趙啟龍, 姜 程, 蘇懷剛, 婁文靜, 張如良, 王曉波*

(1. 山東科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院, 山東 青島 266590;2. 中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所 固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅 蘭州 730000;3. 青島市資源化學(xué)與新材料研究中心 青島市高端裝備潤滑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266000)

在工業(yè)生產(chǎn)裝備大型化、重載化以及精密化發(fā)展的過程中，軸承作為旋轉(zhuǎn)部件的支撐部分地位越來越突出. 潤滑脂作為適用于軸承滾動體和軸承圈的重要組成部分[1]對于改善軸承潤滑狀態(tài)、降低摩擦磨損至關(guān)重要；因此研究潤滑脂在不同條件下的減摩抗磨性能表現(xiàn)，建立工況對應(yīng)性良好的潤滑脂評價(jià)技術(shù)對軸承和裝備運(yùn)行的可靠性具有重要意義. 當(dāng)前潤滑油脂摩擦磨損性能評定過程中四球試驗(yàn)機(jī)[2]、UMT摩擦試驗(yàn)機(jī)[3]、針盤摩擦試驗(yàn)機(jī)[4]和SRV摩擦試驗(yàn)機(jī)等模擬試驗(yàn)設(shè)備應(yīng)用普遍，尤其是SRV試驗(yàn)機(jī)在水平、垂直以及傾斜等模式下集點(diǎn)、線和面等多種摩擦副接觸形式于一體的往復(fù)或旋轉(zhuǎn)模式，使得其在潤滑材料摩擦磨損性能篩選與評定方面得到廣泛的應(yīng)用. 李皓琳等[5]在研究雜環(huán)離子潤滑劑時(shí)，采用SRV球盤接觸模式評價(jià)了ILs在鋼/鈦合金表面的摩擦學(xué)性能. 羅海棠等[6]基于SRV球盤接觸形式設(shè)計(jì)測試方案，開展了汽車發(fā)動機(jī)油燃油經(jīng)濟(jì)性測試、車用齒輪油的摩擦學(xué)性能測試. 張嘉瑩等[7]在研究雙組分超分子凝膠時(shí)應(yīng)用SRV試驗(yàn)機(jī)評價(jià)了超分子凝膠潤滑劑的減摩抗磨性能.Zhang等[8]采用SRV-IV型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，研究了負(fù)載對銅納米顆粒摩擦性能的影響. Kumar等[9]研究六方氮化硼顆?？鼓バ詴r(shí)，采用四球試驗(yàn)機(jī)，SRV試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了摩擦磨損性能測試. Saini等[10]采用四球試驗(yàn)機(jī)和SRV試驗(yàn)機(jī)研究了不同形態(tài)的碳質(zhì)納米顆粒在潤滑油中的摩擦學(xué)性能. Kumar等[11]采用SRV球盤模式，探索了功能化的多壁碳納米管加入潤滑油后的摩擦學(xué)性能變化. 產(chǎn)品經(jīng)過初步篩選后往往采用FE8軸承摩擦磨損試驗(yàn)臺[12]、FE9軸承壽命試驗(yàn)臺[13]和FZG齒輪試驗(yàn)臺[14]等大型臺架設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品推廣前的磨損性能最終評定，因此模擬試驗(yàn)與臺架試驗(yàn)之間的相關(guān)性越來越受關(guān)注. 張博等[15]在評價(jià)汽輪機(jī)油摩擦性能時(shí)認(rèn)為“四球法”、“FZG法”和“SRV法”之間具有線性相關(guān)性. Faruck等[16]采用SRV試驗(yàn)機(jī)與FZG齒輪試驗(yàn)臺，研究了離子液體作為抗磨損和極壓潤滑劑添加劑的潛力. 史永剛等[17]在評價(jià)發(fā)動機(jī)變速箱油摩擦學(xué)性能時(shí)探討了SRV試驗(yàn)機(jī)法與變速箱臺架試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)性. 石嘯[18]用MTM牽引力試驗(yàn)機(jī)和齒輪箱傳動效率測定裝置對齒輪油摩擦學(xué)性能及傳動效率進(jìn)行了測定，考察了基礎(chǔ)油對齒輪傳動效率的影響. 楊鶴等[19]采用SRV模擬試驗(yàn)評定Mack T-9臺架試驗(yàn)柴油機(jī)油的抗磨性能，并對兩者之間的相關(guān)性進(jìn)行了研究.郭圣剛等[20]應(yīng)用SRV試驗(yàn)機(jī)，研究了熱沖擊循環(huán)臺架試驗(yàn)后氣體發(fā)動機(jī)油的摩擦磨損性能變化. 李進(jìn)等[21]在考察燃料油潤滑性時(shí)研究了柴油機(jī)油球柱潤滑評定儀(BOCLE)測試結(jié)果與油泵臺架考核結(jié)果之間的相關(guān)性. 研究報(bào)道中主要基于SRV球盤摩擦副點(diǎn)接觸形式開展研究，而與重載工況下圓柱滾子軸承實(shí)際接觸形式更接近的柱-盤摩擦系統(tǒng)研究較少，不利于進(jìn)一步發(fā)展工況適用性強(qiáng)的潤滑材料測試技術(shù)；因此本研究中擬通過SRV柱盤摩擦接觸形式下的摩擦學(xué)試驗(yàn)結(jié)果與FE8軸承臺架試驗(yàn)?zāi)p結(jié)果的相關(guān)性研究，建立更適用于重載軸承用潤滑脂在摩擦副表界面的抗磨減摩性能分析方法，從而提高潤滑脂產(chǎn)品配方篩選效率，節(jié)約臺架試驗(yàn)成本.

