王庆日，赵丽，高宇航，高鹰，邹存丰

(辽宁海华科技股份有限公司，辽宁 鞍山 114229)

随着人们生活质量的提高，办公设备、家电、机械设备、车辆等运转和传动系统中使用的微型或中小型深沟球轴承或角接触球轴承对振动噪声的要求越来越高。影响滚动轴承噪声的因素，除轴承自身(结构设计、材料、加工技术等)外，还有使用的润滑脂[1]，长期的理论研究和试验表明润滑脂对精密轴承的噪声特性有较大的，甚至是决定性的影响。

从润滑脂组成的角度分析，影响精密轴承噪声的主要因素有：润滑脂的基础油黏度及种类、稠化剂类型及纤维结构(主要取决于制脂工艺和原材料)、生产过程、杂质及添加剂等[2-3]。本文重点介绍具有不同稠化剂纤维结构的锂皂润滑脂对精密轴承噪声特性的影响。

1 轴承噪声测试

将试样分别注入轴承中，按照GB/T 32333—2015《滚动轴承 振动(加速度)测量方法及技术条件》采用S0910-Ⅲ型测振仪进行测试，时间为64 s，每秒记录一次噪声值，测试启动和运转过程中试样的噪声。

SKF开发的润滑脂噪声测试仪器BeQuiet Plus是BeQuiet的升级版，采用的轴承型号为608，测试结果分为GN0，GN1，GN2，GN3和GN4这5个等级，分别对应润滑脂重度污染、污染、嘈杂、洁净和超洁净[4]，每个噪声等级由BQ1(振动峰值不大于5 μm/s所占的百分比)、BQ2(振动峰值为5～10 μm/s所占的百分比)、BQ3(振动峰值为10～20 μm/s所占的百分比)、BQ4(振动峰值为20～40 μm/s所占的百分比)、BQX(振动峰值大于40 μm/s所占的百分比)组成。

MGG11是速度型轴承噪声测试仪器，测试时需要把待评定润滑脂装入选定标准608轴承中，根据轴承在中频带和高频带的振动特性评价润滑脂的启动噪声特性、运转噪声特性和噪声衰减能力。运转噪声特性和噪声衰减能力用于评价润滑脂的噪声等级(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ)；启动噪声特性共分为1，2，3，4级。以噪声等级/启动噪声特性表示润滑脂的噪声特性，如Ⅰ/1，Ⅱ/1等。

2 锂皂稠化剂对精密轴承噪声的影响

当轴承采用脂润滑时，计算润滑膜厚度通常依据润滑脂中基础油性能而不考虑稠化剂的作用。但文献[5]表明润滑脂与基础油相比，由于较弱的回填能力及流变性能使其润滑膜表现出较复杂的特性，所以润滑脂中的稠化剂在摩擦副表面起到重要的作用。文献[6]证实了润滑脂的润滑膜厚度大于其基础油。

为进一步证明锂皂稠化剂在精密轴承降噪过程中发挥的作用，将具有降噪特性的锂皂润滑脂的基础油A (矿物油、40 ℃运动黏度为80 mm2/s, 3 μm过滤)、润滑脂B(A基础油制备的锂皂润滑脂)、油脂混合物C(用B润滑脂将A基础油密封在轴承中形成油脂混合物)分别注入6201和6207轴承中进行噪声测试。S0910-Ⅲ型测振仪测试的试样噪声如图1所示。

由图1可知，在不同型号轴承中润滑脂对轴承的降噪效果及噪声的稳定性要优于基础油和油脂混合物，轴承尺寸越小，润滑脂与基础油的降噪差距越大，可以判断稠化剂对降低轴承噪声起到决定性的作用。锂皂润滑脂的稠化剂结构是研究低噪声润滑脂降噪效果的重点。

图1 3个试样在6201和6207轴承上的噪声测试结果

3 锂皂稠化剂纤维结构的影响因素

影响稠化剂纤维结构的主要因素有稠化剂的酸碱度以及降温过程中的冷却工艺。

3.1 稠化剂酸碱度

低噪声锂皂润滑脂的稠化剂主要为12-羟基硬脂酸和单水氢氧化锂，其酸碱度对稠化剂结构起至关重要的作用。传统的锂皂润滑脂均为弱碱性(单水氢氧化锂微过量)，在反应过程中稠化剂纤维对过量的单水氢氧化锂颗粒进行包裹[7]，形成较大的纤维颗粒，普通润滑脂中过量的单水氢氧化锂易于皂的形成，有利于反应的进行，但低噪声润滑脂中较大的稠化剂纤维可能会影响轴承的降噪效果，因此本文采用单水氢氧化锂过量和恰好完全反应2种情况制备润滑脂试样。

