一種新型商用車傳動軸滑動花鍵潤滑脂的研制及其性能評價

李聰，吳鳳華

(中國石化潤滑油有限公司潤滑脂分公司，天津 300480)

0 引言

中重型商用車用傳動軸為普通十字軸萬向節(jié)傳動軸結構,主要由連接盤、萬向節(jié)總成、滑動花鍵、萬向節(jié)叉和軸管等零部件組成?；瑒踊ㄦI主要用于適應因驅(qū)動橋跳動而引起傳動軸長度的變化[1-2]。花鍵作為汽車傳動軸中重要的導向和鏈接部件，基本功能是將扭矩從一個傳動裝置傳到另一個裝置。汽車行駛過程中，傳動軸花鍵和花鍵套的鍵齒之間除了由于滑動而產(chǎn)生摩擦作用之外，還會由于傳遞扭矩而產(chǎn)生擠壓作用，同時還會由于道路不平使汽車顛簸以及配合的原因而產(chǎn)生沖擊振動作用，滑動花鍵在承受較大的扭矩交變載荷的同時軸向滑動摩擦，容易發(fā)生磨損和黏著磨損失效[3]。為了提高花鍵軸的使用壽命，通常采用三種方式相結合：①改善花鍵軸的硬度、提高花鍵副的配合精度[4-6]；②花鍵套表面噴涂尼龍等耐磨性及耐腐蝕好的材料；③花鍵副涂抹潤滑脂進行潤滑?；ㄦI潤滑脂可以減小軸向力，起到更好的抗磨和減摩、消音和減震作用[7]。

市面上常用的花鍵潤滑脂以二硫化鉬鋰基潤滑脂、復合鋰基潤滑脂等通用產(chǎn)品為主，文獻報道還未見專用潤滑脂。本文研制的傳動軸花鍵潤滑脂適用于中重型商用車的傳動軸滑動花鍵，通過基礎油、稠化劑和添加劑的復配得到一種具有優(yōu)良的耐磨減摩性、膠體安定性、耐高低溫性、機械安定性和抗水性的商用車傳動軸花鍵潤滑脂。

1 技術目標

通過對傳動軸花鍵工況的調(diào)研，對花鍵部位要求進行分析，結合我公司在相關產(chǎn)品上的研發(fā)經(jīng)驗，確定了技術目標：

(1)稠度：錐入度是潤滑脂稠度的表征形式，根據(jù)傳動軸花鍵部位的工作特點和使用要求，確定采用的稠度牌號是2號，即工作錐入度值的范圍為265～295(0.1 mm)。

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(2)高溫性能：滴點是檢測潤滑脂耐溫性的重要指標，通過測試潤滑脂的滴點，來判斷潤滑脂的使用溫度。

根據(jù)復合鋰基潤滑脂的生產(chǎn)經(jīng)驗，該產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝按照表5進行。

(4)極壓抗磨性能：防止花鍵在承受較大的扭矩和軸向滑動摩擦時，發(fā)生黏著磨損，起到減摩抗磨的作用，可以為塑/塑、鋼/塑和鋼/鋼摩擦副提供可靠的潤滑防護。

(5)機械安定性能：潤滑脂的機械安定性能反映潤滑脂結構的好壞。為了保證潤滑脂在傳動軸花鍵部位上保持持久的潤滑效果，必須保證潤滑脂具有良好的機械安定性能。

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由于傳動軸部位容易受潮濕空氣等污染，水汽不僅縮短潤滑脂變質(zhì)，還會引起金屬銹蝕。防銹劑能夠在金屬表面形成牢固的防護膜，隔絕水分和空氣，防止腐蝕發(fā)生。根據(jù)以往產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗以及開發(fā)成本，選擇磺酸鹽作為滑動花鍵潤滑脂的防銹添加劑。

試驗組產(chǎn)婦健康教育知識正確率為95.0%,對照組正確率為73.0%,兩組之間差異有統(tǒng)計學意義(P<0.01)。

(7)氧化安定性能：氧化安定性是指潤滑脂在長期儲存或長期高溫情況下使用時抵抗熱、光和氧的作用而發(fā)生變化的能力。因此要求潤滑脂具有長的使用壽命，保證花鍵潤滑脂長期的潤滑與防護。

