王慶日，趙麗，高宇航，高鷹，鄒存豐

(遼寧海華科技股份有限公司，遼寧 鞍山 114229)

隨著人們生活質(zhì)量的提高，辦公設(shè)備、家電、機(jī)械設(shè)備、車輛等運(yùn)轉(zhuǎn)和傳動(dòng)系統(tǒng)中使用的微型或中小型深溝球軸承或角接觸球軸承對(duì)振動(dòng)噪聲的要求越來(lái)越高。影響滾動(dòng)軸承噪聲的因素，除軸承自身(結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料、加工技術(shù)等)外，還有使用的潤(rùn)滑脂[1]，長(zhǎng)期的理論研究和試驗(yàn)表明潤(rùn)滑脂對(duì)精密軸承的噪聲特性有較大的，甚至是決定性的影響。

從潤(rùn)滑脂組成的角度分析，影響精密軸承噪聲的主要因素有：潤(rùn)滑脂的基礎(chǔ)油黏度及種類、稠化劑類型及纖維結(jié)構(gòu)(主要取決于制脂工藝和原材料)、生產(chǎn)過(guò)程、雜質(zhì)及添加劑等[2-3]。本文重點(diǎn)介紹具有不同稠化劑纖維結(jié)構(gòu)的鋰皂潤(rùn)滑脂對(duì)精密軸承噪聲特性的影響。

1 軸承噪聲測(cè)試

將試樣分別注入軸承中，按照GB/T 32333—2015《滾動(dòng)軸承 振動(dòng)(加速度)測(cè)量方法及技術(shù)條件》采用S0910-Ⅲ型測(cè)振儀進(jìn)行測(cè)試，時(shí)間為64 s，每秒記錄一次噪聲值，測(cè)試啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中試樣的噪聲。

SKF開(kāi)發(fā)的潤(rùn)滑脂噪聲測(cè)試儀器BeQuiet Plus是BeQuiet的升級(jí)版，采用的軸承型號(hào)為608，測(cè)試結(jié)果分為GN0，GN1，GN2，GN3和GN4這5個(gè)等級(jí)，分別對(duì)應(yīng)潤(rùn)滑脂重度污染、污染、嘈雜、潔凈和超潔凈[4]，每個(gè)噪聲等級(jí)由BQ1(振動(dòng)峰值不大于5 μm/s所占的百分比)、BQ2(振動(dòng)峰值為5～10 μm/s所占的百分比)、BQ3(振動(dòng)峰值為10～20 μm/s所占的百分比)、BQ4(振動(dòng)峰值為20～40 μm/s所占的百分比)、BQX(振動(dòng)峰值大于40 μm/s所占的百分比)組成。

MGG11是速度型軸承噪聲測(cè)試儀器，測(cè)試時(shí)需要把待評(píng)定潤(rùn)滑脂裝入選定標(biāo)準(zhǔn)608軸承中，根據(jù)軸承在中頻帶和高頻帶的振動(dòng)特性評(píng)價(jià)潤(rùn)滑脂的啟動(dòng)噪聲特性、運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲特性和噪聲衰減能力。運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲特性和噪聲衰減能力用于評(píng)價(jià)潤(rùn)滑脂的噪聲等級(jí)(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ)；啟動(dòng)噪聲特性共分為1，2，3，4級(jí)。以噪聲等級(jí)/啟動(dòng)噪聲特性表示潤(rùn)滑脂的噪聲特性，如Ⅰ/1，Ⅱ/1等。

2 鋰皂稠化劑對(duì)精密軸承噪聲的影響

當(dāng)軸承采用脂潤(rùn)滑時(shí)，計(jì)算潤(rùn)滑膜厚度通常依據(jù)潤(rùn)滑脂中基礎(chǔ)油性能而不考慮稠化劑的作用。但文獻(xiàn)[5]表明潤(rùn)滑脂與基礎(chǔ)油相比，由于較弱的回填能力及流變性能使其潤(rùn)滑膜表現(xiàn)出較復(fù)雜的特性，所以潤(rùn)滑脂中的稠化劑在摩擦副表面起到重要的作用。文獻(xiàn)[6]證實(shí)了潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑膜厚度大于其基礎(chǔ)油。

