1 设备对润滑脂低温性能的要求

润滑脂低温性能是指润滑脂在低温下保持其性能的能力.我们知道润滑脂是由基础油加稠化剂和添加剂组成的，在低温条件下润滑脂的稠化剂会发生一定的变化，但对润滑脂的使用影响不大；而组成润滑脂的基础油，在低温条件下，不仅粘度发生较大的变化，而且使润滑脂的性能发生很大的改变，甚至会使润滑脂完全冻死，不仅使润滑脂完全丧失其功能，还有可能造成摩擦副的损伤；添加剂虽然添加量很少，但也会对润滑脂的低温性能产生一定的影响，尽管影响不是很大，但还是会提升润滑脂的最低使用温度。因而，我们认为润滑脂的低温性能是润滑脂最主要的基础性能之一。 
在生产型企业中，润滑脂的使用最低温度可以放得比较高，一般在-20度以上，这是因为，生产型企业的设备一般都工作在固定的室内，有的还有加温装置，因而使用最低温度都不会太低；当然也有很多生产型企业的部分设备是在户外，如钢铁和建材厂的原料车间、风力发电设备、露天采矿涉笔等，这些设备的最低使用温度与天气有密切的关系；也有少部分生产企业的设备是处于极端的低温条件下，如空分设备、制冷设备等，这些设备的最低温度远远超出气候条件下的使用温度。

而在服务型企业中，很多设备都是在全天候的条件下工作，有的甚至在高原高寒的气候条件下工作，其最低使用温度有可能比户外的低温还要低，如交通运输设备、石油、天燃气、液化气输送设备、冷冻设备、输变电设备、实验设备等。这些设备的使用要求的温度室非常苛刻的，因而对润滑脂的低温性能要求非常高。

汽车、工程机械、精密轴承、 航天器部件、家电等在冬季或寒冷 地带工作时要求具有良好的启动性 能，能够保持平稳运转。由于部件工作的温度与环境温度近乎一致,在寒冷地区使用时,要求润滑脂在低温条件下仍能保待良好的润滑性能,它取决于润滑脂低温条件下的粘度及低温性能。
我们知道润滑油的粘度随温度的升高而减小,所以同一种润滑油, 由于温度不同,粘度也不间,这种特性称之为粘温特性。润滑脂的粘温特性则要比润滑油复杂,因为润滑脂结构体系的粘温特性还要随剪力的变化而改变。

低温润滑脂是一种应用广泛宽温度机械润滑脂。突出的是宽温度、高转速、轻负荷。主要用于飞机控制系统，精密仪器，无线电设备和轻负荷，高转速，温度范围广，密封球轴承的润滑，并且在铁路、冷饮、电力、风电、光伏等行业的关键部位使用。随着机械装备的进步发展，尤其是高铁、精密电器、航空等新技术应用的普及，对于负荷承载能力、耐高温度、抗氧化及更长使用寿命的要求提高，在使用过程中达到最低工作温度时，对低温启动力矩的要求提高，以帮助精密仪器实现更为精确的运转目标。

2 润滑脂的低温性能

2.1 润滑脂的低温泵送性能
润滑脂的低温泵送性能是指润滑脂在低温条件下，把润滑脂送到分配系统的管道喷嘴和脂嘴等部位的难易程度。润滑脂的低温泵送性能主要揭示了润滑脂在低温条件下的流动性能河分配性能，润滑脂在低温条件下若流动性和分配性不好，将导致润滑失效，设备损坏. 
影响润滑脂低温泵送性的主要因素有：1、稠化剂的类型与含量，不同的稠化剂对润滑脂的泵送性的影响也是不同的，在常见的稠化剂中，铝皂和复合铝皂的泵送性相对较好，锂皂和复合锂皂一般，钙皂较次；而稠化剂的含量越高，润滑脂的硬度就越大，其泵送性就越差。2：基础油的粘温特性，这里说的粘温特性与粘度指数有很大的差别。粘度指数只是反应基础油在40~100 ℃之间粘度随温度变化的特性，而这里的粘温特性是指在低温条件下的粘温特性，如在不同的低温条件下，基础油可以流动的粘度。3、基础油的类型和粘性介质，对于基础油的类型来说，在低温条件下分子量越大、粘性介质占比越高的基础油对润滑脂的低温泵送性能影响就越大，反之就小，从目前常见的基础油来看，PAO和硅油对润滑脂的低温泵送性影响较小。
润滑脂低温泵送性的测定方法有两种，一种是采用美国 ASTM D1092 和德国 N51805标准方法。其方法内容是将润滑脂的检测喷咀与压力测定结合在规定的温度条件下，使压力以30秒的间隔上升，测定润滑脂从检测喷咀开始被扭曲挤出到挤掉的压力。

