潤(rùn)滑脂的質(zhì)量對(duì)軸承噪聲的影響

譚樹范

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司 小型球軸承分廠，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

在辦公自動(dòng)化設(shè)備和家用電器等領(lǐng)域中，人們?cè)絹?lái)越追求使用環(huán)境的寧?kù)o，尤其是夜間需要開動(dòng)的家電類產(chǎn)品。因此這些設(shè)備的制造廠商會(huì)不斷要求提供低噪聲和低振動(dòng)的軸承。通常這些軸承大多數(shù)是小直徑、兩面帶密封裝置的一次性深溝球軸承，見圖1 。幾乎在所有的情況下，這類軸承都是采用注脂的潤(rùn)滑方式。以前通常只注重研究低噪聲軸承的制造工藝，將噪聲的來(lái)源歸納為軸承本身及其相鄰零件的振動(dòng)等因素，并歸納了噪聲來(lái)源，見圖2 ，但實(shí)際情況下，軸承的潤(rùn)滑脂，因成份以及應(yīng)用的特殊性，也會(huì)在軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生振動(dòng)和聲波發(fā)射。因此，在靜音要求較高的環(huán)境中，還需要對(duì)潤(rùn)滑脂噪聲做進(jìn)一步探討和研究。

圖1 兩面帶密封和防塵結(jié)構(gòu)的深溝球軸承

圖2 滾動(dòng)軸承噪聲的可能來(lái)源

2 潤(rùn)滑脂的構(gòu)成和潤(rùn)滑機(jī)理

2.1 潤(rùn)滑脂的構(gòu)成

無(wú)論使用的潤(rùn)滑脂的種類、性能是什么樣的，它基本上由三個(gè)主要成份構(gòu)成，即：基礎(chǔ)油、增稠劑和添加劑。

基礎(chǔ)油是潤(rùn)滑脂中的液體組分，主要起潤(rùn)滑作用，含量最多，約占總質(zhì)量的80%～90%，主要有礦物油和合成油兩大類；

增稠劑主要用于改善和增加潤(rùn)滑脂的粘稠度，限制基礎(chǔ)油的流動(dòng)，相當(dāng)于潤(rùn)滑脂的“骨架”，可以分成皂類和非皂類兩種，約占總質(zhì)量的5%～15%；

各種不同的功能添加劑，是為改善潤(rùn)滑脂某方面的使用性能而添加的少量物質(zhì)，如抗氧化劑、抗腐蝕劑等，約占總質(zhì)量的5%。

2.2 潤(rùn)滑機(jī)理

軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，潤(rùn)滑脂在滾動(dòng)體和滾道相對(duì)運(yùn)動(dòng)（假設(shè)：純滾動(dòng)）的作用下產(chǎn)生急劇的塑性變形，被帶入滾動(dòng)體和滾道的接觸區(qū)域并將兩者隔離開來(lái)，同時(shí)，基礎(chǔ)油從增稠劑的構(gòu)架中游離出來(lái)形成動(dòng)壓潤(rùn)滑。

3 脂潤(rùn)滑的噪聲特性

3.1 潤(rùn)滑脂產(chǎn)生噪聲的機(jī)理

由于潤(rùn)滑脂增稠劑和所含添加劑顆粒的作用，導(dǎo)致了相對(duì)作高速運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)體和滾道間的平衡狀態(tài)的不穩(wěn)定性，特別是點(diǎn)接觸球軸承最為明顯，這是因?yàn)椋轰撉蚝蜏系赖慕佑|面積極?。ㄔ诶碚撋喜皇芡饬η闆r下視為點(diǎn)接觸），鋼球在沿著與溝道接觸的軌跡上公轉(zhuǎn)的同時(shí)又會(huì)產(chǎn)生微觀的軸向移動(dòng)，即振動(dòng)，由振動(dòng)產(chǎn)生噪聲，見圖3 。

圖3 深溝球軸承鋼球與溝道接觸點(diǎn)的軌跡示意圖

如果在軸承生產(chǎn)過(guò)程中，由于零配件的清潔度問(wèn)題或潤(rùn)滑脂中含有其它的雜質(zhì)，軸承的噪聲更加明顯。

3.2 潤(rùn)滑脂中細(xì)小顆粒對(duì)噪聲的影響

在潤(rùn)滑脂的制造、儲(chǔ)運(yùn)和使用過(guò)程中，環(huán)境不可能是絕對(duì)純凈的，可能存在一些細(xì)小顆粒，這些顆粒的來(lái)源見表1 。由于軸承滾動(dòng)體與滾道間的油膜厚度只有亞微米水平，而多數(shù)雜質(zhì)顆粒尺寸都是微米和超微米級(jí)，所以，存在于潤(rùn)滑脂中的任何顆粒物質(zhì)都可能是油脂噪聲的來(lái)源。常見的問(wèn)題是油脂中的某些成份，如添加劑，在靜置一定的時(shí)限后會(huì)再結(jié)晶，形成固體顆粒。

