提高轴承寿命及可靠性，加快行业转型升级

周宇，李兴林

(1.中国轴承工业协会，北京 100055；2.杭州轴承试验研究中心 博士后科研工作站，杭州 310022)

1 转型升级

企业的转型升级涉及到政策、技术、管理、金融、创新等诸多方面，产品结构、组织结构以及生产方式的调整是其主要特征之一。

轴承产品结构调整的重点是提升轴承产品档次以更加适应主机的特性需求和配套的需求。一是普通轴承要提高质量，二是高端轴承要形成突破。尽管国产轴承在技术质量上已有了十分显著的进步，但回到基本面，普通轴承“质不如人”、高端轴承“技不如人”，即“高不成，低不就”仍然是现实。

在组织结构调整方面，关键是“抓优扶强”。“几个龙头企业+若干骨干企业+众多中小型一般企业”将是一种常态现象，大型、综合型轴承企业主要走企业集团之路，集团化运作、专业化生产；中小型轴承企业主要走精、专、特、新之路或“集群化”。

在生产组织方面，轴承工业具有与生俱来的专业化基因，但并不能就自然而然地产生专业化发展的逻辑。因为基因本身有两个特点，一是能够忠实地复制自己，以保持生物的基本特征；二是会发生 “突变”，使生物的基本特征发生异化。从轴承工业发展的一般规律看，专业化成功的概率更高，而“大而全”、“多元化”的陷阱作用更强。因此轴承企业无论大小，在发展模式的选择上，都应坚持符合自身产业基本特征的基因不动摇，而不能使核心基因发生突变，否则难以做强、做优，更妄谈做大、做久。

目前已经不乏轴承企业转型升级的策略、规划、方案，下文从轴承寿命及可靠性方面考虑，介绍企业如何做好现有轴承产品，如何建设好轴承企业的“三口之家”(即“养家糊口”、“替代进口”和“扩大出口”)，加快整个行业的转型升级。

2 轴承寿命及可靠性

2.1 定义

滚动轴承是广泛应用的重要机械基础件，其质量的好坏直接影响到主机性能的优劣，而轴承的寿命则是轴承质量的综合反映。通常所说的轴承寿命是滚动轴承的疲劳寿命，是指轴承在使用过程中，轴承的一个套圈(或垫圈)或滚动体材料上出现第一个疲劳扩展迹象之前，轴承的一个套圈(或垫圈)相对于另一个套圈(或垫圈)旋转的转数。也有细分的轴承寿命，如：(1)滚动轴承精度寿命，指轴承在使用过程中，随着使用时间的增加，其精度(有时特指旋转精度)会逐渐下降，当精度下降到不能满足机械装备等主机工作精度要求时的使用时间。(2)滚动轴承磨损寿命，指轴承在使用过程中，轴承由于过量磨损而丧失正常工作性能的累计总转数，或在一定转速下的工作小时数。(3)滚动轴承振动寿命，指轴承在使用过程中，随着轴承滚动表面磨损量的增加，振动会逐渐增大，当振动增大到不能满足人们生理及环境需求时的使用时间。(4)滚动轴承噪声寿命，指轴承在使用过程中，随着轴承滚动表面磨损量的增加，噪声会逐渐增大，当噪声增大到不能满足人们生理及环境需求时的使用时间。滚动轴承可靠性(度)是指一组在相同条件下运转，近于相同的滚动轴承期望达到或超过规定寿命的百分率。单个滚动轴承的可靠性为该轴承达到或超过规定寿命的概率。滚动轴承寿命是基于一定的可靠性前提下的，所以滚动轴承的寿命及可靠性是密不可分的。

在中国轴承行业“十二五”发展规划中，重点要求开展提高滚动轴承寿命和可靠性工程技术攻关。滚动轴承工程技术问题可以归纳为“四个层次+四大元件”，即精度、性能、寿命、可靠性四个层次，内圈、外圈、滚动体、保持架四大元件。有学者把润滑剂(油、脂)称为滚动轴承的第五大元件，把密封则称为滚动轴承的第六大元件。总之，寿命是滚动轴承研究课题的本质问题，探讨在特定工况(载荷、转速、润滑等)下的寿命及可靠性，还需要深入研究轴承的试验技术、试验条件和手段，这也是目前开发高端轴承的薄弱环节。