这个方法主要是评价润滑脂在常温及低温下，流动性能及泵送性。
另一种是采用润滑脂相似粘度法，润滑脂的相似粘度表示润滑脂在一定温度下的流变性能及泵送性能；其方法采用SH/T 0048-91标准方法. SH ／T 0048 ?91 润滑脂相似粘度测定法。该法所使用仪器为A K B ?2 型粘度计，是一台变动流量式压力毛细管粘度计。它是利用弹簧作用于顶杆，使试样管内试样经受压力，而从毛细管流出， 随着弹簧的松驰，管内的压力逐步下降。这种变动流量式压力毛细管粘度计一次试验，即可得到一系列平均剪速下的相似粘度值，其平均剪速范围可根据毛细管的半径进行选择。
润滑脂是非牛顿流体其粘度是温度和剪速的函数测定润滑脂在规定的试验温度 -10℃~-45℃和剪速10S-1下的相似粘度Pa.S.粘度对机械的动力消耗有很大影响。粘度越大，摩擦阻力越大，启动阻力越大，尤其是在低温启动时更是如此。

2.2 润滑脂的低温起动性能

润滑脂的低温起动性能是指采用润滑脂润滑的摩擦副在低温条件下启动时要克服的阻力。
这个阻力从哪里来的？我们知道润滑脂是一种可塑性的物质，当它受到剪切应力超过己的强度极限时，就产生流动，则这个剪力就是阻力之一。随着温度降低，这个阻力会越来越大，阻力越大，启动阻力越大，尤其是在低温启动时更是如此。
影响润滑脂低温起动性能的主要因素有：1、稠化剂的类型，我们知道润滑脂的稠化剂决定了润滑脂的结构骨架，不同稠化剂的润滑脂有着不同的结构骨架，而不同的结构骨架则有不同的强度极限，因而所需的剪力也就不同。2：润滑脂基础油的粘温特性，润滑脂的粘温特性主要与其基础油的粘温特性有关。用低粘度、粘温特性好的基础油可改善润滑脂的粘温特性。
润滑脂低温起动性能的试验方法采用的是滚珠轴承润滑脂低温转矩测定法（ SH/T0338-92 ）（ASTM D1478）
低温转矩按SH/T0338-92滚珠轴承润滑脂低温转矩测定法。
低温转矩是在一定低温下，以试验润滑脂润滑204型开式滚珠轴承，当其内环以1r/min的速度转动时，阻滞该轴承外环所需的力矩。用启动转矩和运转转矩来表示：
①起动转矩??即开始转动时测得的最大转矩。
②运转转矩??即在转动规定的时间后测得平均转矩值。
低温转矩是衡量润滑脂低温性能的一项重要指标，润滑脂低温转矩特性好，就是指润滑脂在规定的轴承中，在低温试验条件下的转矩小。低温转矩的大小关系到用润滑脂润滑的轴承低温起动的难易和功率损失，如果低温转矩过大将使起动困难并且功率损失增多。低温转矩对于在低温使用的微型电机、精密控制仪表等特别重要。精密设备要求轴承的转矩小而稳定，以保证容易起动和灵敏、可靠地工作。

润滑脂的低温转矩直接反映了润滑脂的低温性能。在低温下测得的起动转矩值越小．则起动功率消耗也越小，即润滑脂的低温性能越好，在低温下使用时的效果也就越好些。相反，某些脂在低温下的起动转矩值较大，甚至出现卡住现象，则脂的低温性能差，也不适合在低温下应用。因而低温转矩是低温用润滑脂和宽温度范围用润滑脂重要的件能指标。

