像石墨一樣,二硫化鉬(MoS2)也屬于層狀網(wǎng)格結(jié)晶,與石墨不同的是具有夾層結(jié)構(gòu)。已經(jīng)知道MoS2的四種結(jié)晶形態(tài),即3H、2H、2H 2、2T型,其中只有2H型結(jié)晶才有良好的潤滑性,其晶體是一種六方晶體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),由硫、鉬、硫三個(gè)平面層構(gòu)成薄層單元。為進(jìn)一步了解這種晶體結(jié)構(gòu)與潤滑性能的關(guān)系,采用符合這種2H型結(jié)晶結(jié)構(gòu)MoS2M-007B作為潤滑油添加劑,通過試驗(yàn)來分析它對(duì)軸承使用性能的影響。
1、試驗(yàn)方法
用同一批次生產(chǎn)的6204深溝球軸承在相同試驗(yàn)條件下,進(jìn)行潤滑油中加與不加添加劑MoS2兩種情況下的對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)樣本容量:8套/組,共2組。500h定時(shí)截尾試驗(yàn),每試驗(yàn)100h后停機(jī)拆下軸承檢查,測(cè)量軸承的質(zhì)量、游隙、振動(dòng)等,觀察其變化情況。
試驗(yàn)條件:根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸承的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速一般不超過軸承極限轉(zhuǎn)速(18000r/min)的60%,具體數(shù)據(jù)結(jié)合試驗(yàn)機(jī)本身的轉(zhuǎn)速表數(shù)據(jù)選用。為檢驗(yàn)MoS2M-007B在高載荷狀態(tài)下抗極壓性能,選當(dāng)量動(dòng)載荷P約為基本額定動(dòng)載荷Cr(12800N)的1/4。基本額定壽命L10=106/60n Cr3/P,選定P/Cr和n,本次實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)速n=10000r/min,P/Cr=0.255,即得出L10=100h。潤滑方式采用N32機(jī)油噴射循環(huán)潤滑,A組軸承實(shí)驗(yàn)潤滑油中添加MoS2M-007B,與N32機(jī)油比例為1:4,B組軸承實(shí)驗(yàn)潤滑油中不加添加劑。
2 、對(duì)軸承性能的影響
2.1 對(duì)軸承溫度的影響
試驗(yàn)過程中,每隔2h記錄一次各套試驗(yàn)軸承的外圈溫度,對(duì)記錄的軸承溫度值進(jìn)行取算術(shù)均值得到表1。由于試驗(yàn)機(jī)上1號(hào)工位和4號(hào)工位散熱較好,測(cè)出的外圈溫度也較低;而2號(hào)工位和3號(hào)工位散熱較差,測(cè)出外圈溫度也相應(yīng)的高于1號(hào)工位和4號(hào)工位。表中序號(hào)2、6和序號(hào)3、7分別對(duì)應(yīng)2號(hào)工位和3號(hào)工位,序號(hào)1、5和序號(hào)4、8分別對(duì)應(yīng)1號(hào)工位和4號(hào)工位。
從表中可以看出同工位軸承的溫度相比,A組普遍較低,說明潤滑油中添加MoS2M-007B對(duì)軸承的潤滑降溫起一定作用。
2.2 對(duì)軸承磨損的影響
每試驗(yàn)100h后稱軸承質(zhì)量,計(jì)算出每套軸承試驗(yàn)過程中質(zhì)量的變化量,然后分時(shí)間段對(duì)兩組軸承質(zhì)量的變化量取算術(shù)均值,求出單位時(shí)間的磨損量(或平均磨損速度),兩組軸承的平均磨損速度如圖1所示。
