姜程，蘇懷剛，王超，于泓淵，婁文靜

(1.中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730000；2.青島市資源化學(xué)與 新材料研究中心，山東青島 266100；3.青島中科潤(rùn)美潤(rùn)滑材料有限公司，山東青島 266100)

精密軸承特別是精密滾動(dòng)軸承，是精密設(shè)備與精密加工機(jī)械中起旋轉(zhuǎn)支撐作用的關(guān)鍵部件，其振動(dòng)或者噪聲性能直接決定著設(shè)備及機(jī)械的精度和壽命[1-2]。影響精密軸承振動(dòng)或噪聲的因素很多，主要有軸承材料、結(jié)構(gòu)、加工、裝配以及潤(rùn)滑劑等方面，隨著軸承制備與裝配技術(shù)的快速發(fā)展，潤(rùn)滑劑噪聲性能逐漸成為影響軸承振動(dòng)或噪聲的主要因素[3]。精密軸承中約有80%均采用潤(rùn)滑脂作為潤(rùn)滑劑進(jìn)行潤(rùn)滑，故潤(rùn)滑脂的噪聲特性成為軸承噪聲和振動(dòng)的關(guān)鍵影響因素[4]。

當(dāng)軸承采用潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑時(shí)，潤(rùn)滑脂可以在軸承滾動(dòng)體和滾道之間形成一層連續(xù)的油膜，有效降低軸承的振動(dòng)。軸承滾動(dòng)體和滾道之間的油膜厚度一般為亞微米水平，當(dāng)潤(rùn)滑脂中的固體顆粒尺寸大于油膜厚度并且從滾動(dòng)體和滾道之間通過(guò)時(shí)，軸承就會(huì)產(chǎn)生噪聲[5]。近年來(lái)對(duì)于潤(rùn)滑脂噪聲性能的研究主要集中于基礎(chǔ)油、稠化劑、添加劑、生產(chǎn)工藝和清潔度等方面[6-12]。大量研究表明，通過(guò)調(diào)控潤(rùn)滑脂的結(jié)構(gòu)和性能，提高潤(rùn)滑脂的清潔度可以有效提高潤(rùn)滑脂的噪聲性能[13-14]。

研究開(kāi)發(fā)低噪聲的精密軸承潤(rùn)滑脂需要建立有效的評(píng)價(jià)方法，目前關(guān)于潤(rùn)滑脂噪聲性能的評(píng)價(jià)設(shè)備及研究方法較少[15-16]。對(duì)于潤(rùn)滑脂噪聲性能的評(píng)定，目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有專門的設(shè)備，主要是利用S0910振動(dòng)加速度測(cè)定儀和BVT-1A振動(dòng)速度測(cè)定儀等分別對(duì)軸承和添加潤(rùn)滑脂后軸承振動(dòng)的有效值、峰值或波峰因素等進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而間接得出潤(rùn)滑脂的噪聲性能[17]。國(guó)外評(píng)定潤(rùn)滑脂噪聲的設(shè)備主要有FAG MGG11試驗(yàn)機(jī)和SKF BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)，均為速度型振動(dòng)傳感器，其中BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)應(yīng)用較多，日本的NSK公司、德國(guó)的克魯勃公司等均使用BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)對(duì)其產(chǎn)品的噪聲性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果以噪聲等級(jí)表示[18-19]。潤(rùn)滑脂噪聲測(cè)試沒(méi)有國(guó)際或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，目前評(píng)價(jià)潤(rùn)滑脂噪聲的方法有NB/SH/T 0854—2013《潤(rùn)滑脂對(duì)滾動(dòng)軸承振動(dòng)性能的影響測(cè)量方法》，主要是針對(duì)加速度型軸承振動(dòng)儀[20]。而針對(duì)速度型軸承振動(dòng)儀，目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有形成潤(rùn)滑脂噪聲評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)方法，多參照FAG或者SKF的企業(yè)內(nèi)部方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。