3.2 降温速度

冷却条件对锂皂润滑脂稠化剂纤维结构的影响非常明显，冷却条件不同，成品脂稠化剂纤维结构区别很大，即降温速度和方式决定了稠化剂纤维的长短和粗细。一般情况，快冷工艺条件下稠化剂纤维细小，润滑脂具有良好的胶体安定性能；慢冷工艺条件下稠化剂纤维结构较粗，润滑脂具有良好的机械安定性能。本试验通过控制冷却速度(水冷降温)制备了稠化剂纤维结构不同的试样，并测试在轴承中的噪声特性。

4 试样制备及噪声评价

4.1 试样制备

根据上节2个影响因素对锂皂润滑脂试样配方和工艺进行了设计，具体方案见表1，慢冷的速度为1.0 ℃/min;快冷的速度为1.5 ℃/min；阶梯式冷却的速度为1.5 ℃/min, 且每降低10 ℃后保温5 min。

表1 不同配方和工艺制备的锂皂润滑脂试样

将制备的4个试样经蒸馏法处理后用扫描电镜观察稠化剂的纤维结构，如图2所示。

图2 4个试样稠化剂的SEM图像

由图2可知：试样1(碱过量，慢冷)稠化剂纤维粗大，而且有大颗粒物质；试样2(慢冷)稠化剂纤维较粗，但与试样1相比，没有较大的颗粒物；试样3(快冷)稠化剂纤维细小，分布较均匀；试样4(阶梯式冷却)稠化剂纤维粗细和均匀分布程度介于试样2与试样3之间。

4.2 S0910加速度噪声测试

4个试样的加速度噪声测试结果如图3所示：试样3的启动噪声小，且噪声降速较快，稳定后噪声平稳；试样4与试样3稳定后噪声接近，但启动瞬间噪声降速有一定的差距；试样2次之；试样1的启动噪声、运转噪声及噪声稳定性均最差。

图3 4个试样的加速度噪声测试结果(6201)

4.3 SKF BeQuiet Plus速度型噪声测试

4个试样的噪声测试结果如图4所示：试样1测试结果为GN0，试样4(GN4)最好，试样2和试样3均是GN2；但从振动速度峰值统计结果显示试样3是由BQ1，BQ2，BQ3组成(BQ1的比例较高)，而试样2中只有BQ2 和BQ3；因此可以得出试样3的降噪特性优于试样2。

图4 4个试样噪声测试结果(BeQuiet Plus)

4.4 MGG11速度型噪声测试

试样2—试样4的 MGG11测试结果分别为Ⅱ/2，Ⅱ/1，Ⅱ/1，具体测试数据见表2—表4, 中频为300～1 800 Hz，高频为1 800～10 000 Hz。

表2 试样2的噪声测试结果(MGG11)

表3 试样3噪声测试结果(MGG11)

表4 试样4噪声测试结果(MGG11)

由表2—表4可知：试样2噪声评价为Ⅱ/2，低于试样3和试样4，主要表现在启动时中频阶段5套轴承的平均值超过2.00 μm/s；试样3与试样4的测试结果虽然相同，但在启动阶段试样4中、高频噪声特性明显优于试样3，并且在运转过程中有2套轴承被评为Ⅰ级，试样3中只有1套为Ⅰ级。

4.5 小结

4个试样的稠化剂纤维结构特点及不同类型测试设备噪声测试结果见表5。3种设备的测试结果一致：稠化剂纤维细小且分布均匀的润滑脂试样启动噪声低,降速快,降噪效果较好。

表5 4个试样的稠化剂纤维结构特点及不同类型测试设备噪声测试结果

5 结论

通过分析稠化剂纤维结构对锂皂润滑脂降噪性能的影响，得到以下结论：

1)润滑脂的降噪特性优于基础油，而且轴承尺寸越小，降噪效果越明显，认为稠化剂对降低精密轴承运转过程的噪声起到重要作用。

2)冷却速度影响稠化剂纤维的大小和均匀分布程度，碱过量易形成较大颗粒，对轴承噪声影响较大。

3)在S0910加速度噪声测试过程中发现稠化剂纤维结构越短，分布越均匀的润滑脂降噪效果越好(降速快，波形稳定)，反之较差；试样在BeQuiet Plus 和MGG11测试时发现，稠化剂纤维最细小的测试结果不是最好的，而采用阶梯式冷却方式制备的试样有良好的降噪性能，且两种设备测试的结果趋势一致。