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近年来,汽车正朝着低燃耗、小型和轻量化的方向发展。FF(前轮驱动)车已从轻型轿车扩大到高排气量的车型。随着FF车的普及和4WD(四轮驱动)车的迅速增长,促使等速节(CVJ)的产量急剧上升。据最近统计,CVJ润滑脂目前已占汽车用脂总量的60%。此外,轮轴轴承(WB)也正向小型、轻量化和组合型方向发展。由于汽车小型轻量化,使许多部件尺寸缩小,结构设计发生了变化,润滑条件也变得更加苛刻,对润滑脂的性能要求也随之发生了改变。汽车润滑脂的润滑部位很多,以下介绍CVJ、WB以及电装置和电接触点润滑脂最近的概况和开发动向。
1 汽车等速节润滑脂
CVJ分为固定型和滑动型2类,而这2类中又分别有球笼式和三销式。以前固定型CVJ以46.5o角为主流,由于车轮和差动装置的多样化,需要取更大的角度,所以20世纪90年代初开发了50o角的固定型CVJ。固定型CVJ以前用6个滚珠,为实现小型轻量化,将滚珠的直径减小,将个数从6个增加到8个,完成了在负荷容量不变前提下的小型轻量化。滑动型CVJ也进行一系列改进,外径缩小了4~7%,重量减轻了10~15%。进入21世纪后,汽车进一步向小型轻量化、高扭矩化方向发展,CVJ的使用角度将进一步增大,要求轴向力和摩擦力进一步降低。
减小轴向力,防止由此引起的振动是滑动型CVJ需要解决的问题之一。滑动型CVJ的滚珠或滚锥与外轮环之间,保持架与外轮之间的摩擦都是产生轴向力的主要因素。车辆在行驶过程中,当循环产生的轴向力与发动机产生的振动形成共振时,就会产生噪声和振动。因此,要使轴向力减小到最低限度,就必须要求润滑脂能有效降低摩擦力,提高润滑性能。
球笼式CVJ一般使用含二硫化钼的极压锂基润滑脂,但所使用的润滑脂类型很多。以极压添加剂为例,有硫化烯烃、硫化油脂、磷酸酯、亚磷酸酯、二硫代磷酸锌等。基础油为矿物油,稠度大多为1号或2号。这些润滑脂在使用过程中,发现当车辆加速时会发生晃动,高速行驶时发生噪声并伴随着振动。为降低摩擦磨损,防止振动,后来开发出一系列低摩擦系列的CVJ润滑脂。这些润滑脂是使以合成烃、聚醚或精制矿物油为基础油,以脲化合物(单脲,双脲,聚脲)为稠化剂,加入二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)、二烷基二硫代磷酸钼(MoDDP)和二芳基二硫代磷酸钼等油基钼化合物和二烷基二硫代磷酸锌、二芳基二硫代磷酸锌等有机锌化合物。用SRV振动摩擦磨损试验机评价,发现添加MoDTC和MoDDP的脲基润滑脂和锂基润滑脂与以前的极压锂基CVJ润滑脂相比,摩擦系数显著降低,发热温度也大幅度降低。
在轴向力试验中,添加了MoDTC和MoDDP的脲基润滑脂和锂基润滑脂与以前的极压锂基CVJ润滑脂相比,分别降低了45%和20%。在轴向力降低方面,脲基润滑脂比锂基润滑脂降低幅度更大,效果更为明显。台架耐久性试验结果显示,添加了MoDTC和MoDDP的脲基润滑脂比以前的极压锂基CVJ润滑脂的耐久性好很多,到达破裂的时间要长好几倍。由此可见,脲基润滑脂通过添加MoDTC和MoDDP可显著降低摩擦系数和延长润滑寿命。除此之外,在润滑脂组成中添加MCA(三聚氰酰胺三聚氰酸加合物)、BN(氮化硼)以及亚硝酸钠,用于小型轻量化等速节也均有提高耐久性的效果。
目前开发的低摩擦系数的CVJ润滑脂类型很多,以降低摩擦,防止摩擦效果显著的润滑脂组成为例,采用的基础油为精制矿物油、聚醚和合成烃等。稠化剂采用双脲或聚脲。其他组成有MoDTC、石油磺酸钙盐、烷基芳基磺酸钙盐、氧化石蜡的钙盐及其过碱性钙盐等、硫代磷酸盐及其它硫磷极压剂。这类润滑脂已经被确认有显著建娣摩擦和防止振动的效果。
另据报导,不同稠化剂的润滑脂在等速节内的工作状态各异,可分为粘附型和流动型。试验证明,当CVJ润滑条件苛刻时,使用流动型的脂效果良好。
出于于环保考虑,CVJ润滑脂要排除有害物质和减少脂用量。2003年,根据EU的规定,CVJ润滑脂要向无铅化方向发展,而且钼的添加量也在减少,正由含钼多的二硫化钼向含钼少的有机钼转换。减少脂用量,将会引起油膜破裂,造成金属表面磨损,在耐久性方面出现问题。作为对应措施,在脂中添加有机化合物和过碱性盐,在摩擦表面形成细微的凹凸覆盖膜,抑制表面磨损,使脂用量减少成为可能。
从CVJ润滑脂的变迁来看,1990年以前,均以锂皂为稠化剂,配合铅系添加剂和二硫化钼。1990~2000年,锂基脂约占60%,为提高耐热性而开发的脲基脂约占40%,脲基脂同样也添加铅系添加剂和二硫化钼。2000年之后,根据环境保护的要求,无铅的脲基脂成为CVJ润滑脂的主流,而锂基脂已不足10%,逐渐趋于消失。
2 汽车轮轴轴承润滑脂
轮轴轴承(WB)以普通型为主,从20世纪80年代开始,随着汽车向FF、4WD车型发展,为实现减少部件数量和小型轻量化的目标,正向组合型过渡。
目前轿车基本上采用组合型WB,但卡车等大型车辆一般仍使用普通型WB。普通型WB是由两个独立的滚珠或滚锥轴承结合而成。润滑脂分别填充到轴承和轮毂内,行驶时受到剪切或制动器发热等,引起温度升高,由此产生润滑脂软化、基础油分离、轮毂内的润滑脂泄漏或水、粉尘的混入等各种问题。其结果时润滑脂变差而造成轴承磨损和润滑脂分离出来的基础油流入刹车系统而造成车辆制动不良等。因此,用于普通型的润滑脂最重要的时耐泄漏性好。此外,为避免润滑脂与水接触时出现软化,耐水性也很重要。
耐泄漏性的评价方法主要是辊筒试验(ASTM D1831)、混合安定性试验及泄漏性试验(JIS K2220)。高温低速辊筒试验中,屈服值大的润滑脂耐泄漏性好。稠化剂的类型或含量对脂的耐泄漏性影响较大,稠化剂纤维短、含量大、较硬的脂效果较好。140℃泄漏试验显示,短纤维锂基脂和复合锂基脂耐泄漏效果好。在更高温度条件下,复合锂基脂比短纤维锂基脂耐泄漏效果更好。目前普通型WB大多使用短纤维锂基脂,温度更高的场合使用复合锂基脂或脲基脂。 |