目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷售的低噪聲潤(rùn)滑脂主要為國(guó)外品牌，包括日本協(xié)同和德國(guó)克魯勃等，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品與國(guó)外同類產(chǎn)品相比性能差距大。國(guó)外主流低噪聲潤(rùn)滑脂生產(chǎn)企業(yè)常利用BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)對(duì)潤(rùn)滑脂的噪聲性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，但是BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)在國(guó)內(nèi)擁有量很少，利用BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)對(duì)潤(rùn)滑脂噪聲性能的評(píng)價(jià)并不為國(guó)內(nèi)軸承及潤(rùn)滑脂生產(chǎn)企業(yè)所熟悉，因此針對(duì)BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)開(kāi)展?jié)櫥肼曅阅茉u(píng)價(jià)方法的研究對(duì)精密軸承潤(rùn)滑脂的研發(fā)具有重要的意義。本文作者采用BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)，針對(duì)軸承運(yùn)行的不同階段設(shè)定不同程序，對(duì)精密軸承潤(rùn)滑脂噪聲性能進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，并與S0910-Ⅲ軸承振動(dòng)測(cè)定儀測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析比較。同時(shí)進(jìn)一步對(duì)精密軸承潤(rùn)滑脂的雜質(zhì)粒子和微觀形貌進(jìn)行了分析表征，對(duì)BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)部分

1.1 潤(rùn)滑脂

試驗(yàn)用精密軸承潤(rùn)滑脂包含2款實(shí)驗(yàn)室制備潤(rùn)滑脂(A和B)和4款市場(chǎng)主流的商品化精密軸承潤(rùn)滑脂(C、D、E和F)。主要性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 精密軸承潤(rùn)滑脂主要性能參數(shù)

1.2 試驗(yàn)儀器及條件

1.2.1 軸承潤(rùn)滑脂BeQuiet+噪聲測(cè)試

利用圖1所示的BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)(SKF)對(duì)精密軸承潤(rùn)滑脂噪聲進(jìn)行測(cè)定，試驗(yàn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)為轉(zhuǎn)速最大為1 800 r/min，載荷最大為60 N，振動(dòng)傳感器為速度型傳感器。將試驗(yàn)軸承安裝于傳動(dòng)軸上，調(diào)節(jié)振動(dòng)傳感器的位置，使傳感器剛剛接觸軸承外圈。將潤(rùn)滑脂填充到10 mL的取樣器中，并確保潤(rùn)滑脂之間不會(huì)產(chǎn)生大量氣泡。因此裝樣時(shí)首先將試樣放在光滑的瓷板上，用刮刀刮成2～3 mm的薄層，趕走氣泡；然后將取樣器帶沿的一端在瓷板上擠入試樣，一直到潤(rùn)滑脂的體積大于10 mL為止；將試樣刮平，裝上取樣器的活塞軸，推動(dòng)活塞擠走取樣器內(nèi)的空氣。

圖1 BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)Fig.1 BeQuiet+ tester

使用BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)軸承振動(dòng)模擬臺(tái)架進(jìn)行潤(rùn)滑脂噪聲測(cè)定試驗(yàn)時(shí)，將一個(gè)測(cè)試軸承608(德國(guó)FAG，要求振動(dòng)峰值小于5 μm/s)安裝于BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)主軸上，在室溫、軸向載荷30 N，轉(zhuǎn)速(1 800±30)r/min條件下，分別測(cè)定“干軸承”和“注脂軸承”的噪聲性能，通過(guò)軟件計(jì)算得出潤(rùn)滑脂噪聲數(shù)據(jù)。試驗(yàn)時(shí)，利用BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)設(shè)定3個(gè)程序測(cè)定潤(rùn)滑脂噪聲性能，分別為：利用Start-up程序測(cè)試軸承啟動(dòng)階段潤(rùn)滑脂的噪聲值；利用BeQuiet+程序，測(cè)定軸承運(yùn)行階段潤(rùn)滑脂的噪聲等級(jí)、中頻段和高頻段潤(rùn)滑脂的振動(dòng)值；利用BeQuiet+ Multibearing程序測(cè)定潤(rùn)滑脂的阻尼值。

