轻载荷条件下润滑脂对轴承寿命影响因素探讨

轻载荷条件下润滑脂对轴承寿命影响因素探讨

李青松

河南省南阳市乐凯华光印刷科技有限公司河南南阳473000

摘要：润滑脂基础油的种类、黏度以及合理选择抗氧剂和极压剂的组合，能有效降低轴承振动、控制温升，进而延长润滑脂的轴承寿命。轻载荷条件下润滑脂在滚动轴承中的最大使用寿命与润滑脂的组成密切相关，润滑脂的抗氧化性能是影响润滑脂轴承寿命的最主要因素；抗氧剂的添加量与润滑脂轴承寿命呈线性关系，并随着抗氧剂添加量的增加润滑脂轴承寿命延长，但测试温度升高时由于氧化反应速率常数的增大使得润滑脂轴承寿命随抗氧剂添加量增大而增加的趋势下降。

关键词：润滑脂；滚动轴承；寿命

1前言

滚动轴承是机械工业最基础的零部件之一，其性能对设备的可靠性有重要的影响，使用寿命是滚动轴承综合性能的体现。随着对滚动轴承寿命研究的深入，人们对轴承寿命的研究方向分为精度寿命、磨损寿命、振动寿命、噪声寿命、疲劳寿命。润滑剂作为分离滚动体与套圈的润滑媒介对轴承的寿命有着重要的影响。据估计，80%以上滚动轴承是采用润滑脂润滑的，润滑脂在滚动轴承中的最大使用寿命（简称润滑脂轴承寿命）是评价润滑脂使用寿命的重要指标之一，该性能的优劣直接关系到轴承的运行性能和运转寿命。

对于滚动轴承的疲劳寿命而言，载荷是最主要的影响因素，而对于润滑脂这种有机类混合物，温度是影响其使用寿命的最主要因素。润滑脂工作环境温度越高，润滑脂被氧化的速率越快，温度每升高10度，润滑脂氧化速率增加2倍；同时润滑脂的分油和蒸发损失也显著增加，从而显著降低润滑脂的使用寿命。

2实验

2.1润滑脂样品的制备选择不同种类的基础油及稠化剂组合制备15个润滑脂样品，结果见表1。为了方便润滑脂轴承寿命数据的对比分析，进行对比的润滑脂样品工作锥入度值均控制在相近的水平。表1中锂皂均为十二羟基硬脂酸锂皂，且所有锂基脂样品的制脂工艺相同，在80℃时将氢氧化锂水溶液加入预先溶有十二羟基硬脂酸的基础油中进行反应，在100～120℃反应2h后升温至210℃进行急冷、加剂，最后采用三辊研磨机研磨分散后制成样品。聚脲类润滑脂样品的制备工艺同上，有机胺和MDI在基础油中进行反应，随后升至最高炼制温度并冷却、加剂，最后采用三辊研磨机研磨分散后制成试验样品。

2.2试验及检测方法

润滑脂轴承寿命测试采用ASTMD3336标准方法，测试轴承型号为6204，采用防尘盖密封；测试转速为（10000±200）ｒ/min。试验周期：在测试温度不大于149℃时运转21.5h停2.5h，停止期间停止加热；在温度高于149℃时运转20ｈ停4ｈ，停止期间停止加热（确保测试轴承自停止运转至再次启动期间有足够的时间使轴承的温度降至室温）。。每个润滑脂样品进行５次平行寿命测试，并采用韦布尔分布方法得到润滑脂轴承寿命（L10）。

3结果与讨论

3.1不同类型润滑脂的轴承寿命测试

对制成的15个润滑脂样品进行轴承寿命测试，所得到的润滑脂轴承寿命见表2。其中聚脲类样品因其耐温性能优良，在温度较低时寿命过长，故将其测试温度定为180℃，而其它润滑脂样品的测试温度为125℃。为了对比不同类型稠化剂对润滑脂轴承寿命的影响，对聚脲类样品s－10测试125℃和180℃下的轴承寿命。

3.2稠化剂类型对润滑脂寿命的影响

从表1和表2可以看出：S－1，S-10，S－14，S-15分别采用十二羟基硬脂酸锂皂、二聚脲、复合锂皂、复合铝皂作为稠化剂，而基础油均采用HV1500矿物基础油，无任何添加剂，4个润滑脂样品的L1O（125℃）分别为120.6，1342.0，135.2，103.6h；在没有任何添加剂的情况下，S－14和S－15两个以复合皂为稠化剂的润滑脂样品的Ｌ10并没有比以十二羟基硬脂酸锂皂为稠化剂的锂基脂表现更好。可以通过采用红外光谱的方法实测对比聚脲润滑脂和锂基润滑脂在轴承内的氧化过程发现，聚脲润滑脂出现氧化产物的时间远远长于锂基润滑脂。因此，在相同的条件下（包括基础油、添加剂以及工况条件）聚脲润滑脂的轴承寿命远远长于锂基脂、复合锂基脂和复合铝基脂。