1 試驗(yàn)及分析方法

1.1 試驗(yàn)儀器

本試驗(yàn)中采用德國Optimol SRV試驗(yàn)機(jī)：載荷范圍0.003~2.5 kN，溫度–35~200 ℃，往復(fù)頻率1~511 Hz，往復(fù)行程0.01~5 mm；上試件滾子采用AISI 52100軸承鋼圓柱滾子，規(guī)格尺寸為φ6 mm×8 mm，硬度60±2 HRC，粗糙度Ra為0.025±0.005 μm；下試件采用AISI 52100軸承鋼試驗(yàn)盤，尺寸規(guī)格φ24 mm×7.88 mm，硬度62±1 HRC，粗糙度0.035 μm

1.2 試驗(yàn)樣品

本試驗(yàn)中選取適用于重載工況的市售商品潤滑脂A (殼牌S2V220)、潤滑脂B (美孚XHP222)、潤滑脂C (中科潤美STR51)及實(shí)驗(yàn)室自制潤滑脂D (東營順利化工有限責(zé)任公司的工業(yè)級12-羥基硬脂酸鋰與荊門石化股份有限公司的MVI500礦物油質(zhì)量比9:1混合后攪拌加熱升溫至220 ℃煉化30 min，冷卻至室溫成脂)為開展?jié)櫥Σ聊p評價(jià)方法的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)樣品.樣品基本信息列于表1中.

表1 樣品信息Table 1 Sample information

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)中基于SRV-V摩擦試驗(yàn)機(jī)線性往復(fù)運(yùn)動形式，上試件圓柱滾子與下試盤呈線接觸，接觸線與運(yùn)動軌跡線呈α=10°夾角(詳見圖1，接觸線為圓柱滾子的軸向延伸方向，在該方向接觸位置上圓柱滾子與下試盤之間無油脂儲存區(qū)域，沿該方向做往復(fù)運(yùn)動會將潤滑劑徹底推出摩擦副接觸區(qū)，潤滑脂為半固態(tài)膏狀體，流動性差無法及時(shí)回復(fù)，會導(dǎo)致干摩擦，影響測試結(jié)果，因此布置接觸線與運(yùn)動軌跡線呈α=10°夾角，使?jié)L子圓弧面與運(yùn)動方向形成油脂存儲區(qū)，以保證試驗(yàn)過程中有充足的潤滑脂參與試驗(yàn))，在低頻、大載荷、特定溫度和特定位移下進(jìn)行線性往復(fù)滑動摩擦，考察不同潤滑脂重載工況下的抗摩擦磨損性能；采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法對試驗(yàn)結(jié)果與FE8軸承臺架摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，確定最優(yōu)試驗(yàn)參數(shù)；并對最優(yōu)試驗(yàn)參數(shù)下的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行重復(fù)性分析，確定重載軸承潤滑脂SRV圓柱滾子/圓盤線接觸微動摩擦性能評定方法的可靠性.

