深入診斷）兩類，以下是常用技術(shù)的原理與應(yīng)用：

（一）溫度監(jiān)測(cè)

原理：潤滑失效時(shí)，摩擦熱無法有效散失，軸承溫度會(huì)異常升高（如邊界潤滑時(shí)摩擦系數(shù)增大，溫度可驟升10~30℃）。通過監(jiān)測(cè)溫度變化可快速判斷潤滑狀態(tài)。
方法：

• 接觸式測(cè)溫：采用熱電偶、熱電阻（Pt100）等傳感器，安裝于軸瓦背部或潤滑油路，直接測(cè)量金屬表面或油液溫度（精度±0.5℃）；
• 非接觸式測(cè)溫：利用紅外測(cè)溫儀或熱像儀，通過檢測(cè)軸承表面的紅外輻射強(qiáng)度計(jì)算溫度（適合高速、旋轉(zhuǎn)部件，精度±1℃）。
  應(yīng)用：適用于電機(jī)、泵類、壓縮機(jī)等設(shè)備的日常監(jiān)控，溫度閾值通常設(shè)定為超過環(huán)境溫度30~50℃（具體取決于潤滑方式）。

（二）振動(dòng)與噪聲監(jiān)測(cè)

原理：潤滑狀態(tài)惡化時(shí)，軸頸與軸瓦的接觸碰撞加劇，會(huì)產(chǎn)生特定頻率的振動(dòng)（如油膜破裂時(shí)的高頻沖擊振動(dòng)）或噪聲。通過振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域（峰峰值、有效值）與頻域（頻譜分析）特征，可識(shí)別潤滑失效類型。
方法：

• 振動(dòng)傳感器：將加速度傳感器安裝于軸承座或機(jī)殼，采集振動(dòng)信號(hào)（頻率范圍10~10000Hz）；
• 數(shù)據(jù)處理：利用FFT（快速傅里葉變換）將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻譜圖，分析特征頻率（如軸頸旋轉(zhuǎn)頻率的諧波、油膜振蕩頻率）。
  案例：某汽輪機(jī)滑動(dòng)軸承出現(xiàn)油膜振蕩時(shí)，振動(dòng)頻譜中出現(xiàn)0.4~0.6倍轉(zhuǎn)速的低頻成分，需立即調(diào)整潤滑油壓力或粘度。

（三）油液分析

油液是滑動(dòng)軸承潤滑狀態(tài)的“載體”，通過分析油液的理化性能、污染度及磨損顆粒，可直接判斷潤滑失效的原因（如潤滑劑老化、污染或軸承磨損）。

1. 理化性能檢測(cè)：

   • 粘度：采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)量（GB/T 11137），粘度變化±15%以上需更換潤滑劑（粘度降低可能因氧化或混入輕油，粘度升高可能因污染或聚合）；
   • 酸值：采用電位滴定法（GB/T 7304），酸值超過0.5mgKOH/g說明潤滑劑氧化變質(zhì)，需更換；
   • 水分：采用卡爾費(fèi)休法（GB/T 11133），水分含量＞0.1%會(huì)破壞油膜，導(dǎo)致銹蝕（如液壓油中水分超標(biāo)會(huì)引發(fā)軸承點(diǎn)蝕）。

2. 污染度檢測(cè)：

   • 顆粒計(jì)數(shù)：采用自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器（如ISO 4406標(biāo)準(zhǔn)），通過激光或遮光法測(cè)量油液中顆粒的數(shù)量與大?。ㄈ?0μm顆粒數(shù)超過1000個(gè)/mL，說明油液污染嚴(yán)重，需過濾或換油）；
   • 污染物成分：采用能譜分析（EDS）或紅外光譜（FTIR），識(shí)別污染物類型（如金屬顆粒來自軸承磨損，灰塵來自密封失效，水來自冷卻系統(tǒng)泄漏）。

3. 磨損顆粒分析：

   • 鐵譜分析：利用磁場(chǎng)將油液中的磨損顆粒分離并沉積在載玻片上，通過顯微鏡觀察顆粒的形狀（如片狀顆粒來自黏著磨損，疲勞剝落顆粒呈不規(guī)則塊狀）、大小（＞100μm的顆粒說明嚴(yán)重磨損）及成分（如鋼鐵顆粒來自軸頸，銅合金顆粒來自軸瓦）；
   • 光譜分析：采用原子發(fā)射光譜（AES）或電感耦合等離子體光譜（ICP），定量檢測(cè)油液中金屬元素的濃度（如鐵含量突然升高5倍以上，說明軸承磨損加?。?。

（四）油膜狀態(tài)檢測(cè)

原理：油膜是滑動(dòng)軸承潤滑的核心，油膜厚度不足（＜2μm）會(huì)導(dǎo)致金屬接觸，引發(fā)磨損；油膜壓力分布異常（如單邊壓力過高）會(huì)導(dǎo)致軸瓦變形。
方法：

