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润滑油中添加二硫化钼对轴承使用性能的影响

作者: 发布时间:2018-07-30 浏览次数:155
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润滑油中添加二硫化钼对轴承使用性能的影响

像石墨一样,二硫化钼(MoS2)也属于层状网格结晶,与石墨不同的是具有夹层结构。已经知道MoS2的四种结晶形态,即3H、2H、2H 2、2T型,其中只有2H型结晶才有良好的润滑性,其晶体是一种六方晶体的网状结构,由硫、钼、硫三个平面层构成薄层单元。为进一步了解这种晶体结构与润滑性能的关系,采用符合这种2H型结晶结构MoS2M-007B作为润滑油添加剂,通过试验来分析它对轴承使用性能的影响。

 

1、试验方法

用同一批次生产的6204深沟球轴承在相同试验条件下,进行润滑油中加与不加添加剂MoS2两种情况下的对比试验。试验样本容量:8套/组,共2组。500h定时截尾试验,每试验100h后停机拆下轴承检查,测量轴承的质量、游隙、振动等,观察其变化情况。

试验条件:根据标准轴承的试验转速一般不超过轴承极限转速(18000r/min)的60%,具体数据结合试验机本身的转速表数据选用。为检验MoS2M-007B在高载荷状态下抗极压性能,选当量动载荷P约为基本额定动载荷Cr(12800N)的1/4。基本额定寿命L10=106/60n Cr3/P,选定P/Cr和n,本次实验的转速n=10000r/min,P/Cr=0.255,即得出L10=100h。润滑方式采用N32机油喷射循环润滑,A组轴承实验润滑油中添加MoS2M-007B,与N32机油比例为1:4,B组轴承实验润滑油中不加添加剂。

 

2 、对轴承性能的影响

2.1 对轴承温度的影响

试验过程中,每隔2h记录一次各套试验轴承的外圈温度,对记录的轴承温度值进行取算术均值得到表1。由于试验机上1号工位和4号工位散热较好,测出的外圈温度也较低;而2号工位和3号工位散热较差,测出外圈温度也相应的高于1号工位和4号工位。表中序号2、6和序号3、7分别对应2号工位和3号工位,序号1、5和序号4、8分别对应1号工位和4号工位。

 

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从表中可以看出同工位轴承的温度相比,A组普遍较低,说明润滑油中添加MoS2M-007B对轴承的润滑降温起一定作用。

 

2.2 对轴承磨损的影响

每试验100h后称轴承质量,计算出每套轴承试验过程中质量的变化量,然后分时间段对两组轴承质量的变化量取算术均值,求出单位时间的磨损量(或平均磨损速度),两组轴承的平均磨损速度如图1所示。

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试验开始由于摩擦表面总具有一定的粗糙度,在磨合初期只有很少的轮廓峰接触,因此表面真实应力很大,使接触轮廓压碎和塑性变形,同时一些薄的表面被冷作硬化,原有的轮廓峰逐渐局部或完全消失,磨损严重,曲线呈明显的下降趋势,此阶段属跑合磨损阶段。磨合后形成了给定摩擦条件(材料、压力、温度、润滑)下比较稳定的粗糙度,磨损量较小,此属于稳定磨损阶段。经过相对长时间的稳定磨损后,导致有些轴承疲劳失效,此阶段属于剧烈磨损阶段。从图中可以看出:A轴承磨损量较B轴承磨损量小。从理论上讲,轴承实验时间长磨损越多,但实际实验结果A组轴承磨损量较小。说明润滑油中添加MoS2M-007B对轴承减少摩擦和耐磨起了一定的作用。

 

2.3对轴承寿命的影响

经过500h定时截尾试验,A组有3套失效,均为滚动体失效。B 组8套全部失效。两组轴承寿命试验通过时间及失效形式见表2。

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用二参数Weibull分布函数处理方法对两组轴承的试验结果进行分析处理,结果见表3。β为Weibull分布的形状参数,也称斜率参数,它可以决定Weibull分布曲线的形状,β越大则失效数据比较集中,反之则较离散。ν为Weibull分布的尺度参数,也称特征寿命,无论Weibull分布的形状参数β取什么值,在t=ν时,分布所取值都是一样的,即都是0.632。在β不变时,相当于失效机理不变,则ν的物理意义就是直接影响产品的寿命质量,ν越大时寿命就越长。R(t)为产品的可靠度,R(t)=e-(t/v)β。L10t为基本额定寿命实验值,L50t为中值寿命。从中可以看出两组轴承的寿命差异是十分显著的,其中A组的可靠度比较高,其基本额定寿命是B组的3倍多。说明润滑油中添加MoS2M-007B提高了轴承的承载能力,从而对轴承的寿命影响较大。