Fig. 1 SRV test machine and schematic of roller/disk contact mode圖1 SRV試驗(yàn)機(jī)及滾子/圓盤接觸方式示意圖

1.4 重復(fù)性分析方法

重復(fù)性試驗(yàn)是1種對測試結(jié)果的隨機(jī)性進(jìn)行分析的試驗(yàn)，重復(fù)性用變異系數(shù)CV來判斷. 試驗(yàn)所得測量結(jié)果為xi(i=1，2，···，n)，試驗(yàn)樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差SD(xi)用貝塞爾公式計(jì)算：

式中：n為測量次數(shù)，應(yīng)該盡量大，一般不少于6次；為xi的平均值

1.5 相關(guān)性分析方法

相關(guān)性分析是指對2個變量之間線性關(guān)系的描述與量度[22]，是分析客觀事物之間關(guān)系的數(shù)量分析方法[23].本文中應(yīng)用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法分析摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果與臺架試驗(yàn)?zāi)p結(jié)果的相關(guān)性，對于容量為n的樣本，相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式如下：

式中：xi、yi為開展相關(guān)性分析的兩變量的變量值，xi=[x1，x2，···，xn]，yi=[y1，y2，···，yn]；分別為xi、yi的平均值，相關(guān)系數(shù)rxy表示2個變量x、y之間的線性相關(guān)程度，取值在-1~+1之間. 相關(guān)系數(shù)rxy>0表示兩變量存在正的線性相關(guān)關(guān)系，rxy<0表示兩變量存在負(fù)的線性相關(guān)關(guān)系；變量的相關(guān)強(qiáng)度由相關(guān)系數(shù)絕對值|rxy|的取值范圍來判斷：|rxy|>0.8表示兩變量之間具有較強(qiáng)的線性相關(guān)關(guān)系，|rxy|<0.3，表示兩變量之間的線性相關(guān)關(guān)系較弱[23].

2 結(jié)果與討論

本試驗(yàn)中考察了載荷、溫度、往復(fù)頻率以及位移對SRV微動摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果的影響，詳細(xì)情況如下：

2.1 溫度對重載潤滑脂微動摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果的影響

在載荷1.2 kN，往復(fù)頻率25 Hz，位移1.0 mm試驗(yàn)條件下，分別在-10、0、25、50、80和100 ℃溫度下進(jìn)行磨損試驗(yàn)30 min，考察溫度變化對A、B、C和D這4種潤滑脂微動摩擦磨損性能的影響.