1.2.2 軸承潤(rùn)滑脂S0910-Ⅲ噪聲測(cè)定

采用S0910-Ⅲ軸承振動(dòng)測(cè)定儀(寧波市北侖昂峰機(jī)械設(shè)備廠)對(duì)精密軸承潤(rùn)滑脂噪聲性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試軸承為608軸承，在軸承中填充潤(rùn)滑脂質(zhì)量為(0.155±0.01) g，使?jié)櫥植加谳S承兩側(cè)。測(cè)試條件為室溫、軸向載荷30 N、轉(zhuǎn)速(1 500±30) r/min。測(cè)試過(guò)程中，每個(gè)軸承分別選取軸承外圈外徑面圓周方向均布3點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，取3次結(jié)果平均值為該套軸承的測(cè)試結(jié)果。先測(cè)量未添加潤(rùn)滑脂時(shí)軸承的基礎(chǔ)噪聲值，然后測(cè)試填充潤(rùn)滑脂后軸承的噪聲值，兩者的差值為潤(rùn)滑脂的噪聲值(振動(dòng)值)。啟動(dòng)噪聲值取軸承運(yùn)轉(zhuǎn)1～10 s內(nèi)最大值，運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲值取軸承運(yùn)轉(zhuǎn)1～2 min并且讀數(shù)穩(wěn)定示值變化不超過(guò)1格時(shí)的值，峰值取軸承運(yùn)行2 min時(shí)間內(nèi)振動(dòng)值的最大值。每個(gè)樣品測(cè)試3套軸承，取3套軸承測(cè)試結(jié)果的平均值為潤(rùn)滑脂的噪聲值。

1.2.3 潤(rùn)滑脂雜質(zhì)粒子的測(cè)定

潤(rùn)滑脂中雜質(zhì)粒子按照標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0336—1994進(jìn)行測(cè)試，取少量潤(rùn)滑脂放在血球計(jì)數(shù)器板中間平面上，用玻璃蓋片壓緊，放置于顯微鏡載物臺(tái)上，在透射光下觀測(cè)面積為5 mm×5 mm試樣薄層中潤(rùn)滑脂每一級(jí)別粒子的數(shù)目，重復(fù)測(cè)量10次取平均值。

1.2.4 掃描電鏡(SEM)分析

取少量脂涂抹于銅網(wǎng)上，在正庚烷中浸泡24 h后取出晾干，噴金后使用JSM-7601F掃描電子顯微鏡(日本電子株式會(huì)社)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 基于BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)的潤(rùn)滑脂噪聲測(cè)定結(jié)果

根據(jù)軸承運(yùn)行過(guò)程中啟動(dòng)和運(yùn)行階段噪聲性能的不同，利用BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)分別設(shè)定了不同的程序條件測(cè)定精密軸承的啟動(dòng)噪聲、運(yùn)行階段潤(rùn)滑脂的噪聲等級(jí)、中頻段和高頻段潤(rùn)滑脂的振動(dòng)值、噪聲衰減能力。