2.2 试验技术

滚动轴承的状态监测与故障诊断是通过对滚动轴承在各种工况下表现出来的振动、噪声、温度、工作参数、气味、泄漏等信息的监测和综合分析，来对其工作状态、故障类型和故障严重程度进行综合评价的过程。主要包括检测试验技术、信号处理技术、模式识别技术和预测评估技术4项基本技术。要着力于将故障监测和诊断技术与滚动轴承试验技术进行有效的结合，开发滚动轴承寿命强化试验系统技术，力图在进行轴承性能试验的同时，对其使用性能的劣化和潜在缺陷进行监测和诊断，指导试验的快速、有效开展。在不久的将来，用于滚动轴承故障监测和诊断的时频分析法、小波分析法、时变参数模型法、分段平稳AR模型法、自适应AR模型法等前沿技术将进一步完善；高阶循环统计量技术、分形维数等技术将有望得到进一步的突破；专家系统和人工神经网络技术等综合型的故障智能监测和诊断系统也具有很大的发展潜力和广阔前景。科学准确地预测轴承疲劳寿命一直是机械工程学者关心又难以解决的问题，三参数Weibull分布和修正的Palmgren-Miner疲劳损伤累积法将是滚动轴承应用中亟待研究的课题，同时建立关于轴承疲劳机理研究、失效因素分析、材料冶炼加工工艺、试验数据分析等的数据库也是任重道远。

目前，风力发电机、高速铁路轴承等重要领域所用轴承被国外轴承公司垄断及控制的局面仍未根本改变。由于影响轴承寿命及可靠性的工程因素太多、太复杂，而且轴承疲劳寿命理论仍需进一步完善，因此进行寿命及可靠性试验成为评定轴承寿命的主要手段。相对于国外知名轴承公司，我国轴承寿命试验起步较晚，对失效机理等基础理论研究明显不足，目前尚处于大量积累试验数据的阶段。经过30余年的努力，我国的轴承寿命及可靠性试验技术已经得到了较大的发展。2010年4月1日实施的GB/T 24607—2009 滚动轴承寿命及可靠性试验及评定，废止了原JB/T50013—2000及JB/T50093—1997两项标准。无失效数据的bayes分析法和无失效数据的配分布曲线法正在受到人们的关注和研究。随着轴承寿命试验数据处理技术的创新，必将促进滚动轴承快速寿命试验系统技术的发展。

2.3 发展趋势

在滚动轴承性能寿命及可靠性的检测试验考核、故障监测诊断、寿命预测评估等相关领域中，轴承性能寿命及预测评估问题是最实用，也是最复杂的集科学、技术、工程和管理于一体的综合性课题，进行这一方面的研发攻关，使主机的寿命最长，服役可靠，无疑具有现实的经济价值及社会价值。试验技术的智能化和个性化是轴承寿命试验技术的发展方向，根据特定的试验条件，设定转速谱和载荷谱等以满足不同试验工况的要求，同时应用人工智能和专家系统等知识库技术来进行智能化处理。

3 从技术层面探讨中国轴承工业的转型升级

在长期的轴承寿命及可靠性试验工程应用领域的实践中，我们深切感悟到轴承工程是轴承产业发展的物质基础，轴承产业是轴承工程的产生、成长和变迁的轨迹。轴承产业的发展是一个量变到质变的过程，是阶段性的、有拐点的过程。因此，对轴承工程演化的规律性认识会涉及到对轴承产业发展的研究。因为轴承产业是由相关的轴承工程、相似的工程组成的，而且我们采用的轴承产业案例是同一门类下的工程，在一定意义上体现出轴承工程的演化(转型升级)。通过选取具有代表性的轴承工程演化(转型升级)的案例，将理论研究与案例研究有机地结合起来，将会清晰地说明轴承工程演化(转型升级)的问题。轴承可靠性工程应用是轴承科学问题、轴承技术问题的最终归宿。

通过对轴承可靠性工程应用这一领域的科学理论及技术应用的研究，进一步的推广应用，将推进轴承寿命及可靠性工程快速试验系统技术在中国轴承行业的发展。但是，在工程科学、工程技术与工程管理方面的认识、理念明显滞后，甚至有的连基本的科学常识都不具备，急需加强轴承工程应用方面的科普工作。如加强关于润滑脂工程应用方面的知识教育，提高轴承制造商及轴承主机用户对轴承润滑脂技术及管理的工程认识，以避免在“润滑脂中加玻璃粉”和“水变油事件”的再次发生。

互联网技术已经完全改变了信息的分布与获取方式，在“一网打尽”的“地球村”，中国轴承企业需要以市场需求作为加速器，通过科技创新手段引领中国轴承企业走向国际化。开展以需求导向为基础的轴承学术理论、轴承共性技术、轴承工程应用相关的信息服务，同时将技术信息、技术服务、技术中介、技术金融互动融合，支持新的模式，支持新的生活方式，支持打破自由禁锢的获取知识方式。

4 结束语

对于每个具有相对优势的轴承企业来说，一定要抓住国家培育发展战略性新兴产业——高端装备制造产业(国家工业和信息化部制定了《机械基础件 基础制造工艺和基础材料产业“十二五”发展规划》)，这一个千载难逢的战略机遇，抢占“十二五”发展制高点，使战略性新兴产业规划成为各具有相对优势的轴承企业的“十二五”规划的重要组成部分。学习轴承寿命试验标准及数据处理的方法，研究滚动轴承故障诊断及寿命预估技术，提高轴承产品寿命及可靠性，加快行业转型升级。