一种新型商用车传动轴滑动花键润滑脂的研制及其性能评价

2021-06-15李聪吴凤华

润滑油 2021年3期

李聪，吴凤华

(中国石化润滑油有限公司润滑脂分公司，天津 300480)

0 引言

中重型商用车用传动轴为普通十字轴万向节传动轴结构,主要由连接盘、万向节总成、滑动花键、万向节叉和轴管等零部件组成。滑动花键主要用于适应因驱动桥跳动而引起传动轴长度的变化[1-2]。花键作为汽车传动轴中重要的导向和链接部件，基本功能是将扭矩从一个传动装置传到另一个装置。汽车行驶过程中，传动轴花键和花键套的键齿之间除了由于滑动而产生摩擦作用之外，还会由于传递扭矩而产生挤压作用，同时还会由于道路不平使汽车颠簸以及配合的原因而产生冲击振动作用，滑动花键在承受较大的扭矩交变载荷的同时轴向滑动摩擦，容易发生磨损和黏着磨损失效[3]。为了提高花键轴的使用寿命，通常采用三种方式相结合：①改善花键轴的硬度、提高花键副的配合精度[4-6]；②花键套表面喷涂尼龙等耐磨性及耐腐蚀好的材料；③花键副涂抹润滑脂进行润滑。花键润滑脂可以减小轴向力，起到更好的抗磨和减摩、消音和减震作用[7]。

市面上常用的花键润滑脂以二硫化钼锂基润滑脂、复合锂基润滑脂等通用产品为主，文献报道还未见专用润滑脂。本文研制的传动轴花键润滑脂适用于中重型商用车的传动轴滑动花键，通过基础油、稠化剂和添加剂的复配得到一种具有优良的耐磨减摩性、胶体安定性、耐高低温性、机械安定性和抗水性的商用车传动轴花键润滑脂。

1 技术目标

通过对传动轴花键工况的调研，对花键部位要求进行分析，结合我公司在相关产品上的研发经验，确定了技术目标：

(1)稠度：锥入度是润滑脂稠度的表征形式，根据传动轴花键部位的工作特点和使用要求，确定采用的稠度牌号是2号，即工作锥入度值的范围为265～295(0.1 mm)。

风筝被树丫只是轻轻地缠住，树很高，爬上去弄是不现实的，而如果手用力，只会让风筝扯破。我建议，要不把线剪断吧。

(2)高温性能：滴点是检测润滑脂耐温性的重要指标，通过测试润滑脂的滴点，来判断润滑脂的使用温度。

根据复合锂基润滑脂的生产经验，该产品的生产工艺按照表5进行。

(4)极压抗磨性能：防止花键在承受较大的扭矩和轴向滑动摩擦时，发生黏着磨损，起到减摩抗磨的作用，可以为塑/塑、钢/塑和钢/钢摩擦副提供可靠的润滑防护。

(5)机械安定性能：润滑脂的机械安定性能反映润滑脂结构的好坏。为了保证润滑脂在传动轴花键部位上保持持久的润滑效果，必须保证润滑脂具有良好的机械安定性能。

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由于传动轴部位容易受潮湿空气等污染，水汽不仅缩短润滑脂变质，还会引起金属锈蚀。防锈剂能够在金属表面形成牢固的防护膜，隔绝水分和空气，防止腐蚀发生。根据以往产品开发经验以及开发成本，选择磺酸盐作为滑动花键润滑脂的防锈添加剂。

试验组产妇健康教育知识正确率为95.0%,对照组正确率为73.0%,两组之间差异有统计学意义(P<0.01)。

(7)氧化安定性能：氧化安定性是指润滑脂在长期储存或长期高温情况下使用时抵抗热、光和氧的作用而发生变化的能力。因此要求润滑脂具有长的使用寿命，保证花键润滑脂长期的润滑与防护。

(8)防锈性能：为了保证花键润滑脂本身在使用过程中对部件没有腐蚀性，同时可起到防护作用，要求润滑脂的防腐蚀性和防锈性。

通过以上技术目标的确定以及润滑脂实际应用和生产过程中需要的控制要素，产品质量暂定技术指标见表1。

表1 滑动花键润滑脂的暂定技术指标

2 配方研制和工艺确定

2.1 基础油筛选

润滑脂中的基础油含量很高，一般85%～95%左右，润滑脂的低温性能、高温性能、黏附性能和与添加剂的相容性等性能在很大程度上都取决于基础油的性能，因此基础油的选择非常重要。基础油的选择要根据成本要求和性能要求进行综合优选，根据花键部位-30～150 ℃的温度要求，优选低温性能较好的深度精制基础油与其他低温性好的基础油调配使用，倾点达到-25 ℃以下。