2.1.1 啟動(dòng)噪聲

設(shè)置Start-up程序，設(shè)置軸承磨合時(shí)間為0，20次循環(huán)，測(cè)定時(shí)間0.96 s。啟動(dòng)測(cè)試程序，測(cè)試精密軸承潤(rùn)滑脂的振動(dòng)峰值。潤(rùn)滑脂在軸承啟動(dòng)階段不同時(shí)間點(diǎn)的振動(dòng)峰值見(jiàn)圖2?？梢?jiàn)啟動(dòng)階段潤(rùn)滑脂B噪聲性能最差，開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)潤(rùn)滑脂振動(dòng)峰值很大，可達(dá)85.18 μm/s；隨著軸承繼續(xù)運(yùn)行，振動(dòng)峰值有所降低，但是軸承0～11.52 s運(yùn)行時(shí)間內(nèi)振動(dòng)峰值波動(dòng)很大。對(duì)于潤(rùn)滑脂A，啟動(dòng)階段潤(rùn)滑脂振動(dòng)峰值較潤(rùn)滑脂B低，軸承在0～7.68 s運(yùn)行時(shí)間內(nèi)振動(dòng)峰值均有較大波動(dòng)但幅度較潤(rùn)滑脂B小。其余4款潤(rùn)滑脂C、D、E、F在軸承運(yùn)行0～0.96 s內(nèi)振動(dòng)峰值稍大，潤(rùn)滑脂C和D振動(dòng)峰值在軸承運(yùn)行0～7.68 s時(shí)有波動(dòng)，以后振動(dòng)峰值趨于穩(wěn)定，潤(rùn)滑脂E和F在0.96 s后振動(dòng)峰值基本穩(wěn)定，無(wú)明顯波動(dòng)。從6款潤(rùn)滑脂的啟動(dòng)噪聲值可以看出，潤(rùn)滑脂E和F的啟動(dòng)噪聲性能明顯優(yōu)于其他4款潤(rùn)滑脂，并且振動(dòng)峰值能夠在最短的時(shí)間內(nèi)趨于穩(wěn)定并且達(dá)到最低值。同時(shí)從圖2中可以看出，軸承啟動(dòng)階段潤(rùn)滑脂的振動(dòng)峰值有波動(dòng)，對(duì)于大部分潤(rùn)滑脂在軸承運(yùn)行7.68 s內(nèi)潤(rùn)滑脂振動(dòng)峰值基本趨于穩(wěn)定。

圖2 軸承潤(rùn)滑脂振動(dòng)峰值隨測(cè)試時(shí)間的變化Fig.2 The Variation of bearing grease vibration peak with test time

2.1.2 潤(rùn)滑脂噪聲等級(jí)

利用BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)對(duì)潤(rùn)滑脂進(jìn)行噪聲等級(jí)測(cè)試，是目前國(guó)外低噪聲潤(rùn)滑脂生產(chǎn)企業(yè)常采用的測(cè)試方法，遵循的是SKF的內(nèi)部方法。文中采用該方法，設(shè)定BeQuiet+程序?qū)?rùn)滑脂的噪聲等級(jí)進(jìn)行測(cè)試，軸承磨合時(shí)間設(shè)置為10.00 s，測(cè)定時(shí)間設(shè)定為3.20 s，吹掃時(shí)間為2.00 s，注脂時(shí)間為5.00 s，拉回時(shí)間為2.00 s。設(shè)為10次循環(huán)，注脂次數(shù)為10次。將測(cè)得的振動(dòng)峰值結(jié)果分別統(tǒng)計(jì)≤5 μm/s、≤10 μm/s、≤20 μm/s和≤40 μm/s的百分?jǐn)?shù)，潤(rùn)滑脂振動(dòng)峰值所占百分比與潤(rùn)滑脂噪聲等級(jí)之間的關(guān)系及劃分見(jiàn)表2?？芍S承潤(rùn)滑脂的噪聲等級(jí)分為GNX、GN0、GN1、GN2、GN3和GN4共6個(gè)等級(jí)，大體對(duì)應(yīng)潤(rùn)滑脂的潔凈度情況。GNX和GN0對(duì)應(yīng)潤(rùn)滑脂的重度污染(Very Dirty)，GN1、GN2、GN3和GN4分別對(duì)應(yīng)潤(rùn)滑脂的污染(Dirty)、吵雜(Noisy)、潔凈(Clean)和超潔凈(Quiet)。