圖2 給出了A、B、C和D這4種潤滑脂在不同溫度下摩擦系數(shù)、磨痕寬度、平均磨痕深度以及磨損體積的變化趨勢：通過圖2(a)這4種潤滑脂在不同溫度下的摩擦系數(shù)變化可以看出，當(dāng)溫度低至-10 ℃時(shí)，各潤滑脂摩擦系數(shù)均較高，B潤滑脂在該溫度下出現(xiàn)卡咬，升高試驗(yàn)溫度4種潤滑脂摩擦系數(shù)均呈下降趨勢，潤滑脂A、B和C在50 ℃之后摩擦系數(shù)開始迅速升高，而潤滑脂D在50~80 ℃摩擦系數(shù)趨于平穩(wěn)，80 ℃以后出現(xiàn)上升趨勢；由圖2(b)溫度-磨痕寬度變化趨勢能夠看出，潤滑脂B、C在25 ℃以后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，潤滑脂A在50 ℃后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，潤滑脂D磨痕寬度受溫度變化影響最??；由圖2(c)溫度-磨痕深度變化趨勢看出各潤滑脂低溫下磨痕深度均較大，隨著溫度升高出現(xiàn)先降低后小幅增加趨勢，潤滑脂B、C在25 ℃以后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，潤滑脂A在50 ℃后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，潤滑脂D在80 ℃以后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折；由圖2(d)載荷-磨體積變化趨勢可以看出，潤滑脂A、B和C在25 ℃下磨損體積最小，潤滑脂D在50 ℃下磨損量最小；說明各溫度下的摩擦系數(shù)均能反應(yīng)重載軸承潤滑脂的減摩抗磨性能特征，對于重載潤滑脂來說25~50 ℃下各潤滑脂的減摩抗磨性能最優(yōu). 由表2所列各溫度下的磨損體積與FE8臺架磨損量結(jié)果相關(guān)性分析結(jié)果可以看出，25~100 ℃相關(guān)度均為強(qiáng)相關(guān)，并且相關(guān)系數(shù)差別不大，故采用SRV圓柱/圓盤線接觸形式表征重載潤滑脂潤滑性能時(shí)溫度參數(shù)范圍應(yīng)在25 ℃以上，具體溫度可根據(jù)重載潤滑脂應(yīng)用環(huán)境溫度工況在25~100 ℃之間選擇. 潤滑脂是由稠化劑、基礎(chǔ)油和添加劑組成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的半固態(tài)非牛頓流體，具有獨(dú)特的流變特性. 不同潤滑脂受稠化劑和制備工藝等影響，膠體結(jié)構(gòu)存在明顯差異，由圖3掃描電鏡(SEM)結(jié)果可以看出復(fù)合鋰基潤滑脂A、B及自制單鋰基潤滑脂D稠化劑均為雙螺旋繩狀纏繞的纖維結(jié)構(gòu)，磺酸鈣基潤滑脂C稠化劑為片狀結(jié)構(gòu)包覆在繩狀纖維結(jié)構(gòu)，并在間隙處堆積球形顆粒結(jié)構(gòu)；當(dāng)溫度降低時(shí)，潤滑脂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增大，導(dǎo)致潤滑脂在低溫下受力離開摩擦接觸區(qū)后難以及時(shí)回復(fù)，產(chǎn)生潤滑不良，摩擦磨損層度加劇；不同的組成結(jié)構(gòu)隨溫度的變化趨勢不同，導(dǎo)致低溫下潤滑脂的流動差異更加明顯，從而使得摩擦磨損變化趨勢不一致，試驗(yàn)結(jié)果與臺架試驗(yàn)相關(guān)性降低. 本文中考慮臺架在室溫下運(yùn)行，且25 ℃相關(guān)系數(shù)最大，故在進(jìn)一步試驗(yàn)中確定溫度參數(shù)為25 ℃.

Fig. 2 Grease performance test at 1.2 kN, 1 mm and 25 Hz：(a) friction coefficient; (b) wear width;(c) average wear track depth; (d) wear volume圖2 潤滑脂在1.2 kN，1 mm，25 Hz條件下的性能測試：(a)摩擦系數(shù)；(b)磨痕寬度；(c)平均磨痕深度；(d)磨損體積

Fig. 3 SEM micrographs of the microstructure of the thickener圖3 稠化劑顯微結(jié)構(gòu)的SEM照片

表2 不同溫度下潤滑脂磨損體積與FE8臺架磨損量相關(guān)性Table 2 Correlation between wear volume of grease and wear amount of FE8 at different temperatures

2.2 載荷對重載潤滑脂微動摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果的影響

在溫度25 ℃，頻率25 Hz，位移1 mm試驗(yàn)條件下，分別在100、200、400、600、800、1 000、1 200和1 500 N載荷下進(jìn)行試驗(yàn)30 min，考察載荷與A、B、C和D這4種潤滑脂微動摩擦磨損性能的關(guān)系，然后再對4種潤滑脂進(jìn)行綜合比較.