(8)防銹性能：為了保證花鍵潤滑脂本身在使用過程中對部件沒有腐蝕性，同時可起到防護作用，要求潤滑脂的防腐蝕性和防銹性。

通過以上技術目標的確定以及潤滑脂實際應用和生產(chǎn)過程中需要的控制要素，產(chǎn)品質(zhì)量暫定技術指標見表1。

表1 滑動花鍵潤滑脂的暫定技術指標

2 配方研制和工藝確定

2.1 基礎油篩選

潤滑脂中的基礎油含量很高，一般85%～95%左右，潤滑脂的低溫性能、高溫性能、黏附性能和與添加劑的相容性等性能在很大程度上都取決于基礎油的性能，因此基礎油的選擇非常重要。基礎油的選擇要根據(jù)成本要求和性能要求進行綜合優(yōu)選，根據(jù)花鍵部位-30～150 ℃的溫度要求，優(yōu)選低溫性能較好的深度精制基礎油與其他低溫性好的基礎油調(diào)配使用，傾點達到-25 ℃以下。

生12：還有，我們由△APN∽△BMP可得比例式可以得到AP·BP=AN·BM，然后因為AP=BP，所以類似的式子還可以寫兩個，那就是AP2=BP2=AN·BM．

2.2 稠化劑考察

稠化劑是潤滑脂形成膠體結構、固定基礎油的結構骨架。潤滑脂的耐高溫性能、機械安定性、抗水性等在很大程度上取決于稠化劑的類型。復合鋰基潤滑脂具有通用、多效、耐高溫和長壽命等性能[8-10]。試驗分別采用不同類型復合鋰皂稠化同種基礎油制備基礎潤滑脂進行考察，結果見表2。

表2 不同類型復合鋰基礎脂考察結果

如表2所示，十二碳二元酸復合鋰潤滑脂的十萬次錐入度(含加水)變化率較小、滴點較高、鋼網(wǎng)分油量較小，表明其在機械安定性、高溫性、膠體安定性等性能方面較好。綜合成本和性能考慮，最終選取十二碳二元酸復合鋰潤滑脂的配方作為滑動花鍵潤滑脂的優(yōu)選配方。

2.3 添加劑研究

潤滑脂要有良好的防銹性能、抗氧化性能和長使用壽命，單純依靠基礎油和稠化劑是無法滿足其使用要求的，因此潤滑脂中要加入抗氧劑、極壓抗磨添加劑和防銹劑，以滿足花鍵潤滑脂的實際工況要求。

2.3.1 抗氧劑的確定

潤滑脂中加入一定量的抗氧劑可以起到抑制基礎油氧化、鈍化金屬催化氧化的作用，從而延長潤滑脂的使用壽命[11-12]。常用的潤滑脂抗氧化劑有胺類和酚類抗氧化劑。結合成本和使用性能最終篩選出胺類組合添加劑作為滑動花鍵潤滑脂的抗氧劑。

(4)試驗要求：運行37萬次，花鍵磨損量不大于0.15 mm。

根據(jù)花鍵脂的性能要求，需要添加極壓抗磨添加劑，從而在摩擦副表面形成物理反應膜或化學反應膜，起到減摩抗磨作用，保護摩擦副表面[13-15]。不同極壓抗磨添加劑的考察結果，見表3～表4。

表3 不同類型極壓劑配方組合 %

表4 不同類型極壓劑在同一基礎脂中性能測定結果

表4(續(xù))