表2 潤(rùn)滑脂振動(dòng)峰值與潤(rùn)滑脂噪聲等級(jí)之間的關(guān)系

利用BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)對(duì)潤(rùn)滑脂噪聲等級(jí)進(jìn)行測(cè)試，由于大部分潤(rùn)滑脂噪聲性能在軸承運(yùn)行7.68 s內(nèi)能夠趨于穩(wěn)定，故軸承磨合時(shí)間設(shè)置為10.00 s，主要測(cè)試軸承平穩(wěn)運(yùn)行階段潤(rùn)滑脂的噪聲性能。測(cè)試噪聲等級(jí)的時(shí)間為軸承啟動(dòng)運(yùn)行10 s后，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。潤(rùn)滑脂D、E和F噪聲等級(jí)為GN3，為6款測(cè)試潤(rùn)滑脂中噪聲等級(jí)最高的潤(rùn)滑脂，為靜音脂，說(shuō)明該款潤(rùn)滑脂在軸承運(yùn)行過(guò)程中有超過(guò)95%的振動(dòng)峰值V≤10 μm/s，超過(guò)98%的振動(dòng)峰值V≤20 μm/s，100%的振動(dòng)峰值V≤40 μm/s。潤(rùn)滑脂C噪聲等級(jí)為GN2，為低噪聲脂。潤(rùn)滑脂A和B噪聲性能最差為GNX。

圖3 不同潤(rùn)滑脂的噪聲等級(jí)Fig.3 Noise levels for different greases

但從上述分析結(jié)果可知，采用SKF的內(nèi)部方法，對(duì)于同一噪聲等級(jí)的潤(rùn)滑脂如D、E和F，僅從GN等級(jí)并不能對(duì)其噪聲性能進(jìn)行有效區(qū)分。為了進(jìn)一步對(duì)噪聲等級(jí)相同的潤(rùn)滑脂進(jìn)行區(qū)分，文中對(duì)潤(rùn)滑脂在中頻段、高頻段的振動(dòng)值進(jìn)行了分析。

振動(dòng)測(cè)量結(jié)果信號(hào)可分為低、中、高3個(gè)頻段，一般低頻段基本上只包含軸承本身的噪聲，因此，常用中、高頻段的振動(dòng)值來(lái)評(píng)估潤(rùn)滑脂的噪聲性能。對(duì)軸承平穩(wěn)運(yùn)行階段潤(rùn)滑脂在中頻段和高頻段的振動(dòng)值進(jìn)行了分析，如圖4所示。在中頻段潤(rùn)滑脂B的振動(dòng)值波動(dòng)很大，并且數(shù)值明顯高于其他5款潤(rùn)滑脂。潤(rùn)滑脂A的振動(dòng)值波動(dòng)明顯小于潤(rùn)滑脂B，但與其他4款潤(rùn)滑脂相比較，其振動(dòng)值較大且仍具有很大的波動(dòng)性。潤(rùn)滑脂C在中頻段的振動(dòng)值明顯低于潤(rùn)滑脂A和B，并且在整個(gè)測(cè)試時(shí)間段內(nèi)振動(dòng)值很平穩(wěn)，波動(dòng)很小。潤(rùn)滑脂D、E和F在中頻段振動(dòng)值相近，是6款潤(rùn)滑脂中最低的，并且無(wú)明顯波動(dòng)。從圖4可以看出，潤(rùn)滑脂在高頻段振動(dòng)值差異較中頻段明顯。因此潤(rùn)滑脂的差異對(duì)中頻段的影響較小，但是對(duì)高頻段的影響顯著，這與MARU等[21]的研究結(jié)果一致。根據(jù)振動(dòng)值的大小和波動(dòng)綜合排序，潤(rùn)滑脂E的噪聲性能最優(yōu)，然后依次為F、D、C、A、B。綜上所述，根據(jù)潤(rùn)滑脂等級(jí)，以及在中頻段和高頻段的振動(dòng)值，可以得出對(duì)于噪聲等級(jí)相同的D、E和F 3款潤(rùn)滑脂中，潤(rùn)滑脂E在平穩(wěn)運(yùn)行階段噪聲性能最優(yōu)。

2.1.3 阻尼性能

阻尼性能測(cè)試啟動(dòng) BeQuiet+Multibearing程序，軸承磨合時(shí)間設(shè)置為10.00 s，測(cè)定時(shí)間設(shè)定為3.20 s，吹掃時(shí)間為2.00 s，注脂時(shí)間為5.00 s，拉回時(shí)間為2.00 s。設(shè)為10次循環(huán)，注脂次數(shù)為2次，依次用5個(gè)測(cè)試軸承測(cè)試潤(rùn)滑脂的振動(dòng)峰值，計(jì)算出潤(rùn)滑脂在中頻段(300～1 800 Hz)的阻尼值Dm和高頻段(1 800～10 000 Hz)的阻尼值Dh，計(jì)算方法見(jiàn)公式(1)和(2)。