3.3基础油对润滑脂寿命的影响

对于密封轴承而言其所用的润滑脂稠度牌号绝大部分在NLGI2～3号，基础油约占润滑脂质量的75%～92%。基础油的性能直接影响润滑脂的使用性能。从表1和表2可以看出，润滑脂样品Ｓ－5，Ｓ－6，Ｓ－7，Ｓ－8的稠化剂均为十二羟基硬脂酸锂皂且使用了同类基础油聚α-烯烃，4个润滑脂样品的40℃运动黏度分别为19，31，48，66mm2/s，Ｌ10（125℃）分别为55.8，380.0，206.9，195.3h；运动黏度为19mm2/s的s－5样品的L10（125℃）最低，S-6样品的L10（125℃）最高。

基础油的运动黏度与构成基础油的分子空间结构以及大小有关。聚α－烯烃是以直链α－烯烃以两部反应生成，第一步由直链α－烯烃在催化剂作用下齐聚生成不同聚合度的聚合物，第二步对不饱和聚合物进行加氢除去不饱和键得到聚α－烯烃合成油。聚α－烯烃合成油的运动黏度与聚合度相关，也就是说与分子大小相关。空间结构相同时相对分子质量越小，基础油的运动黏度越小，同时相对分子质量越小，基础油在高温下的蒸发损失越大。一方面，基础油运动黏度较小的S－5样品高温下挥发性较大；另一方面，在润滑脂轴承寿命测试条件下，经计算润滑脂在工作温度下的最小基础油运动黏度应为7.77mm２/s，而s-5样品的基础油在100℃时的运动黏度仅为4.1mm２/s，无法形成充分的油膜厚度也是S－5样品润滑脂轴承寿命明显较低的原因。相同类型的分子结构条件下，聚合度越高、相对分子质量越大的分子结构中出现不规整结构的可能性越大，这将影响基础油本身的抗氧化性能进而影响润滑脂的轴承寿命。

3.4抗氧剂对润滑脂寿命的影响

抗氧剂添加量对锂基润滑脂轴承寿命的影响，矿物油锂基润滑脂在125℃下的轴承寿命随着抗氧剂添加量的增大而增加，并呈线性关系。矿物油聚脲润滑脂在180℃下的轴承寿命同样随着抗氧剂添加量的增大而增加，并呈线性关系。通过锂基润滑脂和聚脲润滑脂两类样品的润滑脂轴承寿命对比发现，抗氧剂的添加量与润滑脂轴承寿命大致呈线性关系。对比发现，两个线性回归方程的斜率差异较大，主要受稠化剂种类以及寿命测试温度不同的影响。

综上所述，在轻载荷条件下润滑脂的轴承寿命受到润滑脂配方组成的影响。聚脲类稠化剂在轴承寿命方面表现突出，主要由于其分子结构与胺类抗氧化剂类似。基础油种类对润滑脂轴承寿命具有显著的影响，耐温性能优良的合成油制成的润滑脂轴承寿命更长，这主要与基础油的分子结构有关。抗氧剂的添加量与润滑脂轴承寿命大致呈线性关系，随着抗氧剂添加量的增加润滑脂轴承寿命延长。

4结论

轻载荷条件下润滑脂的轴承寿命与润滑脂的组成密切相关，润滑脂的抗氧化性能是影响润滑脂轴承寿命的最主要因素。而润滑脂的抗氧化性能受到各种组分的影响，包括稠化剂、基础油以及添加剂。具有抗氧化功能的稠化剂以及耐热性能优良的基础油对润滑脂轴承寿命的提升至关重要。基于对锂基润滑脂和聚脲润滑脂的研究，抗氧剂的添加量与润滑脂轴承寿命呈线性关系，随着抗氧剂添加量的增加润滑脂轴承寿命延长。当测试温度升高时由于氧化反应速率常数的增大使得润滑脂轴承寿命随抗氧剂添加量增大而增加的趋势下降。

参考文献

[1]李兴林．滚动轴承寿命性能试验技术现状及发展［c］.第八届全国摩擦学大会论文集·广州：中国机械工程学会摩擦学分会，2007：411－415

[2]王庆日，李元鸿，赵丽，等．复合锂基润滑脂轴承寿命影响因素探讨［Ｊ］．石油学报（石油加工），2011，27（S1）：11－15