鋰基潤(rùn)滑脂F(xiàn)E9壽命的影響因素探討

王慶日，趙麗，高宇航，劉虹禹

(遼寧海華科技股份有限公司，遼寧 鞍山 114229)

隨著各種機(jī)械設(shè)備作業(yè)率的逐漸提高，對(duì)軸承的使用壽命和可靠性要求也越來越高，而軸承的損壞約30%由潤(rùn)滑不良引起，說明潤(rùn)滑劑對(duì)軸承使用壽命起著重要作用。研究表明，提高潤(rùn)滑脂的產(chǎn)品質(zhì)量可將軸承使用壽命提高2～5倍[1]。

潤(rùn)滑脂在滾動(dòng)軸承中的最長(zhǎng)使用壽命(簡(jiǎn)稱軸承的使用壽命)是評(píng)價(jià)潤(rùn)滑脂使用壽命的重要指標(biāo)之一，該性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到軸承的運(yùn)行性能和使用壽命，對(duì)一次性注油和長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備更為重要。使用滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑脂測(cè)試儀FE9在一定的溫度、速度、載荷和密封方式下進(jìn)行潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)，已列入很多潤(rùn)滑脂的檢驗(yàn)規(guī)范[2]，還可根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合理的內(nèi)推和外延以得到該潤(rùn)滑脂在不同軸承(類型和尺寸)、工作溫度、速度和載荷條件下的理論潤(rùn)滑脂壽命[3]。

1 試驗(yàn)方法

采用滾動(dòng)軸承測(cè)試儀FE9，依據(jù)DIN 51821標(biāo)準(zhǔn)要求的潤(rùn)滑脂壽命檢驗(yàn)規(guī)程及操作原理對(duì)不同的鋰基潤(rùn)滑脂進(jìn)行壽命試驗(yàn)[4-5]。

試驗(yàn)采用向心推力球軸承，試驗(yàn)條件見表1。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，至少使用5套軸承開展試驗(yàn)，將每套軸承的試驗(yàn)結(jié)果記錄在韋布爾分布圖上，然后通過軟件計(jì)算出各種百分比下試驗(yàn)軸承可超過載荷的持續(xù)時(shí)間，本文均以50%失效概率F50[5]計(jì)算。

表1 試驗(yàn)條件Tab.1 Test conditions

本文著重討論鋰基潤(rùn)滑脂的油分離度、極壓性能的變化等對(duì)潤(rùn)滑脂壽命的影響。

2 油分離度對(duì)潤(rùn)滑脂壽命的影響

大部分中小型密封軸承是將潤(rùn)滑脂一次性封存在軸承內(nèi)部空間，而潤(rùn)滑脂所特有的栓塞流動(dòng)特性使接觸區(qū)的潤(rùn)滑劑供應(yīng)不充分，即密封軸承的潤(rùn)滑屬于乏油潤(rùn)滑，因此潤(rùn)滑脂在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的持續(xù)分油能力是保證軸承良好運(yùn)轉(zhuǎn)的重要條件之一。

潤(rùn)滑脂中的基礎(chǔ)油以游離油、毛細(xì)管油、膨化油3種方式存在。潤(rùn)滑脂分油能力主要取決于后2種油的含量，因游離油最易析出，毛細(xì)管油次之，而膨化油最不易析出[6]。影響潤(rùn)滑脂分油能力的因素有很多，主要包括稠化劑類型和含量、基礎(chǔ)油種類和黏度、潤(rùn)滑脂制造工藝等。本文通過不同黏度等級(jí)的基礎(chǔ)油組合調(diào)整潤(rùn)滑脂的分油能力，然后用滾動(dòng)軸承測(cè)試儀FE9分別對(duì)不同潤(rùn)滑脂試樣進(jìn)行壽命試驗(yàn)。

2.1 單鋰基潤(rùn)滑脂

表2中的試樣(A,B,C,D)均采用單鋰皂稠化劑，并且基礎(chǔ)油的種類和黏度相同，通過潤(rùn)滑脂的制造工藝和基礎(chǔ)油組合調(diào)整潤(rùn)滑脂的分油能力，采用IP121油分離度方法(不同潤(rùn)滑脂的使用溫度不同，所以測(cè)試的最高溫度也不一樣，礦物油潤(rùn)滑脂測(cè)試的是120 ℃，合成油潤(rùn)滑脂測(cè)試的是140 ℃)測(cè)試潤(rùn)滑脂的分油能力。

表2 單鋰基潤(rùn)滑脂試樣的組成及試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Tab.2 Comparison of test results and composition of lithium grease samples

由表2可知：40 ℃下4種試樣油分離度差距不明顯，120 ℃下4種試樣的油分離度區(qū)別比較明顯；根據(jù)120 ℃油分離度情況與潤(rùn)滑脂壽命結(jié)果對(duì)比看，油分離度最大的D試樣和油分離度最小的C試樣的壽命均較短，而油分離度適中的A試樣和B試樣的壽命較長(zhǎng)。