Dm=[(Vm0-Vm1)/Vm0]×100%

(1)

Dh=[(Vh0-Vh1)/Vh0]×100%

(2)

式中：Vm0為中頻段“干軸承”振動(dòng)峰值測(cè)量結(jié)果的平均值；Vm1為“注脂軸承”在中頻段振動(dòng)峰值測(cè)量結(jié)果的平均值；Vh0為高頻段“干軸承”振動(dòng)峰值測(cè)量結(jié)果的平均值；Vh1為“注脂軸承”在高頻段振動(dòng)峰值測(cè)量結(jié)果的平均值。單位均為μm/s。

在軸承運(yùn)行過(guò)程中，軸承的噪聲性能體現(xiàn)的是軸承本身噪聲性能以及潤(rùn)滑脂的噪聲性能的總和，僅利用一個(gè)軸承對(duì)潤(rùn)滑脂的噪聲性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果可能會(huì)受軸承本身噪聲性能的影響。為了排除軸承因素的影響，文中采用5個(gè)測(cè)試軸承對(duì)潤(rùn)滑脂在中頻段和高頻段的振動(dòng)峰值進(jìn)行了表征，最后通過(guò)公式計(jì)算出潤(rùn)滑脂的阻尼值[22]。潤(rùn)滑脂阻尼值與潤(rùn)滑脂類型、基礎(chǔ)油、稠化劑和生產(chǎn)工藝過(guò)程有關(guān)，阻尼值越大代表潤(rùn)滑脂在該頻段的噪聲衰減能力越強(qiáng)。利用BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同精密軸承潤(rùn)滑脂在中頻段和高頻段的阻尼值進(jìn)行了表征，具體測(cè)試結(jié)果如表3所示。在中頻段和高頻段，潤(rùn)滑脂阻尼值大小趨勢(shì)基本一致。6款潤(rùn)滑脂中，潤(rùn)滑脂E在中頻段和高頻段的阻尼值均最高，分別為-0.9%和1.7%，略高于潤(rùn)滑脂F(xiàn)，即潤(rùn)滑脂E對(duì)軸承噪聲的衰減能力最強(qiáng)，潤(rùn)滑脂F(xiàn)次之。潤(rùn)滑脂D在中頻段的阻尼值與潤(rùn)滑脂E和F相近，在高頻段阻尼值明顯小于潤(rùn)滑脂E和F，與圖4中潤(rùn)滑脂在高頻段振動(dòng)值的趨勢(shì)是一致的，而潤(rùn)滑脂D在中、高頻段的阻尼值均大于潤(rùn)滑脂C，因此潤(rùn)滑脂D對(duì)軸承噪聲的衰減能力低于潤(rùn)滑脂E和F，高于潤(rùn)滑脂C。所有潤(rùn)滑脂中，潤(rùn)滑脂B的阻尼值最小，表明其對(duì)軸承噪聲的衰減能力最弱，噪聲性能最差。通過(guò)上述數(shù)據(jù)比較可知，在中頻段和高頻段潤(rùn)滑脂的阻尼值與振動(dòng)值趨勢(shì)基本一致，具有良好的對(duì)應(yīng)性。

圖4 不同潤(rùn)滑脂在中頻段和高頻段的振動(dòng)值Fig.4 Vibration values of different greases in the medium frequency band(a)and high frequency band(b)

