滾動軸承用聚脲潤滑脂的綜合選評方法

吳寶杰，劉建龍，李興林

(1.中國石化潤滑油有限公司 天津分公司，天津 300480；2.杭州軸承試驗研究中心 博士后科研工作站，杭州 310022)

滾動軸承是機械設備的基礎零部件,主要起支承和降低摩擦的作用，其質量直接影響到設備的運行狀態。

目前，80%以上的滾動軸承采用脂潤滑,而潤滑脂的選擇方法多有不同。文獻[1-2]提出密封電機軸承容易發生漆銹，因此應選用抗漆銹性能好的潤滑脂。文獻[3-6]認為軸承選用潤滑脂時，除了考慮軸承轉速、溫度和載荷外，還應考慮其抗水、防銹和防腐蝕性能，以便滿足設備在潮濕或接觸水的條件下使用。文獻[7]通過軸承故障診斷分析，對某轎車交流發電機驅動端異常聲(異音)進行了檢測，并指出該交流發電機驅動端異響主要是由于水或潮氣進入軸承內部，導致軸承銹蝕。文獻[8]提出軸承噪聲受軸承材料、設計制造、加工精度、部件的表面形貌、裝配方式及潤滑脂的影響。文獻[9-10]研究了潤滑脂流變性能、動態分油能力對軸承噪聲性能的影響，并指出在中小型軸承上，潤滑脂的流變性能對振動噪聲影響顯著，而對微小型軸承振動性能影響不明顯；潤滑脂的初始分油和穩定分油能力對軸承振動和噪聲影響較大。潤滑脂初始分油量較低時，軸承接觸區供油不足，引起軸承啟動振動值高，一定時間后隨著溫度的升高，潤滑脂分油量增大、流動性加強，軸承的振動值降低。不同潤滑脂對軸承初始噪聲影響較大，當軸承運轉穩定后，軸承振動值相當，潤滑脂對軸承振動值影響不明顯。

聚脲潤滑脂不含金屬元素，避免了其對基礎油的催化氧化作用，具有良好的氧化安定性和熱穩定性[11]，此外，對軸承具有較好的降噪性能，因此在國內低噪聲軸承企業得到了廣泛應用。為了綜合評價4種國內軸承企業廣泛使用的聚脲潤滑脂的使用性能，下文對其進行了噪聲、抗水抗剪切性能、防銹性能和抗漆銹性能測試。

1 測試儀器和測試方法

1.1 噪聲測試

1.1.1 測試條件

試樣選用15套Z4組別的深溝球軸承(10套6201和5套6308)。采用S0910-Ⅲ振動測試儀進行試驗，芯軸轉速(1 500± 30) r/min；軸向載荷49 N；傳感器類型為加速度型；試驗溫度20 ℃。

1.1.2 測試方法

用潔凈的120#溶劑汽油將軸承清洗干凈并吹干，向每套軸承中加入適量潤滑脂。選取軸承外圈外圓柱面圓周方向均布的3點，每點測量持續時間不小于1 s，測試完成后將軸承翻面再次測量。取被測軸承2面共6點測量值中的最大值為該軸承的振動值,取所有被測軸承振動值的算術平均值作為測試結果。參考JB/T 5314—1991《滾動軸承 振動(加速度)測量方法》。

1.2 抗水抗剪切測試

1.2.1 測試條件

采用滾筒試驗機進行試驗，轉速(165±15) r/min；試驗溫度80 ℃;滾動體質量(5 ± 0.05)kg，直徑 (60 ± 0.25) mm，長度 (176± 0.25) mm；滾筒直徑(90 ± 0.25) mm,長度 (180 ± 0.25) mm。

1.2.2 測試方法

將50 g潤滑脂均勻涂在滾筒內壁，加入50 mL水，把滾動體放入滾筒中，將密封的滾筒裝到試驗機上。開啟電源待溫度升至80 ℃，使試驗機以試驗轉速運轉24 h后停止。將滾筒中的水倒入量筒中計量剩余水量，測試潤滑脂1/4錐入度，并與測試前樣品的1/4錐入度進行對比。參考SH/T 0122—1992《潤滑脂滾筒安定性測定法》。

1.3 軸承防銹測試

1.3.1 測試條件

試樣采用4套(每組1套)7604 圓錐滾子軸承；加脂量2 g；試驗溫度52 ℃；試驗濕度為100%水蒸氣。

1.3.2 測試方法

1.4 漆銹測試

1.4.1 測試條件

試樣采用4套(每組1套)6201軸承；絕緣漆為環氧型清漆；試驗溫度52 ℃；濕度為100%水蒸氣。

1.4.2 測試方法

用潔凈的120#溶劑汽油將軸承清洗干凈并吹干，加注0.5 g潤滑脂，在S0910-Ⅲ軸承測試振動儀上運轉30 s，在軸承外表面涂上一薄層潤滑脂。在1 000 mL燒杯中放入2個100 mL的燒杯(分別放入50 mL蒸餾水和10 mL環氧型清漆)。將軸承懸掛在1 000 mL燒杯中，并用保鮮膜將其密封，在52 ℃烘箱中放置15 d后，觀察軸承銹蝕情況。