圖4 給出了A、B、C和D這4種潤滑脂不同載荷下摩擦系數(shù)、磨痕寬度、平均磨痕深度和磨損體積的變化趨勢：通過圖4(a)載荷-摩擦系數(shù)變化可以看出，在初始階段100 N載荷下4種潤滑脂摩擦系數(shù)均較高，增加試驗(yàn)載荷后4種潤滑脂摩擦系數(shù)均呈現(xiàn)降低趨勢，達(dá)到最低點(diǎn)后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，繼續(xù)增加試驗(yàn)載荷摩擦系數(shù)開始上升，不同潤滑脂的轉(zhuǎn)折點(diǎn)存在明顯差異，樣品D在載荷400 N時(shí)達(dá)到最低值然后開始迅速升高，樣品A轉(zhuǎn)折點(diǎn)為載荷600 N時(shí)，樣品B載荷轉(zhuǎn)折點(diǎn)為1 kN時(shí)，樣品C轉(zhuǎn)折點(diǎn)為在載荷1.2 kN時(shí)；結(jié)合圖4(b~d)的變化趨勢可以看出，在初始階段低載荷下各潤滑脂磨損均較低，區(qū)分不明顯；增加試驗(yàn)載荷后磨痕寬度、磨痕深度和磨損體積等各項(xiàng)磨損指標(biāo)值均增大，當(dāng)載荷增加到600 N以后各磨損參數(shù)值區(qū)分性越來越明顯，當(dāng)載荷達(dá)到1.5 kN時(shí)潤滑脂D出現(xiàn)卡咬；說明低載荷時(shí)的摩擦系數(shù)并不能真實(shí)反映摩擦副表界面的摩擦磨損狀況，而600 N以上的高載荷試驗(yàn)條件下的摩擦系數(shù)真實(shí)反映了重載軸承潤滑脂的減摩抗磨性能特征；故SRV表征重載潤滑脂潤滑性能時(shí)載荷參數(shù)至少應(yīng)達(dá)到600 N，載荷過高時(shí)個別產(chǎn)品卡咬無法完成試驗(yàn)，所以載荷參數(shù)也不能設(shè)置過高. 對不同載荷下4種產(chǎn)品的磨損體積與臺架試驗(yàn)?zāi)p結(jié)果相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果列于表3中：高載荷下SRV試驗(yàn)法與FE8臺架試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性高，在1 kN載荷下相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.953；低載下相關(guān)度低，在100和200 N載荷甚至出現(xiàn)了負(fù)相關(guān)情況；產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因一方面是潤滑脂中的極壓抗磨組分在低載荷下不能有效發(fā)揮作用，如磺酸鈣基脂中的納米碳酸鈣顆粒；另一方面是在較低的試驗(yàn)載荷下試驗(yàn)滾子與試驗(yàn)盤接觸剛度不夠，測量時(shí)摩擦副之間產(chǎn)生振動，導(dǎo)致試驗(yàn)過程中摩擦力矩不穩(wěn)定，出現(xiàn)測量誤差，這些共同導(dǎo)致了低載荷下的試驗(yàn)結(jié)果與臺架試驗(yàn)相關(guān)性差，故在進(jìn)一步的試驗(yàn)考察中，選擇相關(guān)系數(shù)最高的1 kN載荷作為試驗(yàn)參數(shù)模擬重載軸承的服役工作狀態(tài).

表3 不同載荷下潤滑脂磨損體積與FE8臺架磨損量相關(guān)性Table 3 Correlation between wear volume of grease and wear amount of FE8 bench under different loads

2.3 往復(fù)頻率對重載潤滑脂微動摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果的影響

設(shè)置載荷1 kN，溫度25 ℃，位移1.0 mm，分別在5、15、25、50和75 Hz條件下試驗(yàn)30 min，考察往復(fù)頻率變化對A、B、C和D這4種潤滑脂微動摩擦磨損性能的影響.

圖5 給出了潤滑脂A、B、C和D在不同往復(fù)頻率下的摩擦系數(shù)、磨痕寬度、平均磨痕深度和磨損體積的變化趨勢，摩擦系數(shù)及各磨損參數(shù)值均隨著往復(fù)頻率的增加而增大，尤其是往復(fù)頻率達(dá)到40 Hz以后各參數(shù)增大趨勢加快；通過相關(guān)系數(shù)分析可以看出，不同往復(fù)速率下的磨損體積與磨損量相關(guān)性存在明顯差異(表4)，低頻段相關(guān)性差，高頻段相關(guān)性強(qiáng)，在頻率50 Hz時(shí)相關(guān)系數(shù)最大0.959，相關(guān)性最強(qiáng). 產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因分析如下：當(dāng)試驗(yàn)滾子與試驗(yàn)圓盤產(chǎn)生滑動摩擦?xí)r，頻率越高線速度越大，單位時(shí)間內(nèi)潤滑脂回流

Fig. 5 Grease performance test at 1 kN，25 ℃，1 mm：(a) friction coefficient; (b) wear width;(c) average wear track depth; (d) wear volume圖5 潤滑脂在1 kN，25 ℃，1 mm條件下的性能測試：(a)摩擦系數(shù)；(b)磨痕寬度；(c)平均磨痕深度；(d)磨損體積