如表3～表4所示，綜合考慮極壓抗磨劑實現(xiàn)的性能，以及對基礎脂的影響，優(yōu)選A2#添加劑作為滑動花鍵潤滑脂的極壓抗磨添加劑。

2.3.3 防銹劑的選擇

(6)膠體安定性能：膠體安定性是影響使用壽命的一個主要因素,在規(guī)定時間內(nèi)分油量過大,會縮短花鍵潤滑脂的使用壽命。

2.4 生產(chǎn)工藝的確定

(3)低溫性能：為了保證傳動軸花鍵潤滑脂低溫啟動和使用性能，要求潤滑脂的低溫轉矩(-30 ℃)指標。

表5 滑動花鍵潤滑脂生產(chǎn)工藝

2.5 性能評價

(3)試件轉速：500 r/min。

目前國內(nèi)的智能停車管理廠商已經(jīng)有很多成熟的技術，能夠幫助學校提高停車場的管理效率，學?？梢砸胝臆囄坏華PP，使車牌識別、智能倒閘和停車計費等共同提升停車場的管理水平。

表6 滑動花鍵潤滑脂大試樣品全分析數(shù)據(jù)

表6(續(xù))

通過滑動花鍵潤滑脂大試全分析數(shù)據(jù)得出，該潤滑脂產(chǎn)品具有突出的機械安定性、較好的耐高低溫性能、極壓抗磨性、膠體安定性，優(yōu)良的抗氧化安定性和防銹性能，達到了預期的研制目標。

3 臺架試驗

為了更好地驗證該產(chǎn)品在傳動軸滑動花鍵部位的潤滑防護性能，與國內(nèi)某傳動軸生產(chǎn)廠家合作進行滑動花鍵磨損臺架試驗。本次臺架試驗采用QC/T 523-1999 《汽車傳動軸總成臺架試驗方法》，其中傳動軸花鍵為2201H62A-010花鍵副，如圖1所示。

圖1 試驗用花鍵副

3.1 試驗條件

(1)試驗扭矩：3040 N·m。

日前，北京圣世信通科技發(fā)展有限公司基于二線能坡法流量計算模型，采用無線雷達測速技術、移動互聯(lián)網(wǎng)技術和云計算技術，推出一套實時在線自動化測流解決方案。該方案可以大幅度提高中小河流測洪能力和水文信息采集、傳輸、處理技術水平和洪水預警預報能力，為中小河流防洪決策指揮部門提供更加及時、準確的洪水信息，并為地表水資源監(jiān)測管理、供需決策等提供服務。

(2)花鍵伸縮量：≥10 mm；試驗伸縮量：12 mm。

按照確定的配方和生產(chǎn)工藝進行滑動花鍵潤滑脂樣品制備，進行兩批大試生產(chǎn)。大試樣品全分析數(shù)據(jù)如表6所示。

2.3.2 極壓抗磨添加劑考察

由圖3和表2可知，3種干信比對應的間歇采樣重復轉發(fā)干擾下脈壓雷達獲取的目標距離誤差分別為-11，-12，-14 m，目標速度誤差均為 -0.013 m/s，距離域和速度域均未對脈壓雷達形成干擾，而多相位分段調(diào)制干擾下雷達獲取的目標距離信息和速度信息均與真實目標信息間存在較大誤差，形成了欺騙假目標。值得一提的是，隨著干信比的提高多相位分段調(diào)制干擾下的MTD峰值幅度逐步增大，在30 dB和40 dB時，明顯大于間歇采樣重復轉發(fā)干擾，即采用大干信比時多相位分段調(diào)制干擾的干擾能量利用率高于間歇采樣重復轉發(fā)干擾。在實驗一的基礎上，后面的實驗均在干信比40 dB下研究兩種干擾的遮蓋效果。

3.2 試件安裝示意圖(見圖2)

圖2 試件安裝示意圖

3.3 走合程序

加載后，花鍵滑動次數(shù)超過37萬次，記錄花鍵滑動次數(shù)，觀察花鍵副的磨損情況，計算花鍵副磨損量，得到試驗結果。

做好施工后的質(zhì)量管理工作，可以有效的促進水利工程的完美竣工。因此，當水利工程施工后，相關人員就應及時的審核竣工資料，不僅要對相關質(zhì)量檢驗報告進行有效審核，而且還應對技術性文件進行審核，這樣才能確保工程的竣工能夠符合相關工程竣工的要求和標準。企業(yè)還應實行一定的保修制度，為工程后期的服務提供一定的保障。