生12：还有，我们由△APN∽△BMP可得比例式可以得到AP·BP=AN·BM，然后因为AP=BP，所以类似的式子还可以写两个，那就是AP2=BP2=AN·BM．

2.2 稠化剂考察

稠化剂是润滑脂形成胶体结构、固定基础油的结构骨架。润滑脂的耐高温性能、机械安定性、抗水性等在很大程度上取决于稠化剂的类型。复合锂基润滑脂具有通用、多效、耐高温和长寿命等性能[8-10]。试验分别采用不同类型复合锂皂稠化同种基础油制备基础润滑脂进行考察，结果见表2。

表2 不同类型复合锂基础脂考察结果

如表2所示，十二碳二元酸复合锂润滑脂的十万次锥入度(含加水)变化率较小、滴点较高、钢网分油量较小，表明其在机械安定性、高温性、胶体安定性等性能方面较好。综合成本和性能考虑，最终选取十二碳二元酸复合锂润滑脂的配方作为滑动花键润滑脂的优选配方。

2.3 添加剂研究

润滑脂要有良好的防锈性能、抗氧化性能和长使用寿命，单纯依靠基础油和稠化剂是无法满足其使用要求的，因此润滑脂中要加入抗氧剂、极压抗磨添加剂和防锈剂，以满足花键润滑脂的实际工况要求。

2.3.1 抗氧剂的确定

润滑脂中加入一定量的抗氧剂可以起到抑制基础油氧化、钝化金属催化氧化的作用，从而延长润滑脂的使用寿命[11-12]。常用的润滑脂抗氧化剂有胺类和酚类抗氧化剂。结合成本和使用性能最终筛选出胺类组合添加剂作为滑动花键润滑脂的抗氧剂。

(4)试验要求：运行37万次，花键磨损量不大于0.15 mm。

根据花键脂的性能要求，需要添加极压抗磨添加剂，从而在摩擦副表面形成物理反应膜或化学反应膜，起到减摩抗磨作用，保护摩擦副表面[13-15]。不同极压抗磨添加剂的考察结果，见表3～表4。

表3 不同类型极压剂配方组合 %

表4 不同类型极压剂在同一基础脂中性能测定结果

表4(续)

如表3～表4所示，综合考虑极压抗磨剂实现的性能，以及对基础脂的影响，优选A2#添加剂作为滑动花键润滑脂的极压抗磨添加剂。

2.3.3 防锈剂的选择

(6)胶体安定性能：胶体安定性是影响使用寿命的一个主要因素,在规定时间内分油量过大,会缩短花键润滑脂的使用寿命。

2.4 生产工艺的确定

(3)低温性能：为了保证传动轴花键润滑脂低温启动和使用性能，要求润滑脂的低温转矩(-30 ℃)指标。

表5 滑动花键润滑脂生产工艺

2.5 性能评价

(3)试件转速：500 r/min。

目前国内的智能停车管理厂商已经有很多成熟的技术，能够帮助学校提高停车场的管理效率，学校可以引入找车位等APP，使车牌识别、智能倒闸和停车计费等共同提升停车场的管理水平。

表6 滑动花键润滑脂大试样品全分析数据

表6(续)

通过滑动花键润滑脂大试全分析数据得出，该润滑脂产品具有突出的机械安定性、较好的耐高低温性能、极压抗磨性、胶体安定性，优良的抗氧化安定性和防锈性能，达到了预期的研制目标。

3 台架试验

为了更好地验证该产品在传动轴滑动花键部位的润滑防护性能，与国内某传动轴生产厂家合作进行滑动花键磨损台架试验。本次台架试验采用QC/T 523-1999 《汽车传动轴总成台架试验方法》，其中传动轴花键为2201H62A-010花键副，如图1所示。

图1 试验用花键副

3.1 试验条件

(1)试验扭矩：3040 N·m。

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(2)花键伸缩量：≥10 mm；试验伸缩量：12 mm。

