滚动轴承润滑脂的寿命和润滑性研究

滚动轴承润滑脂的寿命和润滑性研究

[俄] A V Novikov等

在滚动摩擦条件下很难从技术上测定润滑脂寿命。各种组件的长寿命要求不断提高，而包含摩擦部件的组件的性能在很大程度上取决于所用润滑脂的特性和品质。目前,寿命试验费时费力且投入不菲。关于非公开发布的新润滑脂寿命信息非常有限。

通常在四球试验机上测定润滑脂的承载能力、极限承载能力、抗磨损性和极压特性,但该试验机不适用于寿命试验。K.L.Johnson于1958年提出了测定润滑脂寿命的方法，试验在螺旋摩擦计上进行。在滚动体滚动和滑动自旋的区域,润滑脂发生降解。开展了一些工作,根据滚子-平面试验方案来测定润滑脂寿命。

本文的目的是测定在滚动摩擦作用下润滑脂的寿命和润滑性。

1 材料和试验过程

对4种润滑脂进行了试验,其组成和主要特征见表1。

对于润滑脂寿命试验,已开发了试验台,其工作基于测定预涂润滑剂的轴承的摩擦因数,如图1所示。下圈涂抹润滑脂(20～26 mg)的试验轴承安装在旋转基座上,旋转基座由机电驱动装置驱动。

表1 试验润滑脂的主要特征

注:a.根据生产厂家的数据;b.长期工作。

图1 润滑脂寿命试验工作台

轴承阻力矩由称重传感器测量。轴承轴向力Fb使用气缸和连杆系统产生。将动力从操纵杆传输至试验轴承的轴在上部有一套推力轴承,与轴承上圈芯轴有旋转接头,该芯轴由销钉固定。因此,安装在轴上的称重传感器可高精度地测量阻力矩。

采用美国国家仪器公司的myDAQ系列设备进行数据采集。试验报告在LabVIEW 2017图形化编程环境中生成。试验数据采用 DIAdem 2017 软件进行处理。

试验采用来自ISB(意大利)的内径为 20 mm 的8104推力轴承(根据 GOST 7872-89)。在组装过程中,将预定量的润滑脂(20～26 mg)涂抹在轴承下圈。采用精度为±0.1 mg的分析天平(Ohaus Adventure)测定润滑脂质量。材料取自使用过的52100轴承。

轴承滚动阻力矩T_r根据在平衡条件下作用在轴承轴线上的力矩计算得出,即

T_r= Fl,

(1)

式中:F为作用在称重传感器上的力;l为称重传感器安装台到轴承轴线的距离。

润滑脂的润滑性通过摩擦因数进行评定,摩擦因数为

(2)

式中:F_b为作用在轴承上的轴向力;r_fr为摩擦半径(沟道半径)。完成试验的条件是摩擦因数稳态值的3倍。

为了估算寿命,采用R代表润滑脂相对寿命,如(3)式所示,即摩擦因数增加前的转数n(对应的时间T如图2所示)与涂抹在轴承下圈的润滑脂质量M之比。

(3)

n=ωT,

式中:ω为轴承转速;T为润滑脂工作时间。

试验条件为:

·轴承转速50 r/min;

·轴承轴向力2 800 N;

·接触应力1.32 GPa;

·环境温度22 ℃。

2 结果和讨论

通过试验研究了在环境温度条件下润滑脂的相对寿命和润滑性。每种润滑脂的试验结果如图2所示。

图2 试样的摩擦因数

由图2可知,与其他试样相比,2#(AMETHYST)和4#(EMERALD)润滑脂试样的摩擦因数较大,而且摩擦因数Af的幅值也相对较大。与其他试样(表1)相比,摩擦因数大的试样具有高黏度且基础油均为全氟聚醚。值得注意的是,含金属包覆添加剂的4#试样(EMERALD)的摩擦因数在所研究的润滑脂中最大。

作为试验结果,采用所提出的方法得到了每种润滑脂的相对寿命和摩擦因数平均值。相对寿命和摩擦因数平均值的置信区间(每种润滑脂的样本量n=3)如图 3和图4所示。

图3 润滑脂的相对寿命

1^#(VNII NP-274)和3^#(NIKA)润滑脂试样的相对寿命和摩擦因数最佳。此外,1^#试样不仅具有良好的摩擦因数和寿命指标,而且具有相对稳定的低摩擦因数幅值,如图 2—图4所示,这可能是由于润滑剂的组成(基础油是液态的聚硅氧烷(HS-2-1VV液体))以及黏度最低(表1),与其他试样不同。

图4 根据试验结果得出的轴承摩擦因数

3 结论

1)开发的试验台可评估在常温条件下工作的润滑脂的相对寿命和摩擦因数。试验结果具有可重复性。

2)1^#(VNII NP-274)和3^#(NIKA)润滑脂试样的相对寿命和摩擦因数最佳。

3)在所研究的润滑脂中,4^#试样 (EMERALD)的工作温度范围较大且成分中含金属包覆添加剂,其具有最短的相对寿命和高的摩擦因数。