試驗(yàn)開始由于摩擦表面總具有一定的粗糙度,在磨合初期只有很少的輪廓峰接觸,因此表面真實(shí)應(yīng)力很大,使接觸輪廓壓碎和塑性變形,同時(shí)一些薄的表面被冷作硬化,原有的輪廓峰逐漸局部或完全消失,磨損嚴(yán)重,曲線呈明顯的下降趨勢(shì),此階段屬跑合磨損階段。磨合后形成了給定摩擦條件(材料、壓力、溫度、潤滑)下比較穩(wěn)定的粗糙度,磨損量較小,此屬于穩(wěn)定磨損階段。經(jīng)過相對(duì)長時(shí)間的穩(wěn)定磨損后,導(dǎo)致有些軸承疲勞失效,此階段屬于劇烈磨損階段。從圖中可以看出:A軸承磨損量較B軸承磨損量小。從理論上講,軸承實(shí)驗(yàn)時(shí)間長磨損越多,但實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果A組軸承磨損量較小。說明潤滑油中添加MoS2M-007B對(duì)軸承減少摩擦和耐磨起了一定的作用。
2.3對(duì)軸承壽命的影響
經(jīng)過500h定時(shí)截尾試驗(yàn),A組有3套失效,均為滾動(dòng)體失效。B 組8套全部失效。兩組軸承壽命試驗(yàn)通過時(shí)間及失效形式見表2。
用二參數(shù)Weibull分布函數(shù)處理方法對(duì)兩組軸承的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理,結(jié)果見表3。β為Weibull分布的形狀參數(shù),也稱斜率參數(shù),它可以決定Weibull分布曲線的形狀,β越大則失效數(shù)據(jù)比較集中,反之則較離散。ν為Weibull分布的尺度參數(shù),也稱特征壽命,無論Weibull分布的形狀參數(shù)β取什么值,在t=ν時(shí),分布所取值都是一樣的,即都是0.632。在β不變時(shí),相當(dāng)于失效機(jī)理不變,則ν的物理意義就是直接影響產(chǎn)品的壽命質(zhì)量,ν越大時(shí)壽命就越長。R(t)為產(chǎn)品的可靠度,R(t)=e-(t/v)β。L10t為基本額定壽命實(shí)驗(yàn)值,L50t為中值壽命。從中可以看出兩組軸承的壽命差異是十分顯著的,其中A組的可靠度比較高,其基本額定壽命是B組的3倍多。說明潤滑油中添加MoS2M-007B提高了軸承的承載能力,從而對(duì)軸承的壽命影響較大。
2.4對(duì)軸承游隙的影響
每試驗(yàn)100h后測(cè)每套軸承的徑向游隙,計(jì)算其變化量的平均值,把各變化量均值用曲線連接得到對(duì)比示意圖2。同一批次的軸承試驗(yàn)前原始游隙數(shù)值基本相同。跑合磨損階段滾動(dòng)表面的凸峰逐漸磨平,游隙明顯增大,A組游隙變化量較小。穩(wěn)定磨損階段屬于材料之間的正常磨損,粗糙凸峰減少,磨損也減少,游隙增加的速度緩慢,但含有添加劑MoS2M-007B的A組游隙變化量還是小于B組游隙變化量。劇烈磨損階段兩組游隙變化突然增大,A組軸承游隙變化量增加趨勢(shì)較明顯,B組軸承游隙在很短時(shí)間內(nèi)發(fā)生劇烈變化,更甚者在下一時(shí)間段測(cè)游隙前已經(jīng)疲勞失效。
2.5 對(duì)軸承振動(dòng)的影響
每試驗(yàn)100h后測(cè)軸承的振動(dòng)加速度值和振動(dòng)速度值,分別計(jì)算出變化量的平均值,結(jié)果見表4。