3.4 滑動花鍵磨損試驗

未加載荷，轉速500 r/min，運行1 h，花鍵滑動1800次。

3.5 試驗結果

整個試驗過程中沒有進行試驗部位潤滑脂的更換，且臺架試驗未發(fā)生異常，一直處于正常狀態(tài)中。截至臺架試驗正常停機，對臺架試驗的兩根傳動軸花鍵進行現(xiàn)場拆解,拆解圖片見圖3～圖4。

在沉積芯層薄膜時摻雜8.3×10-7 m3/s GeH4可調(diào)高芯層的折射率，控制芯層折射率高于上/下包層折射率.圖4(a)中，在SiH4、N2O、GeH4的條件下僅改變SiH4的流量，可明顯看出隨著SiH4和N2O的流量比(22.6，24和27.6)的增加，薄膜折射率下降，并且折射率分布規(guī)律與圖3(a)相同；圖4(b)中，隨著流量比的增加，曲率1和曲率2分別變大，向著壓應力方向變化，這也是芯層不通過SiH4流量來改變折射率的重要原因.所以，為了控制應力不引起其它參數(shù)變化，摻雜GeH4可以進一步提高薄膜的均勻性，保證晶圓器件具有良好的成品率.

五是科學技術因素。有利面是科技支撐能力不斷加強，特別是開源節(jié)流和保護的技術支撐能力不斷增強，促進了水資源節(jié)約和污染防治。不利面是節(jié)水、污水回用技術水平與發(fā)達國家尚有較大差距，技術創(chuàng)新尚遠不能滿足現(xiàn)實需求。

圖3 臺架1#軸拆解圖片

圖4 臺架2#軸拆解圖片

臺架試驗前后拆解花鍵部件的試驗現(xiàn)象有：

(1)試驗過程中，兩根傳動軸花鍵軸和軸套接口部位未發(fā)現(xiàn)潤滑脂甩脂或滲油現(xiàn)象；

(2)試驗后，花鍵軸齒側和軸套內(nèi)側潤滑脂分布飽滿均勻，部分齒側間潤滑脂出現(xiàn)顏色變深現(xiàn)象，2#軸脂的變深現(xiàn)象更為明顯；且取樣過程中發(fā)現(xiàn)潤滑脂中有殘留的細纖維物質(zhì)存在。

(3)試驗后，將1#花鍵軸和2#花鍵軸齒側間的潤滑脂清除干凈，觀察花鍵齒表面無銹蝕腐蝕、無明顯擦傷現(xiàn)象；1#花鍵軸表現(xiàn)較好，2#花鍵軸齒側部分出現(xiàn)明顯較為光亮的痕跡。

臺架試驗數(shù)據(jù)結果，見表7。

表7 臺架試驗數(shù)據(jù)結果

如表6所示，本次臺架試驗中，試驗要求花鍵的滑動次數(shù)為37萬次，1#軸和2#軸實際滑動次數(shù)為38.2萬次，均滿足試驗要求；試驗要求花鍵磨損量≤0.15 mm，1#軸花鍵的實際磨損量為0.017 mm，2#軸花鍵的實際磨損量為0.017 mm，均滿足試驗要求。通過臺架試驗數(shù)據(jù)可以得出，該新型花鍵潤滑脂完全滿足臺架試驗要求，對滑動花鍵起到了良好的潤滑保護作用，達到預期研制目標。

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4 結論

(1)通過對傳動軸滑動花鍵副的工況研究，確定了該部位潤滑脂的實際使用要求。該花鍵潤滑脂采用復合皂基稠化劑稠化精選基礎油，并加有抗氧添加劑、極壓抗磨添加劑、防銹添加劑等多種添加劑精制而成。

(2)通過各項性能指標的驗證，該產(chǎn)品具有優(yōu)異的抗磨減摩性能、良好的抗極壓性能、優(yōu)良的耐高低溫性能和抗氧化性能，同時具備突出的防銹蝕和抗水性能，可以為鋼/塑摩擦副提供可靠的潤滑防護。

(3)通過臺架試驗的驗證，該產(chǎn)品對傳動軸的滑動花鍵副起到良好的潤滑保護作用，能夠延長滑動花鍵的使用壽命。