润滑脂的质量对轴承噪声的影响

谭树范

（哈尔滨轴承集团公司 小型球轴承分厂，黑龙江 哈尔滨 150036）

1 前言

在办公自动化设备和家用电器等领域中，人们越来越追求使用环境的宁静，尤其是夜间需要开动的家电类产品。因此这些设备的制造厂商会不断要求提供低噪声和低振动的轴承。通常这些轴承大多数是小直径、两面带密封装置的一次性深沟球轴承，见图1 。几乎在所有的情况下，这类轴承都是采用注脂的润滑方式。以前通常只注重研究低噪声轴承的制造工艺，将噪声的来源归纳为轴承本身及其相邻零件的振动等因素，并归纳了噪声来源，见图2 ，但实际情况下，轴承的润滑脂，因成份以及应用的特殊性，也会在轴承的运转过程中，产生振动和声波发射。因此，在静音要求较高的环境中，还需要对润滑脂噪声做进一步探讨和研究。

图1 两面带密封和防尘结构的深沟球轴承

图2 滚动轴承噪声的可能来源

2 润滑脂的构成和润滑机理

2.1 润滑脂的构成

无论使用的润滑脂的种类、性能是什么样的，它基本上由三个主要成份构成，即：基础油、增稠剂和添加剂。

基础油是润滑脂中的液体组分，主要起润滑作用，含量最多，约占总质量的80%～90%，主要有矿物油和合成油两大类；

增稠剂主要用于改善和增加润滑脂的粘稠度，限制基础油的流动，相当于润滑脂的“骨架”，可以分成皂类和非皂类两种，约占总质量的5%～15%；

各种不同的功能添加剂，是为改善润滑脂某方面的使用性能而添加的少量物质，如抗氧化剂、抗腐蚀剂等，约占总质量的5%。

2.2 润滑机理

轴承转动时，润滑脂在滚动体和滚道相对运动（假设：纯滚动）的作用下产生急剧的塑性变形，被带入滚动体和滚道的接触区域并将两者隔离开来，同时，基础油从增稠剂的构架中游离出来形成动压润滑。

3 脂润滑的噪声特性

3.1 润滑脂产生噪声的机理

由于润滑脂增稠剂和所含添加剂颗粒的作用，导致了相对作高速运动的滚动体和滚道间的平衡状态的不稳定性，特别是点接触球轴承最为明显，这是因为：钢球和沟道的接触面积极小（在理论上不受外力情况下视为点接触），钢球在沿着与沟道接触的轨迹上公转的同时又会产生微观的轴向移动，即振动，由振动产生噪声，见图3 。

图3 深沟球轴承钢球与沟道接触点的轨迹示意图

如果在轴承生产过程中，由于零配件的清洁度问题或润滑脂中含有其它的杂质，轴承的噪声更加明显。

3.2 润滑脂中细小颗粒对噪声的影响

在润滑脂的制造、储运和使用过程中，环境不可能是绝对纯净的，可能存在一些细小颗粒，这些颗粒的来源见表1 。由于轴承滚动体与滚道间的油膜厚度只有亚微米水平，而多数杂质颗粒尺寸都是微米和超微米级，所以，存在于润滑脂中的任何颗粒物质都可能是油脂噪声的来源。常见的问题是油脂中的某些成份，如添加剂，在静置一定的时限后会再结晶，形成固体颗粒。

表1 滚动轴承润滑脂细小颗粒的可能来源

3.3 注脂前轴承的清洁度对噪声的影响

轴承的零配件在加工后，表面会粘附和残留多种杂质颗粒，主要有：破碎的磨料、细微的材料切屑、空气中的尘埃以及不洁清洗剂带来的杂质等。如果此时注入润滑脂，就等同于注入被污染的脂一样。所以，注脂前的清洁工作绝对不可以忽视，润滑脂不具备清洗作用。

另外，润滑脂的储存时间和注脂后的轴承存放时间对噪声也有明显影响。

3.4 噪声的测试

以一组6204轴承为样本，共20套，测试设备：BVT-5；测试方法：振动值（加速度），旋转30s取值，以基础脂（未注脂）、普通脂、高级脂及污染脂分别进行试验。

测试程序：

（1）取样→清洗、吹干→测振（未注脂）、记录；

（2）取样→清洗、吹干→测振（普通脂）、记录；

（3）取样→清洗、吹干→测振（高级脂）、记录；

（4）取样→清洗、吹干→测振（污染脂）、记录。

测试结果见图4 ，图中：曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别代表使用高级脂、普通脂、未注脂以及使用被污染的润滑脂四种情况下的噪声测试结果。

4 应对措施

4.1 注脂前的清洁

图4 使用不同质量润滑脂噪声值

由于润滑脂不具有清洗作用，污染物颗粒会始终存在于轴承内部，所以，在轴承进行装配之前，应该对内外圈、保持架和钢球分别进行清洗，以除去残留在零配件表面的污染物；由于轴承在装配过程中不可避免的要受到来自于操作者、工位器具的二次污染，所以，在铆合保持架的前后还应分别清洗一次。

4.2 润滑脂的选择

选择合适的润滑脂是一项复杂的工作，除了一些必要的定量计算之外（如油膜润滑参数），还应综合考虑以下多方面因素。

4.2.1 润滑脂的适用范围

最常用的润滑脂有：钙基脂，钠基脂，锂基脂。一些固体添加剂，如二硫化钼或石墨也可以加入到润滑脂中，用来提高其边界润滑性能。

钙基润滑脂不溶于水并且有较好的化学稳定性，可以用在100℃的高温下。

钠基润滑脂不能接触水，故不能用于潮湿的轴承中，但是这种产品刚性较好，可以用于齿轮之类的啮合传动润滑。

通用锂基润滑脂应用最广泛，它具有很好的极压性而且使用温度范围宽，适用于-20℃～120℃宽温度范围内的各种机械设备的滚动和滑动轴承以及奇特摩擦部位的润滑，是一种长寿命通用润滑脂。

4.2.2 运转性能的要求

使用脂润滑的低噪音轴承，当要求摩擦特别小时，应选用合成基础油、相似粘度低且锥入度较大的润滑脂。必要时应选用经过滤的高纯度润滑脂，以减小轴承噪音。

4.2.3 环境条件

在没有再润滑补脂装置的轴承应用中，所用润滑脂的寿命应和轴承的疲劳寿命一致。

4.2.4 润滑脂的充填量

填充量应为轴承空间容积的30%～60%，旋转速度高时，为降低温升噪音而应选择填充量下限。

4.2.5 相溶性的要求

原则上不同牌号的润滑脂不得混用。

5 结束语

为了满足滚动轴承的静声运转要求，在满足生产过程清洁的前提下，需要采用高纯度、低噪声的专用润滑脂。对于所采购的各类润滑脂，在使用前应该用轴承噪声（振动）测量仪进行评估和分类。