試驗(yàn)前每組軸承振動(dòng)加速度和速度值基本相同,試驗(yàn)一段時(shí)間后即發(fā)生明顯變化,進(jìn)入穩(wěn)定磨損階段變化量又減小,劇烈磨損階段又突然增大。A組振動(dòng)變化量均呈浴盆趨勢(shì)變化,而B組在相同的磨損階段振動(dòng)變化量較A組大,由于沒有使用添加劑,磨損較快,穩(wěn)定磨損和劇烈磨損階段都很短,在下一時(shí)間段測(cè)振動(dòng)前已經(jīng)疲勞失效,其變化情況和游隙變化類似。
3 MoS2作用機(jī)理分析
(1)由于MoS2 M-007B粉體的團(tuán)聚性以及本次試驗(yàn)使用添加劑的粒子很小,所以MoS2M-007B能比較均勻穩(wěn)定地分散在潤滑油中。并且在這些潤滑微粒的表面具有活性,能很好地附著在金屬表面上,形成連續(xù)而致密的與底材附著的牢固的吸附膜,在軸承摩擦面覆蓋一個(gè)光滑的保護(hù)層,使溝道和鋼球摩擦副表面很好的分離。當(dāng)剪切力破壞油膜時(shí),減少了摩擦副間的直接接觸,延緩了金屬接觸表面間的磨損,抗磨損性能平均高1倍,軸承的使用壽命明顯提高。
(2)MoS2M-007B晶體內(nèi)部層與層之間以較弱的分子力相聯(lián)接,層間結(jié)合力較小,MoS2M-007B分子極易從層與層之間剝離。況且層空間間隙較大,各層之間又可以相互滑移。在收到外部剪切力作用時(shí),晶體內(nèi)相接處的硫表面層就互相滑動(dòng)。減小了接觸面間摩擦阻力,降低了因摩擦而產(chǎn)生的熱量,同時(shí)也提高了軸承的承載能力,特別是溫度較高時(shí)實(shí)驗(yàn)軸承溫度相差較大,可以明顯降低軸承的使用溫度。
(3)由于這些具備優(yōu)良潤滑性能的潤滑油添加劑粒子與底材的親和性,壓入底材或陷入底材表面凹部的MoS2M-007B粒子就有很多,并且粒子很小,進(jìn)入摩擦表面MoS2M-007B分子層就更厚。易剪切的表面膜便使摩擦表面很好的分離,可以有更多的摩擦副表面微坑和損傷部位得到進(jìn)一步填補(bǔ)和修復(fù)。減少金屬接觸表面間的直接摩擦,起到了有效的潤滑和抗摩減摩作用。因磨損而增大的游隙得到修補(bǔ),使游隙的變化速度較潤滑油中無添加劑MoS2 M-007B時(shí)緩慢。
由此可見,潤滑油中添加MoS2M-007B可以明顯改善軸承潤滑條件,減少各零部件的摩擦與磨損,延長其使用壽命。另外MoS2M-007B能克服各種摩擦副中粘滑現(xiàn)象,防止告訴運(yùn)轉(zhuǎn)軸承的膠合。使軸承有輕的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,動(dòng)作平穩(wěn),工作正常,以及用少量油脂而延長潤滑壽命與保證使用期限。
實(shí)驗(yàn)測(cè)出的結(jié)果,潤滑油中添加MoS2M-007B與潤滑油中無這種添加劑的軸承實(shí)驗(yàn)溫度相對(duì)較低。
接摩擦,起到了有效的潤滑和抗摩減磨作用。因磨損而增大的游隙得到修補(bǔ),使游隙的變化速度較潤滑油中無添加劑MoS2M-007B時(shí)緩慢。
由此可見,潤滑油中添加MoS2M-007B可以明顯改善軸承潤滑條件,減少各零部件的摩擦與磨損,延長其使用壽命。另外MoS2M-007B能克服各種摩擦副中粘滑現(xiàn)象,防止高速運(yùn)轉(zhuǎn)軸承的膠合。使軸承有輕的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩,動(dòng)作平穩(wěn),工作正常,以及用少量油脂而延長潤滑壽命與保證使用期限。
試驗(yàn)測(cè)出的結(jié)果,潤滑油中添加MoS2 M-007B與潤滑油中無這種添加劑的軸承試驗(yàn)溫度相對(duì)較低。
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