為進(jìn)一步證明鋰皂稠化劑在精密軸承降噪過(guò)程中發(fā)揮的作用，將具有降噪特性的鋰皂潤(rùn)滑脂的基礎(chǔ)油A (礦物油、40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度為80 mm2/s, 3 μm過(guò)濾)、潤(rùn)滑脂B(A基礎(chǔ)油制備的鋰皂潤(rùn)滑脂)、油脂混合物C(用B潤(rùn)滑脂將A基礎(chǔ)油密封在軸承中形成油脂混合物)分別注入6201和6207軸承中進(jìn)行噪聲測(cè)試。S0910-Ⅲ型測(cè)振儀測(cè)試的試樣噪聲如圖1所示。

由圖1可知，在不同型號(hào)軸承中潤(rùn)滑脂對(duì)軸承的降噪效果及噪聲的穩(wěn)定性要優(yōu)于基礎(chǔ)油和油脂混合物，軸承尺寸越小，潤(rùn)滑脂與基礎(chǔ)油的降噪差距越大，可以判斷稠化劑對(duì)降低軸承噪聲起到?jīng)Q定性的作用。鋰皂潤(rùn)滑脂的稠化劑結(jié)構(gòu)是研究低噪聲潤(rùn)滑脂降噪效果的重點(diǎn)。

圖1 3個(gè)試樣在6201和6207軸承上的噪聲測(cè)試結(jié)果

3 鋰皂稠化劑纖維結(jié)構(gòu)的影響因素

影響稠化劑纖維結(jié)構(gòu)的主要因素有稠化劑的酸堿度以及降溫過(guò)程中的冷卻工藝。

3.1 稠化劑酸堿度

低噪聲鋰皂潤(rùn)滑脂的稠化劑主要為12-羥基硬脂酸和單水氫氧化鋰，其酸堿度對(duì)稠化劑結(jié)構(gòu)起至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的鋰皂潤(rùn)滑脂均為弱堿性(單水氫氧化鋰微過(guò)量)，在反應(yīng)過(guò)程中稠化劑纖維對(duì)過(guò)量的單水氫氧化鋰顆粒進(jìn)行包裹[7]，形成較大的纖維顆粒，普通潤(rùn)滑脂中過(guò)量的單水氫氧化鋰易于皂的形成，有利于反應(yīng)的進(jìn)行，但低噪聲潤(rùn)滑脂中較大的稠化劑纖維可能會(huì)影響軸承的降噪效果，因此本文采用單水氫氧化鋰過(guò)量和恰好完全反應(yīng)2種情況制備潤(rùn)滑脂試樣。

3.2 降溫速度

冷卻條件對(duì)鋰皂潤(rùn)滑脂稠化劑纖維結(jié)構(gòu)的影響非常明顯，冷卻條件不同，成品脂稠化劑纖維結(jié)構(gòu)區(qū)別很大，即降溫速度和方式?jīng)Q定了稠化劑纖維的長(zhǎng)短和粗細(xì)。一般情況，快冷工藝條件下稠化劑纖維細(xì)小，潤(rùn)滑脂具有良好的膠體安定性能；慢冷工藝條件下稠化劑纖維結(jié)構(gòu)較粗，潤(rùn)滑脂具有良好的機(jī)械安定性能。本試驗(yàn)通過(guò)控制冷卻速度(水冷降溫)制備了稠化劑纖維結(jié)構(gòu)不同的試樣，并測(cè)試在軸承中的噪聲特性。

4 試樣制備及噪聲評(píng)價(jià)

4.1 試樣制備

根據(jù)上節(jié)2個(gè)影響因素對(duì)鋰皂潤(rùn)滑脂試樣配方和工藝進(jìn)行了設(shè)計(jì)，具體方案見(jiàn)表1，慢冷的速度為1.0 ℃/min;快冷的速度為1.5 ℃/min；階梯式冷卻的速度為1.5 ℃/min, 且每降低10 ℃后保溫5 min。

表1 不同配方和工藝制備的鋰皂潤(rùn)滑脂試樣

將制備的4個(gè)試樣經(jīng)蒸餾法處理后用掃描電鏡觀察稠化劑的纖維結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 4個(gè)試樣稠化劑的SEM圖像