表1 滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑脂細(xì)小顆粒的可能來(lái)源

3.3 注脂前軸承的清潔度對(duì)噪聲的影響

軸承的零配件在加工后，表面會(huì)粘附和殘留多種雜質(zhì)顆粒，主要有：破碎的磨料、細(xì)微的材料切屑、空氣中的塵埃以及不潔清洗劑帶來(lái)的雜質(zhì)等。如果此時(shí)注入潤(rùn)滑脂，就等同于注入被污染的脂一樣。所以，注脂前的清潔工作絕對(duì)不可以忽視，潤(rùn)滑脂不具備清洗作用。

另外，潤(rùn)滑脂的儲(chǔ)存時(shí)間和注脂后的軸承存放時(shí)間對(duì)噪聲也有明顯影響。

3.4 噪聲的測(cè)試

以一組6204軸承為樣本，共20套，測(cè)試設(shè)備：BVT-5；測(cè)試方法：振動(dòng)值（加速度），旋轉(zhuǎn)30s取值，以基礎(chǔ)脂（未注脂）、普通脂、高級(jí)脂及污染脂分別進(jìn)行試驗(yàn)。

測(cè)試程序：

（1）取樣→清洗、吹干→測(cè)振（未注脂）、記錄；

（2）取樣→清洗、吹干→測(cè)振（普通脂）、記錄；

（3）取樣→清洗、吹干→測(cè)振（高級(jí)脂）、記錄；

（4）取樣→清洗、吹干→測(cè)振（污染脂）、記錄。

測(cè)試結(jié)果見圖4 ，圖中：曲線Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表使用高級(jí)脂、普通脂、未注脂以及使用被污染的潤(rùn)滑脂四種情況下的噪聲測(cè)試結(jié)果。

4 應(yīng)對(duì)措施

4.1 注脂前的清潔

圖4 使用不同質(zhì)量潤(rùn)滑脂噪聲值

由于潤(rùn)滑脂不具有清洗作用，污染物顆粒會(huì)始終存在于軸承內(nèi)部，所以，在軸承進(jìn)行裝配之前，應(yīng)該對(duì)內(nèi)外圈、保持架和鋼球分別進(jìn)行清洗，以除去殘留在零配件表面的污染物；由于軸承在裝配過(guò)程中不可避免的要受到來(lái)自于操作者、工位器具的二次污染，所以，在鉚合保持架的前后還應(yīng)分別清洗一次。

4.2 潤(rùn)滑脂的選擇

選擇合適的潤(rùn)滑脂是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，除了一些必要的定量計(jì)算之外（如油膜潤(rùn)滑參數(shù)），還應(yīng)綜合考慮以下多方面因素。

4.2.1 潤(rùn)滑脂的適用范圍

最常用的潤(rùn)滑脂有：鈣基脂，鈉基脂，鋰基脂。一些固體添加劑，如二硫化鉬或石墨也可以加入到潤(rùn)滑脂中，用來(lái)提高其邊界潤(rùn)滑性能。

鈣基潤(rùn)滑脂不溶于水并且有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，可以用在100℃的高溫下。

鈉基潤(rùn)滑脂不能接觸水，故不能用于潮濕的軸承中，但是這種產(chǎn)品剛性較好，可以用于齒輪之類的嚙合傳動(dòng)潤(rùn)滑。

通用鋰基潤(rùn)滑脂應(yīng)用最廣泛，它具有很好的極壓性而且使用溫度范圍寬，適用于-20℃～120℃寬溫度范圍內(nèi)的各種機(jī)械設(shè)備的滾動(dòng)和滑動(dòng)軸承以及奇特摩擦部位的潤(rùn)滑，是一種長(zhǎng)壽命通用潤(rùn)滑脂。

4.2.2 運(yùn)轉(zhuǎn)性能的要求

使用脂潤(rùn)滑的低噪音軸承，當(dāng)要求摩擦特別小時(shí)，應(yīng)選用合成基礎(chǔ)油、相似粘度低且錐入度較大的潤(rùn)滑脂。必要時(shí)應(yīng)選用經(jīng)過(guò)濾的高純度潤(rùn)滑脂，以減小軸承噪音。

4.2.3 環(huán)境條件

在沒(méi)有再潤(rùn)滑補(bǔ)脂裝置的軸承應(yīng)用中，所用潤(rùn)滑脂的壽命應(yīng)和軸承的疲勞壽命一致。

4.2.4 潤(rùn)滑脂的充填量

填充量應(yīng)為軸承空間容積的30%～60%，旋轉(zhuǎn)速度高時(shí)，為降低溫升噪音而應(yīng)選擇填充量下限。

4.2.5 相溶性的要求

原則上不同牌號(hào)的潤(rùn)滑脂不得混用。

5 結(jié)束語(yǔ)

為了滿足滾動(dòng)軸承的靜聲運(yùn)轉(zhuǎn)要求，在滿足生產(chǎn)過(guò)程清潔的前提下，需要采用高純度、低噪聲的專用潤(rùn)滑脂。對(duì)于所采購(gòu)的各類潤(rùn)滑脂，在使用前應(yīng)該用軸承噪聲（振動(dòng)）測(cè)量?jī)x進(jìn)行評(píng)估和分類。