低噪音滾動軸承潤滑脂的研制和在云服務器上的應用

俸 顥

(深圳市萬力克技術有限公司，廣東 深圳518000)

近年來，隨著科技進步、產業(yè)升級，精密滾動軸承的應用范圍不斷擴大，對降低軸承工作時的振動和噪音的要求越來越高。隨著軸承材料和生產加工技術的快速發(fā)展，由軸承自身因素產生的噪音已大大降低，而潤滑劑已成為影響軸承噪音的主要因素之一。目前，國內精密滾動軸承采用的低噪音潤滑脂多為國外品牌，少數幾款國產低噪音潤滑脂其降噪性及綜合性能又與國外同類產品有較大差距。因此，開發(fā)研制高性能低噪聲的滾動軸承潤滑脂，解決長期依賴進口的問題，具有重要的經濟價值和社會意義[1-2]。

云服務器(Elastic Compute Service，簡稱ECS)是一種簡單高效、安全可靠、處理能力可彈性伸縮的計算服務。其管理方式比物理服務器更簡單高效，用戶無需提前購買硬件，即可迅速創(chuàng)建或釋放任意多臺云服務器。云服務器能夠幫助用戶快速構建更穩(wěn)定、安全的應用，降低開發(fā)運維的難度和整體IT 成本，使用戶能夠更專注于核心業(yè)務的創(chuàng)新[3-4]。云服務器主機在運算時會產生大量的熱，需要散熱風扇充分散熱來維持主機長期穩(wěn)定運行;同時，隨著國家對安監(jiān)、環(huán)保重視的加強，對云服務器工作噪音的控制也有較高的要求。因此，迫切需要研制能為散熱風扇軸承提供長期穩(wěn)定潤滑、且運行噪音低的潤滑脂。

本文通過快速冷卻和超聲波粉碎攪拌方法，研制了一種高性能滾動軸承潤滑脂，該產品具有運行噪聲低、運行扭矩低的優(yōu)點，適合用于云服務器風扇的軸承。

1 樣品制備

1.1 主要原料和生產設備

原料：酯類基礎油、LiOH、12 羥基硬脂酸、添加劑。設備：反應釜、快速冷卻循環(huán)泵、超聲波發(fā)生器、均質機等。

1.2 調制工藝

按鋰基潤滑脂生產工藝[5]進行調配，并通過快速冷卻和超聲波粉碎攪拌方法[6-7]，改善潤滑脂的微觀結構。潤滑脂成皂時通過高速降溫，使得皂纖維初步細化。此過程中，成皂過程的冷卻梯度平均值設定為15℃/min。成皂后，再通過超聲波對皂纖維進一步優(yōu)化。超聲波粉碎采用JZ-24 型超聲波發(fā)生儀，功率1200W。裝潤滑脂的容器為直徑54mm，高125mm，壁厚1mm 的鋁合金圓筒，環(huán)境溫度85℃+/-1℃，超聲波作用時間為1200s。

將經快速冷卻和超聲波處理后所制得的潤滑脂命名為J01;作為對比，將未經過特殊處理制得的潤滑脂命名為J02。

測得潤滑脂J01、J02 的基本數據如表1。

表1 J01、J02 潤滑脂參數

2 潤滑脂潤滑性能和噪聲測試

將J01、J02 裝入軸承中進行運行扭矩和運行噪聲的測試，并與日本某靜音潤滑脂(編號MS)進行對比。

2.1 軸承運行扭矩對比

在安東帕MRC302 型流變儀上測試填充不同潤滑脂的滾動軸承的運行扭矩。測試軸承為NMB R-830ZZ 滾動軸承，將軸承去除本身所含潤滑脂后，加注測試潤滑脂，加脂量為0.015g+/-0.001g。設定試驗軸向壓力10N，轉速1200rpm，在-40℃、-20℃、0℃、20℃、40℃、60℃下分別運行1 小時后，測量10 分鐘內運行扭矩的平均值，結果如圖1。