由圖2可知：試樣1(堿過(guò)量，慢冷)稠化劑纖維粗大，而且有大顆粒物質(zhì)；試樣2(慢冷)稠化劑纖維較粗，但與試樣1相比，沒(méi)有較大的顆粒物；試樣3(快冷)稠化劑纖維細(xì)小，分布較均勻；試樣4(階梯式冷卻)稠化劑纖維粗細(xì)和均勻分布程度介于試樣2與試樣3之間。

4.2 S0910加速度噪聲測(cè)試

4個(gè)試樣的加速度噪聲測(cè)試結(jié)果如圖3所示：試樣3的啟動(dòng)噪聲小，且噪聲降速較快，穩(wěn)定后噪聲平穩(wěn)；試樣4與試樣3穩(wěn)定后噪聲接近，但啟動(dòng)瞬間噪聲降速有一定的差距；試樣2次之；試樣1的啟動(dòng)噪聲、運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲及噪聲穩(wěn)定性均最差。

圖3 4個(gè)試樣的加速度噪聲測(cè)試結(jié)果(6201)

4.3 SKF BeQuiet Plus速度型噪聲測(cè)試

4個(gè)試樣的噪聲測(cè)試結(jié)果如圖4所示：試樣1測(cè)試結(jié)果為GN0，試樣4(GN4)最好，試樣2和試樣3均是GN2；但從振動(dòng)速度峰值統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示試樣3是由BQ1，BQ2，BQ3組成(BQ1的比例較高)，而試樣2中只有BQ2 和BQ3；因此可以得出試樣3的降噪特性優(yōu)于試樣2。

圖4 4個(gè)試樣噪聲測(cè)試結(jié)果(BeQuiet Plus)

4.4 MGG11速度型噪聲測(cè)試

試樣2—試樣4的 MGG11測(cè)試結(jié)果分別為Ⅱ/2，Ⅱ/1，Ⅱ/1，具體測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2—表4, 中頻為300～1 800 Hz，高頻為1 800～10 000 Hz。

表2 試樣2的噪聲測(cè)試結(jié)果(MGG11)

表3 試樣3噪聲測(cè)試結(jié)果(MGG11)

表4 試樣4噪聲測(cè)試結(jié)果(MGG11)

由表2—表4可知：試樣2噪聲評(píng)價(jià)為Ⅱ/2，低于試樣3和試樣4，主要表現(xiàn)在啟動(dòng)時(shí)中頻階段5套軸承的平均值超過(guò)2.00 μm/s；試樣3與試樣4的測(cè)試結(jié)果雖然相同，但在啟動(dòng)階段試樣4中、高頻噪聲特性明顯優(yōu)于試樣3，并且在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中有2套軸承被評(píng)為Ⅰ級(jí)，試樣3中只有1套為Ⅰ級(jí)。

4.5 小結(jié)

4個(gè)試樣的稠化劑纖維結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及不同類型測(cè)試設(shè)備噪聲測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。3種設(shè)備的測(cè)試結(jié)果一致：稠化劑纖維細(xì)小且分布均勻的潤(rùn)滑脂試樣啟動(dòng)噪聲低,降速快,降噪效果較好。

表5 4個(gè)試樣的稠化劑纖維結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及不同類型測(cè)試設(shè)備噪聲測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)論

通過(guò)分析稠化劑纖維結(jié)構(gòu)對(duì)鋰皂潤(rùn)滑脂降噪性能的影響，得到以下結(jié)論：

1)潤(rùn)滑脂的降噪特性優(yōu)于基礎(chǔ)油，而且軸承尺寸越小，降噪效果越明顯，認(rèn)為稠化劑對(duì)降低精密軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的噪聲起到重要作用。

2)冷卻速度影響稠化劑纖維的大小和均勻分布程度，堿過(guò)量易形成較大顆粒，對(duì)軸承噪聲影響較大。

3)在S0910加速度噪聲測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)稠化劑纖維結(jié)構(gòu)越短，分布越均勻的潤(rùn)滑脂降噪效果越好(降速快，波形穩(wěn)定)，反之較差；試樣在BeQuiet Plus 和MGG11測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，稠化劑纖維最細(xì)小的測(cè)試結(jié)果不是最好的，而采用階梯式冷卻方式制備的試樣有良好的降噪性能，且兩種設(shè)備測(cè)試的結(jié)果趨勢(shì)一致。