摘　要：对电机转子含油保持架轴承进行一次性润滑试验，在试验过程中根据电机运转电流随时间的变化做出了轴承的润滑曲线，结合轴承含油保持架的出油特性，形成电机转子轴承的一次性润滑寿命曲线。通过对该曲线的分析，明确了对电机转子轴承补充供油的时间。
　　关键词：球轴承；含油保持架；润滑寿命；润滑曲线
　　电机转子所用的油润滑球轴承的特点是承受载荷小、精度高、寿命长、摩擦力矩小、稳定性高。在正常工作情况下，影响轴承使用寿命、摩擦力矩和可靠性的重要因素是轴承的润滑。轴承在特定的工作条件下（如真空密闭环境等）时，只能依靠保持架内所含润滑油来维持轴承的润滑，保持电机转子的正常运转，属于一次性润滑。电机转子的特殊工作环境（真空密闭）和长寿命要求，即使使用了含油保持架轴承也难以满足要求，必须提供与之相适应的供油系统，进行补充供油，才能保障轴承的充分润滑。在对轴承进行供油时，需要对轴承润滑状态进行分析，以确定补充供油的大概时间。
　　轴承的润滑尽管已有了很多的理论计算公式和应用经验，但都有相当大的局限性。计算公式的数学模型和经验系数一般都是在理想工艺质量条件下建立的，所得的数值往往偏离实际值较大。轴承润滑的复杂性和系统性决定了试验和试验分析是检验轴承润滑设计的重要依据。
　　轴承的一次性润滑寿命是指在没有外界补充润滑的条件下，轴承依靠保持架自身所含润滑油建立起来的循环润滑所能维持正常运转的时间。轴承失效的方式不是疲劳失效，主要是由于润滑不足产生精度失效，进而造成轴承的磨损失效。为了研究一次性润滑对电机轴承寿命的影响，采用相同工作条件下进行1：1的模拟试验。
　　1　试验方法
　　采用16套7004球轴承分8组进行（电机转子轴承一般成对使用）试验，试验过程中对电机转子的运转电流、电压和转速进行监测和记录。当电机的运转电流超出电流性能指标并出现异常时，即认为轴承失效。
　　试验前，对轴承进行筛选和评估，挑选出合格的轴承进行试验。试验方法和流程如下：
　　（1）按照清洗规范对轴承进行清洗、烘干。　
　　（2）保持架按浸油工艺进行处理。
　　（3）按照跑合规范，轴承装配后进行初期跑合。
　　（4）初期跑合后按装配工艺将轴承装入电机转子。
　　（5）根据实际工况条件，对轴承进行一次性润滑寿命试验，在试验过程中对电机转子的运转电流、电压和转速进行监测和记录。
　　（6）待寿命试验结束后，根据试验数据做出电机运转电流随时问变化的曲线图，并根据曲线图做出轴承的润滑寿命曲线；并对寿命曲线进行分析。
　　2　试验设备及条件
　　试验设备为轴承跑合测试仪。该设备可通过驱动电机带动轴承进行运转，同时具备轴承跑合数据的采集和记录功能；轴承运转电机采用无铁无刷直流电机。通过测试设备实现对试验轴承电机的电流、电压和转速进行实时监测与记录，准确绘制出电流随时间变化曲线，并能及时判断出电流的波动变化和轴承摩擦力矩的波动性。
　　试验条件：
　　（1）环境温度（20±5）℃、真空度≤10Pa。
　　（2）轴承的轴向载荷为30-40N（满足电机转子工作要求）。
　　（3）轴承转速依电机转子实际工作转速5600r/min运转。
　　3　试验结果及分析
　　试验重点对电机转子的电流、电压和转速进行实时监测与记录，并根据测试数据做出了时间和运转电流的曲线，由于试验持续时间较长，试验数据量较大，因此，本文只根据试验测试数据绘制出轴承工作电流随时间变化的曲线，如图1所示。

图1 电机转子电流随时间变化曲线

　　根据图1的8组曲线，经过整理后，相对应的可以得出轴承在一次性润滑过程中的润滑寿命曲线，如图2所示。

图2 轴承一次性润滑寿命曲线

　　由图2曲线可知，轴承在一次性润滑状态下运转持续了大约25个月，并将整个试验过程分为4个阶段：润滑充分阶段、润滑平衡阶段、润滑不足阶段和润滑破坏阶段。
　　在轴承运转过程中，含油保持架中的润滑油受到毛细和离心力的作用，不停地、极其缓慢地从保持架中渗出，通过钢球带到沟道；沟道内的部分润滑油又通过钢球的自旋运动被带回保持架，如此往复循环，形成一个润滑油的自循环系统，循环过程如图3所示。图中：Q_L1为钢球从保持架带到沟道上的油量；Q_L2为钢球从沟道带回保持架的油量；Q_L3为保存在沟道内的油量；L_Q1为由爬移等损耗的油量（包括被挤出沟道的油量）；L_Q2为挥发损耗的润滑油量。

　　由图3可知，轴承工作的任何时候：Q_L1+Q_L3=Q_L2+L_Q1+L_Q2+Q_L3都成立。正常工作状态下，轴承沟道内的油膜厚度基本保持一致，因此保存在轴承沟道内的油量Q_L3也基本保持不变，则传递润滑油的动态过程为：Q_L1=Q_L2+L_Q1+L_Q2。
　　轴承运转初期，保持架表面吸附的一层油和表面附近空隙内的润滑油在离心力的作用下容易跑出，此时会产生多余的润滑油，出现Q_L1>Q_L2的现象，具体表现为电机电流较大；随着时间的推移，轴承和保持架的多余润滑油被慢慢甩出，润滑油的黏滞阻力有所减小，电机电流缓慢下降并逐渐趋于平稳。在这一过程中轴承润滑充分，为润滑充分阶段，持续时间2-3个月。
　　经过一段时间跑合后，多余的润滑油受到各种力的作用离开轴承，使轴承逐渐处于正常状态；此时由于爬移、挥发等损耗的润滑油量L_Q1和L_Q2非常少，而钢球从保持架带走的润滑油量和从轴承沟道带回的润滑油量基本处于平衡状态，即Q_L1=Q_L2。此时轴承处于润滑平衡阶段。由于轴承的弹性流体动力润滑油膜非常薄，所需要的润滑油量很少，使循环润滑可以维持较长的时间。这一过程电机运转电流相对平稳，电流波动较小，可持续约18-20个月。
　　随着时间推移，由于润滑油缓慢的爬移和挥发，当Q_L1和Q_L2不能满足形成有效润滑油膜所需的油量时，平衡状态就会遭到破坏，导致轴承润滑不足，性能开始下降，轴承温升、运转电流和运转噪声不断增大。这一过程持续约2-3个月。
　　当轴承的润滑状态遭到完全破坏后，轴承的温升和运转电流急剧增大，并伴随有明显刺耳的干摩擦声音。润滑破坏区的运转时间不到1个月。
　　4　结论
　　（1）对电机转子轴承不进行补充供油的情况下，轴承的使用寿命只能满足22个月的正常连续运转。
　　（2）对电机转子轴承进行补充润滑的供油时间应选择在轴承润滑不足之前，考虑到轴承在润滑平衡区的后半段有可能已经出现微观的干摩擦和润滑不足（电性能没有表现出来），为确保轴承润滑的可靠，可适当将供油时间提前到15-18个月。