2 結果與討論

4種聚脲潤滑脂的常規理化指標見表1。

表1 潤滑脂的常規理化指標

2.1 噪聲測試結果

軸承噪聲測試結果見表2。由表可知，對于2種型號的深溝球軸承，4種潤滑脂均能滿足Z4組別的要求(6201軸承振動值不超過30 dB；6308軸承振動值不超過41 dB)。相比較而言，2#潤滑脂低噪聲性能最差， 3#和4#潤滑脂具有較好的噪聲性能，對于具有更高噪聲性能要求的軸承，可以選用3#和4#潤滑脂。

表2 噪聲測試結果

2.2 抗水抗剪切測試結果

抗水抗剪切測試結果見表3。

表3 抗水抗剪切測試結果

由表可知，1#和2#潤滑脂的抗水抗剪切性能較好，測試后錐入度變化率大且分水率低。說明潤滑脂稠度明顯降低，在使用過程中泄漏的可能性增大；大部分水進入潤滑脂，引起潤滑脂乳化，在使用過程中，乳化潤滑脂中的水分進入摩擦接觸區，導致滾動體和滾道摩擦磨損，并使軸承溫度升高，軸承提前失效。在軸承停止運轉過程中，乳化潤滑脂中水的極性較潤滑脂稠化劑和基礎油強，吸附到滾道表面發生電化學反應，引起軸承銹蝕，影響軸承正常使用。因此，在潮濕或與水接觸的工況下，應當選用抗水抗剪切性能好的潤滑脂。

2.3 軸承防銹測試結果

軸承防銹測試結果見表4，銹蝕圖片如圖1所示。

圖1 軸承銹蝕照片

由表4和圖1可知，用1#和2#潤滑脂測試后的軸承外圈內滾道沒有點狀或大面積銹跡，而用3#和4#潤滑脂測試后軸承內滾道均有銹蝕。因此，在潮濕或與水接觸的工況下，應當選用防銹性能好的潤滑脂。此外，若選用防銹性能差的潤滑脂，軸承在儲存過程中發生銹蝕的可能性也會增大。

表4 軸承防銹測試結果

2.4 軸承漆銹測試結果

軸承漆銹測試結果見表5，軸承漆銹如圖2所示。

表5 軸承漆銹測試結果

圖2 軸承漆銹照片

由表5和圖2可知，用4#潤滑脂的軸承銹蝕最嚴重，而用1#和2#潤滑脂的軸承沒有銹蝕。軸承安裝在涂有絕緣漆的電動機上，當絕緣漆烘烤溫度或時間不合格時，絕緣漆溶劑中的腐蝕性物質不能完全揮發，在潮濕的條件下，其與空氣中的水結合進入軸承，吸附于溝道或保持架表面，引起軸承銹蝕，從而引起電動機振動增大、溫度升高，直接影響電動機的使用效果，甚至會燒毀電動機[12-14]。因此，電動機軸承應當選用抗漆銹性能良好的潤滑脂。

2.5 小結

聚脲潤滑脂的低噪聲性能與很多因素有關，如稠化劑結構、基礎油黏度等，稠化劑結構主要通過影響潤滑脂的分油能力和流動性能，進而影響軸承的振動值。聚脲潤滑脂的抗水抗剪切性能、防銹性能和抗漆銹性能與稠化劑結構、添加劑和生產工藝有直接關系。

若稠化劑分子間結合力弱且交聯不緊密，形成的網狀結構對基礎油束縛能力差，在軸承運轉前期分油多，軸承振動值較低，但在受到外力作用時，稠化劑纖維易解體，導致潤滑脂稠度降低，容易引起流失；在與水或一些酸性腐蝕性物質接觸時，稠化劑中剩余的氫易與其結合，進入潤滑脂內，使潤滑脂乳化或變質，影響潤滑脂的潤滑和防護性能。反之，稠化劑分子間結合力強，三維網狀結構對基礎油束縛能力強，軸承運轉前期分油少，導致軸承振動值升高，受到外力作用時，稠化劑纖維不易解體，稠度變化小，潤滑脂不易流失，也不易吸收水或酸性物質引起潤滑脂乳化變質。

鑒于上述測試結果，應當根據實際使用工況選用合適的潤滑脂，不僅考慮潤滑脂的噪聲性能，還需要關注潤滑脂的其他性能。

3 結論

1)不同聚脲潤滑脂的噪聲性能、抗水抗剪切性能、軸承防銹性能和軸承抗漆銹性能差別很大。

2)軸承噪聲性能好的聚脲潤滑脂，抗水抗剪切性能、軸承防銹性能和軸承抗漆銹性能差。