表4 不同往復(fù)頻率下潤滑脂磨損體積與FE8臺架磨損量相關(guān)性Table 4 Correlation between wear volume of grease and wear amount of FE8 bench at different reciprocating frequencies

至摩擦副表面的量就越少，所以高頻往復(fù)運(yùn)動對摩擦副表界面油膜的破壞遠(yuǎn)大于低頻往復(fù)運(yùn)動，高頻下的磨損量也就越大；盡管4種潤滑脂磨損量隨著頻率的變化趨勢相似，但由于4種潤滑脂稠化劑類型不同，膠體結(jié)構(gòu)存在差異，在不同剪切速率下對抗剪切效果不同；本文中進(jìn)一步采用旋轉(zhuǎn)流變儀在剪切速率1~100 s-1之間進(jìn)行變速掃描，得到4種潤滑脂的潤滑脂剪切速率-應(yīng)力曲線圖，如圖6所示，從圖6中可以看出潤滑脂A在高頻段和中頻段分別與潤滑脂B和潤滑脂D出現(xiàn)了穿插交點(diǎn)，故當(dāng)往復(fù)速率變化后，稠度等級相似潤滑脂的回復(fù)速度變化趨勢并不一致，潤滑效果相對趨勢也就發(fā)生變化，摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果同臺架試驗(yàn)之間的相關(guān)性相應(yīng)變低，本文中在進(jìn)一步的試驗(yàn)考察中，將往復(fù)頻率參數(shù)設(shè)置為50 Hz.

Fig. 6 Shear rate-stress curve of a rotary rheometer圖6 旋轉(zhuǎn)流變儀剪切速率-應(yīng)力曲線圖

2.4 位移對重載潤滑脂微動摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果的影響

在載荷1 kN，往復(fù)頻率50 Hz，溫度25 ℃試驗(yàn)條件下，在0.1、0.5、1.0、1.5和2.0 mm位移下試驗(yàn)30 min，考察不同位移條件下A、B、C和D這4種潤滑脂微動摩擦磨損性能與臺架試驗(yàn)的相關(guān)性，結(jié)果詳見圖7和表5.

Fig. 7 Grease performance test at 1kN，25 ℃，50 Hz：(a) friction coefficient; (b) wear width;(c) average wear track depth; (d) wear volume圖7 潤滑脂在1kN，25 ℃，50 Hz條件下的性能測試：(a)摩擦系數(shù)；(b)磨痕寬度；(c)平均磨痕深度；(d)磨損體積

表5 不同位移潤滑脂磨損體積與FE8臺架磨損量相關(guān)性Table 5 Correlation between wear volume of grease with different strokes and wear amount of FE8

圖7 給出了潤滑脂A、B、C和D在不同位移行程下的摩擦系數(shù)、磨痕寬度、平均磨痕深度和磨損體積的變化趨勢，通過圖7(a)可以看出A、C摩擦系數(shù)隨位移增加略有下降，B、D摩擦系數(shù)幾乎無變化，說明位移對摩擦系數(shù)測試結(jié)果無影響；圖7(b~d)可以看出隨著位移的增加磨痕寬度、磨痕深度和磨損體積均增加，說明位移變大，線速度增加，磨損量增大. 結(jié)合表5中不同位移下的磨損體積與FE8臺架磨損量結(jié)果相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，0.1 mm位移條件下幾種潤滑脂在試驗(yàn)盤上的磨損體積與FE8臺架試驗(yàn)結(jié)果中度相關(guān)，當(dāng)位移量達(dá)到0.5 mm以上時(shí)均為強(qiáng)相關(guān)，且0.5~1.5 mm之間相關(guān)系數(shù)差別不大，所以圓柱/圓盤接觸形式下SRV表征重載潤滑脂潤滑性能時(shí)位移參數(shù)范圍可以根據(jù)軸承參數(shù)在0.5~1.5 mm之間選擇，本文中在進(jìn)一步的試驗(yàn)考察中，設(shè)置位移參數(shù)為1.0 mm.