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2.4对轴承游隙的影响

每试验100h后测每套轴承的径向游隙,计算其变化量的平均值,把各变化量均值用曲线连接得到对比示意图2。同一批次的轴承试验前原始游隙数值基本相同。跑合磨损阶段滚动表面的凸峰逐渐磨平,游隙明显增大,A组游隙变化量较小。稳定磨损阶段属于材料之间的正常磨损,粗糙凸峰减少,磨损也减少,游隙增加的速度缓慢,但含有添加剂MoS2M-007B的A组游隙变化量还是小于B组游隙变化量。剧烈磨损阶段两组游隙变化突然增大,A组轴承游隙变化量增加趋势较明显,B组轴承游隙在很短时间内发生剧烈变化,更甚者在下一时间段测游隙前已经疲劳失效。

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2.5 对轴承振动的影响

每试验100h后测轴承的振动加速度值和振动速度值,分别计算出变化量的平均值,结果见表4。

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试验前每组轴承振动加速度和速度值基本相同,试验一段时间后即发生明显变化,进入稳定磨损阶段变化量又减小,剧烈磨损阶段又突然增大。A组振动变化量均呈浴盆趋势变化,而B组在相同的磨损阶段振动变化量较A组大,由于没有使用添加剂,磨损较快,稳定磨损和剧烈磨损阶段都很短,在下一时间段测振动前已经疲劳失效,其变化情况和游隙变化类似。

3    MoS2作用机理分析

(1)由于MoS2 M-007B粉体的团聚性以及本次试验使用添加剂的粒子很小,所以MoS2M-007B能比较均匀稳定地分散在润滑油中。并且在这些润滑微粒的表面具有活性,能很好地附着在金属表面上,形成连续而致密的与底材附着的牢固的吸附膜,在轴承摩擦面覆盖一个光滑的保护层,使沟道和钢球摩擦副表面很好的分离。当剪切力破坏油膜时,减少了摩擦副间的直接接触,延缓了金属接触表面间的磨损,抗磨损性能平均高1倍,轴承的使用寿命明显提高。

(2)MoS2M-007B晶体内部层与层之间以较弱的分子力相联接,层间结合力较小,MoS2M-007B分子极易从层与层之间剥离。况且层空间间隙较大,各层之间又可以相互滑移。在收到外部剪切力作用时,晶体内相接处的硫表面层就互相滑动。减小了接触面间摩擦阻力,降低了因摩擦而产生的热量,同时也提高了轴承的承载能力,特别是温度较高时实验轴承温度相差较大,可以明显降低轴承的使用温度。

(3)由于这些具备优良润滑性能的润滑油添加剂粒子与底材的亲和性,压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,进入摩擦表面MoS2M-007B分子层就更厚。易剪切的表面膜便使摩擦表面很好的分离,可以有更多的摩擦副表面微坑和损伤部位得到进一步填补和修复。减少金属接触表面间的直接摩擦,起到了有效的润滑和抗摩减摩作用。因磨损而增大的游隙得到修补,使游隙的变化速度较润滑油中无添加剂MoS2  M-007B时缓慢。

由此可见,润滑油中添加MoS2M-007B可以明显改善轴承润滑条件,减少各零部件的摩擦与磨损,延长其使用寿命。另外MoS2M-007B能克服各种摩擦副中粘滑现象,防止告诉运转轴承的胶合。使轴承有轻的启动转矩,动作平稳,工作正常,以及用少量油脂而延长润滑寿命与保证使用期限。

实验测出的结果,润滑油中添加MoS2M-007B与润滑油中无这种添加剂的轴承实验温度相对较低。

接摩擦,起到了有效的润滑和抗摩减磨作用。因磨损而增大的游隙得到修补,使游隙的变化速度较润滑油中无添加剂MoS2M-007B时缓慢。

由此可见,润滑油中添加MoS2M-007B可以明显改善轴承润滑条件,减少各零部件的摩擦与磨损,延长其使用寿命。另外MoS2M-007B能克服各种摩擦副中粘滑现象,防止高速运转轴承的胶合。使轴承有轻的启动转矩,动作平稳,工作正常,以及用少量油脂而延长润滑寿命与保证使用期限。

试验测出的结果,润滑油中添加MoS2 M-007B与润滑油中无这种添加剂的轴承试验温度相对较低。

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