表3 潤(rùn)滑脂在中頻段和高頻段的阻尼值

2.2 基于S0910-Ⅲ試驗(yàn)機(jī)的潤(rùn)滑脂噪聲測(cè)定結(jié)果

用加速度型的S0910-Ⅲ軸承振動(dòng)測(cè)定儀測(cè)定精密軸承潤(rùn)滑脂的噪聲特性，測(cè)試結(jié)果如表4所示。潤(rùn)滑脂A的軸承啟動(dòng)振動(dòng)值為13 dB，運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)值為10 dB，測(cè)試過(guò)程中波形不穩(wěn)定，波動(dòng)很大，全程有異常聲。潤(rùn)滑脂B的啟動(dòng)振動(dòng)值為20 dB，運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)值為8 dB，測(cè)試過(guò)程中波形不穩(wěn)定，波動(dòng)很大，全程有異常聲。測(cè)試結(jié)果表明，潤(rùn)滑脂A和B噪聲性能明顯較差。潤(rùn)滑脂C、D、E和F啟動(dòng)振動(dòng)值和運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)值差異較小，噪聲性能較好；潤(rùn)滑脂E和F在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，波形穩(wěn)定，偶有異常聲，噪聲性能最優(yōu)。

表4 潤(rùn)滑脂噪聲值(S0910-Ⅲ軸承振動(dòng)儀法)

2.3 兩種評(píng)價(jià)方法比較

前文利用BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)對(duì)6種不同質(zhì)量等級(jí)的精密軸承潤(rùn)滑脂在軸承啟動(dòng)階段和平穩(wěn)運(yùn)行階段噪聲性能的評(píng)價(jià)表明，對(duì)于噪聲性能較好的潤(rùn)滑脂，振動(dòng)峰值在10 s內(nèi)基本趨于穩(wěn)定；對(duì)軸承平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)潤(rùn)滑脂的GN等級(jí)、在中頻段和高頻段的振動(dòng)值、阻尼值的評(píng)價(jià)表明，潤(rùn)滑脂在中、高頻段的振動(dòng)值和阻尼值對(duì)噪聲性能更具有區(qū)分性。同時(shí)利用S0910-Ⅲ軸承振動(dòng)測(cè)定儀對(duì)BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)法評(píng)價(jià)潤(rùn)滑脂噪聲性能進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，對(duì)于性能相差較大的潤(rùn)滑脂，2種方法評(píng)價(jià)的潤(rùn)滑脂噪聲性能整體趨勢(shì)一致。

BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)法著重評(píng)價(jià)的是整個(gè)運(yùn)行階段精密軸承潤(rùn)滑脂的噪聲性能以及運(yùn)行過(guò)程中噪聲性能的穩(wěn)定性。BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)能夠?qū)S承運(yùn)行過(guò)程中中頻段和高頻段的振動(dòng)值和阻尼值進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量和記錄，而S0910-Ⅲ軸承振動(dòng)測(cè)定儀需要結(jié)合模擬示波器和揚(yáng)聲器依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，操作因人而異不夠規(guī)范，故BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)法對(duì)潤(rùn)滑脂噪聲的評(píng)價(jià)方法更為準(zhǔn)確和合理。

2.4 潤(rùn)滑脂雜質(zhì)粒子

潤(rùn)滑脂中雜質(zhì)粒子的粒徑、含量和分布對(duì)潤(rùn)滑脂的噪聲性能均有重要影響[23]。用潤(rùn)滑脂對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑時(shí)，油膜厚度一般小于1 μm，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中當(dāng)潤(rùn)滑脂中大于油膜厚度的雜質(zhì)粒子進(jìn)入到軸承摩擦接觸區(qū)時(shí)會(huì)引起軸承的噪聲和振動(dòng)。文中按照檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0336—1994對(duì)不同潤(rùn)滑脂中的雜質(zhì)粒子進(jìn)行了表征，結(jié)果如表5所示。10～25 μm粒徑范圍內(nèi)，潤(rùn)滑脂B中雜質(zhì)粒子數(shù)量最多，880個(gè)/cm3，其次為潤(rùn)滑脂 A，雜質(zhì)粒子數(shù)量為720個(gè)/cm3，然后依次為潤(rùn)滑脂C、D、 E、F。雜質(zhì)粒子含量越多，潤(rùn)滑脂噪聲性能越差。雜質(zhì)粒子含量與BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)法評(píng)價(jià)的潤(rùn)滑脂噪聲性能趨勢(shì)具有一致性，進(jìn)一步驗(yàn)證了該精密軸承潤(rùn)滑脂噪聲評(píng)價(jià)方法的可行性。