2.5 重復(fù)性分析

本試驗(yàn)在優(yōu)選試驗(yàn)參數(shù)溫度25 ℃，載荷1 kN，頻率50 Hz，位移1 mm條件下，對4種樣品進(jìn)行6次重復(fù)性測試(表6)，計(jì)算變異系數(shù)CV，由計(jì)算結(jié)果可知潤滑脂A變異系數(shù)5.26%、潤滑脂B變異系數(shù)6.02%、潤滑脂C變異系數(shù)4.75%和潤滑脂D變異系數(shù)6.61%，該方法對4種產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果的變異系數(shù)均遠(yuǎn)小于10%，為弱變異性，說明該試驗(yàn)方法結(jié)果離散程度小，重復(fù)性良好.

表6 重復(fù)性測試數(shù)據(jù)Table 6 Repeatable test data

2.6 不同試驗(yàn)方法與FE8臺架結(jié)果相關(guān)性分析

采用SH/T 0204-1992四球試驗(yàn)機(jī)法、NB/SH/T 0721-2016 SRV球盤試驗(yàn)法和本試驗(yàn)方法對4種潤滑脂進(jìn)行測試，測試結(jié)果列于表7中；利用四球試驗(yàn)機(jī)(廈門天機(jī)制造)自帶的光學(xué)顯微鏡觀察四球試驗(yàn)鋼球磨斑形貌，詳見圖8；利用美國KLA-Tencor公司生產(chǎn)的非接觸式三維表面輪廓儀觀察SRV球盤試驗(yàn)法及本實(shí)驗(yàn)法磨痕形貌，詳見圖9和圖10. 由圖8，圖9和圖10磨痕形貌圖特征可以看出SRV圓柱滾子/圓盤摩擦磨損測試方法所得磨痕形狀狹長，更接近圓柱滾子軸承服役過程中沿軸向產(chǎn)生的微動滑動磨損形貌. 應(yīng)用IBM SPSS 22軟件對不同試驗(yàn)方法測試結(jié)果與FE8軸承臺架結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，由表7中Pearson相關(guān)系數(shù)結(jié)果可以看出，圓柱滾子/圓盤SRV摩擦磨損測試方法試驗(yàn)結(jié)果與FE8軸承臺架結(jié)果的對應(yīng)性優(yōu)于四球機(jī)磨斑直徑法(SH/T 0204-1992)以及SRV球滾子-圓盤接觸試驗(yàn)法(NB/SH/T 0721)，SRV柱/盤法對重載軸承潤滑脂抗磨損性能預(yù)測更可靠.

Fig. 8 Optical micrographs of friction and wear morphology of abrasion spot in four-ball test圖8 四球試驗(yàn)?zāi)グ吣Σ聊p形貌的光學(xué)顯微鏡照片

Fig. 10 Three-dimensional morphology of friction and wear shape of SRV column and disk test圖10 SRV柱盤試驗(yàn)試塊摩擦磨損形貌的三維形貌圖

表7 磨損結(jié)果試驗(yàn)數(shù)據(jù)表及相關(guān)系數(shù)Table 7 Wear results test data table and correlation coefficient

3 結(jié)論

本文中基于SRV微動摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)線性往復(fù)運(yùn)動形式，采用圓柱滾子試驗(yàn)件與下試圓盤線接觸往復(fù)滑動摩擦，模擬重載軸承運(yùn)行過程的微動工況，并通過Pearson相關(guān)性確定了最優(yōu)試驗(yàn)參數(shù)，建立了更適用于重載軸承用潤滑脂在摩擦副表界面的抗磨減摩性能分析試驗(yàn)方法.

a. 柱盤SRV微動摩擦磨損測試方法試驗(yàn)結(jié)果與FE8軸承臺架結(jié)果的對應(yīng)性優(yōu)于四球機(jī)磨斑直徑法(SH/T 0204-1992)以及SRV球滾子-圓盤接觸試驗(yàn)法(NB/SH/T 0721)，與FE8軸承臺架結(jié)果相關(guān)系數(shù)達(dá)到9.59，可靠性強(qiáng).

b. 該方法對四款產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果的變異系數(shù)均遠(yuǎn)小于10%，均為弱變異性，方法試驗(yàn)結(jié)果離散程度小，重復(fù)性良好. 該方法將促進(jìn)軸承潤滑脂磨損性能測試技術(shù)升級，為建立更為完善、高效的軸承潤滑脂抗磨損性能表征體系提供技術(shù)支撐.