汽車轉向系統用四點接觸球軸承潤滑脂選用分析及測評

趙坤，蘇達士

(慈興集團有限公司 技術中心，浙江 寧波 315301)

四點接觸球軸承(QJ型)可以承受2個方向的軸向載荷，應用于汽車轉向系統上，具有結構緊湊、密封性好、低噪聲、低摩擦力矩及寬溫度范圍等技術質量要求[1]。近期，以往采用的四點接觸球軸承潤滑脂不能滿足客戶更嚴格的要求。為此，現開發一種新型潤滑脂，并進行摩擦力矩與振動對比試驗。

1 新型潤滑脂的開發

1.1 軸承工況要求

汽車轉向系統軸承QJ208的工況及技術要求為：

1)軸承轉速不超過200 r/min，工作溫度范圍為-40～100 ℃；

2)密封性能好、結構緊湊、低噪聲、低摩擦力矩。

經工況分析及以往試驗得知，軸承承受的軸向載荷小(約50 N)，徑向載荷大(約500 N)，因此鋼球與溝道的接觸狀態為四點接觸,而不是正常的兩點接觸，鋼球易產生滑動，導致摩擦力矩增大。

1.2 潤滑脂要求與分析

1.2.1 降低振動與噪聲

潤滑脂噪聲性能在很大程度上直接影響軸承的振動與噪聲，采用合適的基礎油，并對潤滑脂的清潔度、黏度和皂纖維長度等進行控制，有利于降低潤滑脂噪聲[2-3]。

1.2.2 油脂性能分析

鈣基潤滑脂是將計量的脂肪酸、石灰乳與基礎油進行混合，加水皂化，皂化完成后用基礎油進行稀釋，然后進行升溫脫水→水化→加入基礎油稠化等工藝。鈣基潤滑脂的滴點低，使用溫度一般不超過100 ℃，不能滿足現代汽車輪轂軸承潤滑脂的高溫性能。

鋰皂潤滑脂的工藝過程對其潤滑脂性能有較大影響，是目前采用比較廣泛的輪轂軸承潤滑脂。與鋰皂潤滑脂相比，復合鋰皂潤滑脂加入了二元酸或者硼酸等物質，并且增加了高溫復合工藝等，因此具有更好的高低溫性能、機械安定性、膠體安定性以及極壓抗磨性等性能，更適于現代汽車軸承的潤滑。

聚脲潤滑脂是一類新型潤滑脂，主要有二聚脲與四聚脲型，聚脲潤滑脂也具備良好的高溫性能以及低噪聲性能，同樣適合輪轂軸承潤滑。但是由于生產過程中會產生有毒氣體，要求的生產環境與安全規范較為苛刻，所以國內相關研究報道較少[4]。

綜上所述，采用復合鋰皂作為稠化劑來開發新型潤滑脂D068。

1.3 潤滑脂技術參數

新型潤滑脂D068、同一供應商開發的潤滑脂D232以及另一供應商開發的潤滑脂XX42的部分技術參數見表1。

表1 不同潤滑脂的技術參數對比

2 試驗條件及方法

為了對比3種潤滑脂在模擬軸承工作條件(鋼球滾動伴隨滑動)下的摩擦力矩和振動水平，進行如下試驗：

1)使用自制的軸承摩擦力矩試驗機測試軸承摩擦力矩，其原理簡圖如圖1所示。試驗條件：軸承QJ208，注脂量0.6 g；軸向力50 N，徑向力500 N；內圈轉速450 r/min；溫度為室溫(20 ℃，下同)；試驗時間10 min。

圖1 摩擦力矩試驗原理圖

將2套待測試軸承均裝入相同的潤滑脂，加載軸向力與徑向力，驅動軸承旋轉，測出扭矩數據后取平均值，即為該種潤滑脂的摩擦力矩。

2)使用自制的軸承低溫摩擦力矩試驗機，測試低溫(-40 ℃)、1 r/min轉速下的軸承摩擦力矩，其原理簡圖如圖2所示。試驗條件：軸承QJ208，注脂量0.6 g，采用低溫空氣浴制冷。按照SH/T 0338—1992《滾珠軸承潤滑脂低溫轉矩測定法》進行試驗。

1—指針型彈簧稱；2—線；3—低溫空氣浴；4—減速機；5—電動機；6—試驗夾；7—被試軸承

3)使用BVT-1A型國產軸承振動測試儀進行軸承振動試驗。試驗條件：軸承轉速1 800 r/min；軸向載荷150 N。逐一測試裝填3種潤滑脂的軸承在低、中、高頻帶的振動速度，每種潤滑脂裝填10套軸承，結果取平均值。

3 試驗結果

3.1 摩擦力矩

3種潤滑脂常溫和低溫下的摩擦力矩如圖3所示。由圖可知，常溫(20 ℃)和低溫下，裝入潤滑脂D068的軸承摩擦力矩均最小，最小值分別為0.016，0.031 N·m。

圖3 3種潤滑脂摩擦力矩試驗結果

3.2 振動

裝填3種潤滑脂的軸承在常溫下的振動速度值見表2。由表可知，填充D068潤滑脂的軸承平均振動速度值最小，低、中、高頻帶的振動速度有效值分別為39.0，30.4，53.8 μm/s。

表2 填充3種潤滑脂的軸承振動速度值

4 結論

經對比試驗證明，新開發的汽車轉向系統四點接觸球軸承潤滑脂D068具有更低的常溫、低溫摩擦力矩及振動噪聲。已生產采用D068潤滑脂的QJ208軸承40余萬套，經使用證明，其摩擦力矩、振動噪聲等性能指標均有明顯提升，能夠滿足客戶要求。