按照确定的配方和生产工艺进行滑动花键润滑脂样品制备，进行两批大试生产。大试样品全分析数据如表6所示。

2.3.2 极压抗磨添加剂考察

由图3和表2可知，3种干信比对应的间歇采样重复转发干扰下脉压雷达获取的目标距离误差分别为-11，-12，-14 m，目标速度误差均为 -0.013 m/s，距离域和速度域均未对脉压雷达形成干扰，而多相位分段调制干扰下雷达获取的目标距离信息和速度信息均与真实目标信息间存在较大误差，形成了欺骗假目标。值得一提的是，随着干信比的提高多相位分段调制干扰下的MTD峰值幅度逐步增大，在30 dB和40 dB时，明显大于间歇采样重复转发干扰，即采用大干信比时多相位分段调制干扰的干扰能量利用率高于间歇采样重复转发干扰。在实验一的基础上，后面的实验均在干信比40 dB下研究两种干扰的遮盖效果。

3.2 试件安装示意图(见图2)

图2 试件安装示意图

3.3 走合程序

加载后，花键滑动次数超过37万次，记录花键滑动次数，观察花键副的磨损情况，计算花键副磨损量，得到试验结果。

做好施工后的质量管理工作，可以有效的促进水利工程的完美竣工。因此，当水利工程施工后，相关人员就应及时的审核竣工资料，不仅要对相关质量检验报告进行有效审核，而且还应对技术性文件进行审核，这样才能确保工程的竣工能够符合相关工程竣工的要求和标准。企业还应实行一定的保修制度，为工程后期的服务提供一定的保障。

3.4 滑动花键磨损试验

未加载荷，转速500 r/min，运行1 h，花键滑动1800次。

3.5 试验结果

整个试验过程中没有进行试验部位润滑脂的更换，且台架试验未发生异常，一直处于正常状态中。截至台架试验正常停机，对台架试验的两根传动轴花键进行现场拆解,拆解图片见图3～图4。

在沉积芯层薄膜时掺杂8.3×10-7 m3/s GeH4可调高芯层的折射率，控制芯层折射率高于上/下包层折射率.图4(a)中，在SiH4、N2O、GeH4的条件下仅改变SiH4的流量，可明显看出随着SiH4和N2O的流量比(22.6，24和27.6)的增加，薄膜折射率下降，并且折射率分布规律与图3(a)相同；图4(b)中，随着流量比的增加，曲率1和曲率2分别变大，向着压应力方向变化，这也是芯层不通过SiH4流量来改变折射率的重要原因.所以，为了控制应力不引起其它参数变化，掺杂GeH4可以进一步提高薄膜的均匀性，保证晶圆器件具有良好的成品率.

五是科学技术因素。有利面是科技支撑能力不断加强，特别是开源节流和保护的技术支撑能力不断增强，促进了水资源节约和污染防治。不利面是节水、污水回用技术水平与发达国家尚有较大差距，技术创新尚远不能满足现实需求。

图3 台架1#轴拆解图片

图4 台架2#轴拆解图片

台架试验前后拆解花键部件的试验现象有：

(1)试验过程中，两根传动轴花键轴和轴套接口部位未发现润滑脂甩脂或渗油现象；

(2)试验后，花键轴齿侧和轴套内侧润滑脂分布饱满均匀，部分齿侧间润滑脂出现颜色变深现象，2#轴脂的变深现象更为明显；且取样过程中发现润滑脂中有残留的细纤维物质存在。

(3)试验后，将1#花键轴和2#花键轴齿侧间的润滑脂清除干净，观察花键齿表面无锈蚀腐蚀、无明显擦伤现象；1#花键轴表现较好，2#花键轴齿侧部分出现明显较为光亮的痕迹。

台架试验数据结果，见表7。

表7 台架试验数据结果

如表6所示，本次台架试验中，试验要求花键的滑动次数为37万次，1#轴和2#轴实际滑动次数为38.2万次，均满足试验要求；试验要求花键磨损量≤0.15 mm，1#轴花键的实际磨损量为0.017 mm，2#轴花键的实际磨损量为0.017 mm，均满足试验要求。通过台架试验数据可以得出，该新型花键润滑脂完全满足台架试验要求，对滑动花键起到了良好的润滑保护作用，达到预期研制目标。

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