2.2 復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂

為進(jìn)一步研究潤(rùn)滑脂油分離度對(duì)潤(rùn)滑脂壽命的影響，采用復(fù)合鋰皂稠化劑,相同結(jié)構(gòu)和不同黏度的聚α烯烴基礎(chǔ)油制備的3種潤(rùn)滑脂試樣(E,F,G)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂的組成及試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Tab.3 Comparison of test results and composition of complex lithium grease samples

由表3可知，不同基礎(chǔ)油黏度的合成油復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂在140 ℃時(shí)的油分離度對(duì)潤(rùn)滑脂壽命有不同的影響：E試樣基礎(chǔ)油黏度小,油分離度大，壽命最短，只有139 h；G試樣基礎(chǔ)油黏度大,油分離度最小，壽命為205 h；而油分離度適中的F試樣壽命最長(zhǎng)，達(dá)到了320 h。

2. 3 小結(jié)

由以上2組試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，無論是以礦物油為基礎(chǔ)油的單鋰基潤(rùn)滑脂還是合成油為基礎(chǔ)油的復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂,其壽命與油分離度都有一定關(guān)系，即潤(rùn)滑脂在試驗(yàn)溫度下的油分離度過大或過小，相應(yīng)的壽命均較短。油分離度過小不能保證軸承得到較充分的潤(rùn)滑，軸承潤(rùn)滑效果不好而導(dǎo)致試驗(yàn)時(shí)間較短；油分離度過大潤(rùn)滑效果雖好，但潤(rùn)滑脂過早失效，同樣導(dǎo)致試驗(yàn)時(shí)間較短。因此，礦物油單鋰基潤(rùn)滑脂和合成油復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂在試驗(yàn)溫度下油分離度分別為10%和7%左右時(shí)潤(rùn)滑脂壽命最長(zhǎng)。

3 極壓抗磨劑對(duì)潤(rùn)滑脂壽命的影響

潤(rùn)滑脂壽命試驗(yàn)的條件屬中速和中等載荷，因此潤(rùn)滑脂的極壓抗磨性能對(duì)潤(rùn)滑脂壽命有一定的影響。為保證試驗(yàn)的連續(xù)性，在試樣A(擬提高礦物油類潤(rùn)滑脂的壽命)的基礎(chǔ)上加入一定量的硫磷添加劑制備出試樣A1，并在A1試樣的基礎(chǔ)上添加少量的含鉬添加劑制備出試樣A2。對(duì)2個(gè)試樣的相關(guān)理化指標(biāo)及潤(rùn)滑脂壽命進(jìn)行試驗(yàn)，試樣的組成及試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 含極壓抗磨劑的試樣組成及試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Tab.4 Comparison of test results and composition of samples containing extreme pressure anti-wear agents

由表4可知：極壓抗磨劑的加入使A試樣的壽命明顯提高(由132 h提高到195 h)。而加入含鉬添加劑的A2試樣壽命達(dá)到了261 h。極壓抗磨劑對(duì)潤(rùn)滑脂壽命有顯著的影響，可有效改善潤(rùn)滑脂的壽命。

隨機(jī)抽取A1和A2試樣數(shù)據(jù)中各1套軸承(每個(gè)試樣試驗(yàn)5套軸承)，其輸出功率的變化規(guī)律如圖1所示，A2試樣試驗(yàn)過程中輸出功率隨時(shí)間變化的曲線比較平穩(wěn)，該曲線越平穩(wěn)表示軸承在試驗(yàn)過程中的扭矩越穩(wěn)定。可以說明含鉬添加劑的潤(rùn)滑脂對(duì)軸承的潤(rùn)滑更加充分，潤(rùn)滑脂選擇合適的極壓抗磨劑組合不僅能提高潤(rùn)滑脂壽命，而且軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)更加平穩(wěn)。

圖1 試驗(yàn)軸承的輸出功率隨時(shí)間的變化規(guī)律Fig.1 Change rule of output power of test bearing with time

4 結(jié)論

1)鋰基潤(rùn)滑脂油分離度過大或過小均會(huì)影響其壽命，因此要控制油分離度在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)果表明，礦物油單鋰基潤(rùn)滑脂和合成油復(fù)合鋰基潤(rùn)滑脂在試驗(yàn)溫度下油分離度分別為10%和7%左右時(shí)潤(rùn)滑脂壽命最長(zhǎng)。

2)在鋰基潤(rùn)滑脂中加入極壓抗磨劑可提高壽命。特別是加入含鉬添加劑后，不僅進(jìn)一步提高了潤(rùn)滑脂壽命，而且試驗(yàn)過程中的輸出功率更加平穩(wěn)，扭矩波動(dòng)較小。