表5 不同潤(rùn)滑脂中雜質(zhì)粒子數(shù)量

2.5 潤(rùn)滑脂微觀形貌

通過(guò)掃描電鏡對(duì)潤(rùn)滑脂的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，結(jié)果如圖5所示。潤(rùn)滑脂A和B的稠化劑為聚脲基，稠化劑為短小的纖維結(jié)構(gòu)。對(duì)于稠化劑纖維很短的潤(rùn)滑脂，在軸承中潤(rùn)滑時(shí)主要形成攪拌型潤(rùn)滑脂，起潤(rùn)滑作用的為潤(rùn)滑脂本身，但是潤(rùn)滑脂中的雜質(zhì)粒子更容易進(jìn)入到軸承摩擦接觸區(qū)引起軸承的振動(dòng)或噪聲。結(jié)合潤(rùn)滑脂中雜質(zhì)粒子數(shù)量，潤(rùn)滑脂A和B中含有大量的10～25 μm和大于25～75 μm的雜質(zhì)粒子，故潤(rùn)滑脂A和B的噪聲性能最差。潤(rùn)滑脂C的稠化劑為短小的片狀結(jié)構(gòu)，潤(rùn)滑脂D稠化劑為扁平的片狀結(jié)構(gòu)。潤(rùn)滑脂E為鋰基脂，稠化劑為纖維結(jié)構(gòu)且分布均勻，形成了互穿的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，故噪聲性能優(yōu)于前述4款潤(rùn)滑脂[24]。潤(rùn)滑脂F(xiàn)稠化劑結(jié)構(gòu)為細(xì)小的纖維狀結(jié)構(gòu)，交織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，軸承運(yùn)行時(shí)能夠形成溝槽型潤(rùn)滑脂，對(duì)軸承起潤(rùn)滑作用的主要是析出的基礎(chǔ)油，雜質(zhì)粒子進(jìn)入軸承摩擦接觸區(qū)的概率較小對(duì)軸承噪聲的影響較小，同時(shí)潤(rùn)滑脂中本身含有的雜質(zhì)粒子很少，故該款潤(rùn)滑脂對(duì)軸承也具有很好的降噪性能[13]。

圖5 潤(rùn)滑脂的微觀結(jié)構(gòu)：(a)A；(b)B；(c)C；(d)D；(e)E；(f)FFig.5 Microstructures of greases：(a) A；(b) B；(c) C；(d) D；(e) E；(f) F

3 結(jié)論

(1)選用6款不同的精密軸承潤(rùn)滑脂，采用BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)，利用建立的評(píng)價(jià)方法對(duì)潤(rùn)滑脂噪聲性能進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)法能夠快速準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)軸承不同運(yùn)行階段潤(rùn)滑脂的噪聲性能。

(2)將建立的BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)法與傳統(tǒng)的S0910-Ⅲ軸承振動(dòng)評(píng)價(jià)法進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明，對(duì)于潤(rùn)滑脂噪聲性能差別比較大的潤(rùn)滑脂，2種儀器測(cè)試結(jié)果趨勢(shì)基本一致，具有較好的對(duì)應(yīng)性；對(duì)于潤(rùn)滑脂噪聲性能相近的潤(rùn)滑脂，BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)更具有區(qū)分性，因此BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)法測(cè)試結(jié)果及數(shù)據(jù)處理方式較S0910-Ⅲ軸承振動(dòng)測(cè)定儀更為精密和全面。

(3)對(duì)潤(rùn)滑脂的雜質(zhì)粒子和微觀形貌進(jìn)行了分析，得出雜質(zhì)粒子含量低，纖維結(jié)構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且均勻的潤(rùn)滑脂具有較好的噪聲性能，進(jìn)一步驗(yàn)證了建立的BeQuiet+試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)方法的準(zhǔn)確性。