汽车转向系统用四点接触球轴承润滑脂选用分析及测评

赵坤，苏达士

(慈兴集团有限公司 技术中心，浙江 宁波 315301)

四点接触球轴承(QJ型)可以承受2个方向的轴向载荷，应用于汽车转向系统上，具有结构紧凑、密封性好、低噪声、低摩擦力矩及宽温度范围等技术质量要求[1]。近期，以往采用的四点接触球轴承润滑脂不能满足客户更严格的要求。为此，现开发一种新型润滑脂，并进行摩擦力矩与振动对比试验。

1 新型润滑脂的开发

1.1 轴承工况要求

汽车转向系统轴承QJ208的工况及技术要求为：

1)轴承转速不超过200 r/min，工作温度范围为-40～100 ℃；

2)密封性能好、结构紧凑、低噪声、低摩擦力矩。

经工况分析及以往试验得知，轴承承受的轴向载荷小(约50 N)，径向载荷大(约500 N)，因此钢球与沟道的接触状态为四点接触,而不是正常的两点接触，钢球易产生滑动，导致摩擦力矩增大。

1.2 润滑脂要求与分析

1.2.1 降低振动与噪声

润滑脂噪声性能在很大程度上直接影响轴承的振动与噪声，采用合适的基础油，并对润滑脂的清洁度、黏度和皂纤维长度等进行控制，有利于降低润滑脂噪声[2-3]。

1.2.2 油脂性能分析

钙基润滑脂是将计量的脂肪酸、石灰乳与基础油进行混合，加水皂化，皂化完成后用基础油进行稀释，然后进行升温脱水→水化→加入基础油稠化等工艺。钙基润滑脂的滴点低，使用温度一般不超过100 ℃，不能满足现代汽车轮毂轴承润滑脂的高温性能。

锂皂润滑脂的工艺过程对其润滑脂性能有较大影响，是目前采用比较广泛的轮毂轴承润滑脂。与锂皂润滑脂相比，复合锂皂润滑脂加入了二元酸或者硼酸等物质，并且增加了高温复合工艺等，因此具有更好的高低温性能、机械安定性、胶体安定性以及极压抗磨性等性能，更适于现代汽车轴承的润滑。

聚脲润滑脂是一类新型润滑脂，主要有二聚脲与四聚脲型，聚脲润滑脂也具备良好的高温性能以及低噪声性能，同样适合轮毂轴承润滑。但是由于生产过程中会产生有毒气体，要求的生产环境与安全规范较为苛刻，所以国内相关研究报道较少[4]。

综上所述，采用复合锂皂作为稠化剂来开发新型润滑脂D068。

1.3 润滑脂技术参数

新型润滑脂D068、同一供应商开发的润滑脂D232以及另一供应商开发的润滑脂XX42的部分技术参数见表1。

表1 不同润滑脂的技术参数对比

2 试验条件及方法

为了对比3种润滑脂在模拟轴承工作条件(钢球滚动伴随滑动)下的摩擦力矩和振动水平，进行如下试验：

1)使用自制的轴承摩擦力矩试验机测试轴承摩擦力矩，其原理简图如图1所示。试验条件：轴承QJ208，注脂量0.6 g；轴向力50 N，径向力500 N；内圈转速450 r/min；温度为室温(20 ℃，下同)；试验时间10 min。

图1 摩擦力矩试验原理图

将2套待测试轴承均装入相同的润滑脂，加载轴向力与径向力，驱动轴承旋转，测出扭矩数据后取平均值，即为该种润滑脂的摩擦力矩。

2)使用自制的轴承低温摩擦力矩试验机，测试低温(-40 ℃)、1 r/min转速下的轴承摩擦力矩，其原理简图如图2所示。试验条件：轴承QJ208，注脂量0.6 g，采用低温空气浴制冷。按照SH/T 0338—1992《滚珠轴承润滑脂低温转矩测定法》进行试验。

1—指针型弹簧称；2—线；3—低温空气浴；4—减速机；5—电动机；6—试验夹；7—被试轴承

3)使用BVT-1A型国产轴承振动测试仪进行轴承振动试验。试验条件：轴承转速1 800 r/min；轴向载荷150 N。逐一测试装填3种润滑脂的轴承在低、中、高频带的振动速度，每种润滑脂装填10套轴承，结果取平均值。

3 试验结果

3.1 摩擦力矩

3种润滑脂常温和低温下的摩擦力矩如图3所示。由图可知，常温(20 ℃)和低温下，装入润滑脂D068的轴承摩擦力矩均最小，最小值分别为0.016，0.031 N·m。

图3 3种润滑脂摩擦力矩试验结果

3.2 振动

装填3种润滑脂的轴承在常温下的振动速度值见表2。由表可知，填充D068润滑脂的轴承平均振动速度值最小，低、中、高频带的振动速度有效值分别为39.0，30.4，53.8 μm/s。

表2 填充3种润滑脂的轴承振动速度值

4 结论

经对比试验证明，新开发的汽车转向系统四点接触球轴承润滑脂D068具有更低的常温、低温摩擦力矩及振动噪声。已生产采用D068润滑脂的QJ208轴承40余万套，经使用证明，其摩擦力矩、振动噪声等性能指标均有明显提升，能够满足客户要求。