圖1 不同溫度下軸承運行扭矩的對比

結果表明，使用經過快速冷卻及超聲波處理后的J01 潤滑脂的軸承，在各溫度段上的運行扭矩，均小于使用未特殊處理的J02 潤滑脂的軸承。且在20℃~60℃的服務器主要工作溫度段，使用J01 潤滑脂的軸承，其運行扭矩也小于使用日本MS 低噪音潤滑脂的軸承。說明J01潤滑脂對滾動軸承的潤滑效果較好。

2.2 運行噪聲對比測試

在S0910zh 中心型軸承振動測量儀上測試填充不同潤滑脂的滾動軸承的工作噪聲，測試軸承為LFK 6201 DDU DC09 滾動軸承，加脂量為0.5g+/-0.01g。測量運行10 分鐘、30 分鐘、60 分鐘、120 分鐘后，軸承在1 分鐘內運行噪聲的平均值，結果如圖2。

圖2 潤滑脂運行噪聲值的對比

結果表明，使用經過快速冷卻及超聲波處理后的J01 潤滑脂的軸承的工作噪聲小于未經特殊處理的J02潤滑脂，并小于日本MS 低噪音潤滑脂。

3 云服務器風扇實機測試

將J01 潤滑脂與日本MS 潤滑脂在某型號云服務器主機的散熱風扇上進行了對比測試，風扇為FCN 牌DFB380012000T 型，采用兩個830 型滾珠軸承，額定工作電壓12V，額定工作電流3.14A，工作轉速為3480rpm。在測試中，統(tǒng)一使用全新的去除本身潤滑劑的NMB R-830ZZ 軸承。

3.1 風扇空載噪聲對比測試

將同一臺云服務器風扇固定在支架上，換上不同的軸承組。軸承組1、2、3、4，填充J01 潤滑脂潤滑，軸承組5、6、7、8，填充日本MS 潤滑脂潤滑，填充量為0.015g+/-0.001g。在環(huán)境溫度25℃下，加載電壓12V，運轉1 小時后，在距離風扇10cm、15cm、20cm、30cm、50cm 處，用HS5661A 型聲級計測量1 分鐘內的平均噪聲。測量各點的噪聲值，取4 組風扇的平均值，結果如圖3：

圖3 風扇空載運行噪聲值對比

結果表明，使用J01 潤滑脂的云服務器風扇的空載噪聲小于使用日本MS 低噪音潤滑脂的風扇。

3.2 風扇上機運轉噪聲對比測試

在同一臺云服務器風扇上換上不同的軸承組，軸承組1、2、3、4 采用J01 潤滑脂潤滑;軸承組5、6、7、8 采用日本MS 潤滑脂潤滑。在環(huán)境溫度25℃下，啟動服務器，加載模擬運算程序，使云服務器算力穩(wěn)定在最大值。分別在云服務器工作24 小時、48 小時、72 小時后，用HS5661A 型聲級計測量距風扇正中心15cm 處，1 分鐘內的平均噪聲，取4 組平均值，結果如圖4。

結果表明，使用J01 潤滑脂的風扇的運行時噪聲水平非常穩(wěn)定，且小于使用日本MS 低噪音潤滑脂的風扇。

4 云服務器實際使用情況

在某企業(yè)云服務器機房中，按機位順序間隔抽取了200 臺云服務器，將其風扇軸承換用了J01 潤滑脂，在12個月的工作周期中，與原裝風扇進行了對比，結果如表2。

表2 云服務器風扇噪聲及故障率對比

結果表明，使用J01 潤滑脂的風扇，在云服務器運行時，與原裝風扇相比，其平均噪聲降低了約6db，故障率降低了72%，從而有效改善了工作環(huán)境，降低了維護成本。

圖4 風扇上機運行噪聲值對比

5 結論

通過快速冷卻和超聲波粉碎處理，能有效增加潤滑脂在精密滾動軸承中的潤滑性能，并降低工作噪聲，適合在需要長期穩(wěn)定運轉，且要求工作噪聲低的精密滾動軸承中推廣應用。