• 電測(cè)法：在軸瓦表面粘貼微型電阻應(yīng)變片，通過測(cè)量油膜壓力變化計(jì)算油膜厚度（精度±0.1μm）；
• 光學(xué)法：采用激光干涉儀或光纖傳感器，通過檢測(cè)軸頸與軸瓦之間的光干涉條紋變化，實(shí)時(shí)測(cè)量油膜厚度（適合透明或半透明軸瓦，如塑料軸承）；
• 超聲法：利用超聲波在油膜中的反射信號(hào)，計(jì)算油膜厚度（適合金屬軸瓦，精度±0.5μm）。

（五）間隙與貼合度檢測(cè)

原理：滑動(dòng)軸承的徑向間隙（軸頸與軸瓦之間的間隙）是油膜形成的關(guān)鍵（間隙過大導(dǎo)致油膜壓力降低，間隙過小導(dǎo)致油膜無法建立）。
方法：

• 塞尺測(cè)量：用于停機(jī)狀態(tài)下的間隙檢測(cè)（精度±0.01mm）；
• 百分表測(cè)量：通過測(cè)量軸頸的徑向位移，計(jì)算運(yùn)行中的間隙（適合低速設(shè)備）；
• 激光測(cè)徑儀：采用激光掃描軸頸與軸瓦的輪廓，實(shí)時(shí)測(cè)量間隙分布（精度±0.001mm，適合高速、高精度設(shè)備）。

四、數(shù)據(jù)處理與故障診斷

檢測(cè)數(shù)據(jù)需通過閾值對(duì)比、趨勢(shì)分析及模型預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)化為診斷結(jié)論：

1. 閾值對(duì)比：將檢測(cè)值與設(shè)備制造商提供的標(biāo)準(zhǔn)值（如溫度≤80℃、振動(dòng)有效值≤4.5mm/s）或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 4406污染度等級(jí)≤18/15）對(duì)比，判斷是否異常；
2. 趨勢(shì)分析：通過歷史數(shù)據(jù)的趨勢(shì)曲線（如每周的鐵含量變化），識(shí)別漸變型故障（如潤滑劑老化導(dǎo)致的酸值緩慢升高）；
3. 模型預(yù)測(cè)：采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)），結(jié)合溫度、振動(dòng)、油液數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)軸承剩余壽命（如某風(fēng)機(jī)軸承的振動(dòng)趨勢(shì)曲線顯示，未來30天內(nèi)振動(dòng)將超過閾值，需提前更換潤滑劑）。

五、典型應(yīng)用場(chǎng)景

1. 工業(yè)壓縮機(jī)：采用油液分析+振動(dòng)監(jiān)測(cè)組合，監(jiān)控高壓滑動(dòng)軸承的潤滑狀態(tài)（如離心壓縮機(jī)的止推軸承，需重點(diǎn)檢測(cè)油膜壓力與磨損顆粒）；
2. 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)：采用溫度+間隙測(cè)量，監(jiān)控曲軸主軸承的潤滑（如發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，溫度驟升可能因機(jī)油壓力不足，需檢查機(jī)油泵）；
3. 航空航天：采用光纖傳感器+數(shù)字孿生，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)飛機(jī)起落架滑動(dòng)軸承的油膜厚度（如戰(zhàn)斗機(jī)的主起落架軸承，需在極端環(huán)境下保持潤滑性能）。

六、未來發(fā)展趨勢(shì)

1. 智能化監(jiān)測(cè)：結(jié)合AI與邊緣計(jì)算，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析與故障預(yù)警（如某工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)通過振動(dòng)數(shù)據(jù)識(shí)別潤滑失效，準(zhǔn)確率達(dá)95%）；
2. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)：采用低功耗藍(lán)牙（BLE）或LoRa傳感器，實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)設(shè)備（如風(fēng)電齒輪箱軸承）的無線監(jiān)測(cè)；
3. 新型傳感器：開發(fā)石墨烯傳感器（高靈敏度）、光纖傳感器（抗電磁干擾），適合高溫、高壓等惡劣環(huán)境；
4. 數(shù)字孿生：構(gòu)建滑動(dòng)軸承的虛擬模型，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模擬油膜狀態(tài)與磨損過程，提前預(yù)測(cè)潤滑失效（如某汽輪機(jī)的數(shù)字孿生系統(tǒng)，可模擬不同負(fù)荷下的油膜厚度，優(yōu)化潤滑參數(shù)）。

七、結(jié)論

滑動(dòng)軸承潤滑性能檢測(cè)是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過溫度、振動(dòng)、油液分析等多維度檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)潤滑狀態(tài)的精準(zhǔn)判斷與故障預(yù)防。未來，隨著智能化與數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，潤滑性能檢測(cè)將從“被動(dòng)診斷”轉(zhuǎn)向“主動(dòng)預(yù)測(cè)”，為工業(yè)設(shè)備的安全運(yùn)行提供更可靠的保障。

參考文獻(xiàn)
滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組. 滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2019.
ISO 4406:2017, Hydraulic fluid power—Fluid contamination—Code for the measurement of particulate contamination.
王新華, 李建明. 機(jī)械故障診斷學(xué)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2021.
中國機(jī)械工程學(xué)會(huì). 機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)[M]. 北京: 中國電力出版社, 2020.