3 润滑脂的低温性能指标

润滑脂的低温性能主要有相似粘度或表观粘度、低温转矩两项重要指标。
3.1 相似粘度或表观粘度：液体在流动时相互阻止的能力，称为粘度或内摩擦。润滑脂的粘度在一定温度下是一个随剪切速率而变的变量，润滑脂的这种粘度称为相似粘度或表观粘度，表征润滑脂的低温流动性，单位为Pa•S。对润滑脂粘度的测定，主要是用于预测润滑脂泵送性，对集中供脂系统是非常重要的，另外，粘度大对动力消耗有很大影响。  
3.2 低温转矩:  主要考察润滑脂在低温下对设备启动的影响。将润滑脂装入规定的试验轴承中，安装在试验仪器上在低温下恒温一定时间然后测定其启动与运转的力，计算出启动转矩和运转转矩。该试验主要是通过润滑脂在低温下测的启动与运转转矩的大小来考察脂的低温性能。以对低温条件下设备用脂提供帮助。转矩大，低温性能不好，使用时很容易使动力消耗大，甚至设备在低温下不能启动，将电机设备烧毁。  
润滑脂的 低温性能是影响这些设备在低温下 正常工作的主要影响因素，低温转 矩是评定润滑脂低温性能的一个重 要指标，是润滑脂阻滞低速滚珠轴 承转动的程度，反映了润滑脂在低 温下的内摩擦阻力的大小。润滑脂 低温转矩的大小关系到轴承低温启 动的难易和功率损失，低温转矩过 大将使得轴承启动困难，并且功率 损失增多。

4 润滑脂低温相似粘度的测定与评价

润滑脂的相似粘度是指润滑脂在所受剪应力超过它的强度极限时，就会产生流动，润滑脂流动时也会出现内摩擦，润滑脂的内部摩擦特性是用相似粘度来表征的。 

润滑脂的粘度和普通液体的粘度不完全一样，普通液体的粘度在一定温度时是一个常数，不随液层间的剪切速度而改变，普通液体是按牛顿流体流动定律运动的。润滑脂的流动不服从牛顿流体流动定律，它流动时的粘度，在一定温度时不是一个常数．而是一个随脂层间剪速而改变的变量。在剪速小时，它的粘度大：剪速增大时，它的粘度变小；在剪速很大时，它的粘度小至一定程度而保持恒定。  

润滑脂的相似粘度是润滑脂一项重要的基本特性．对润滑脂在机械中的使用性能中有很大关系.润滑脂在轴承和其它摩擦部件上进行润滑时，是以它的内部摩擦代替机件摩擦表面之间的固体摩擦。因此，润滑脂的粘度对使用润滑脂的机械的动力消耗有很大的影响。如果使用的润滑脂的相似粘度较大，显然摩擦损失也比较大    润滑脂粘度随剪速变化的性质，使它在速度经常变动的机械上使用时有特?的适定性。当速度高时．要求润滑脂的粘度低，这时润滑脂纤维定向结构破坏得厉害，恰好粘度变低。当转速慢时要求润滑脂的粘度较大．而润滑脂在剪速低时粘度也较大。润滑脂粘度随剪速的变化基本符合机械转速变化对润滑脂粘度的要求。   

润滑脂在剪速很小时的粘度与被润滑的摩擦部件的启动有很大关系；由于润滑脂在剪速小时粘度大，所以此时如果润滑脂的粘度过大会增加启动阻力。特别是在低温下润滑脂的相似粘度增大，更会使低温启动受到影响，甚至启动困难；实际上机械启动时，克服润滑脂在剪速小时的流动阻力所需的力比克服强度极限所需的力大得多。

润滑脂在一定温度条件下的粘度是随着剪切速率而变化的变量, 这种粘度称之为相似粘度,单位为:Pa.s。润滑脂中相似粘度随着剪切速率的增高而降低,但当剪切速率继续增加，润滑脂的相似粘度接近其基础油的粘度后便不再变化。润滑脂相似粘度与剪切速率的变化规律称为粘度一速度特性。粘度随剪切速率变化愈显著,其能量损失愈大。一般可以根据低温条件下润滑脂相似粘度的允许值来确定润滑脂的低温使用极限。
润滑脂的相似粘度也随温度上升而下降,但仅为基础油的几百甚至几千分之一,所以,润滑脂的粘温特性比润滑油好。
SH/T 0048-91 规定了润淆脂相似粘度的测定方法，采用的是非恒定流量毛细管粘度计。

4.1 试验方法
液体在流动时相互阻止的能力,称为粘度或内摩擦,润滑脂的粘度在一定温度下是一个随剪切速率而变的变量,润滑脂的这种粘度称为相似粘度、或表观粘度,单位为Pa?s.
本方法使用的自动毛细管钻度计是一种变动泡量式压力毛细管黏度计。
利用弹簧作用于顶杆使试样管内试样经受压力,,而从毛细管流出、随着弹簧的松,管内的压力逐步下降,因此这种变动流量式压力毛细管粘度计一次试验、即可得列一系列平均剪切速率下的相似粘度值。 其平均剪切速率范围可根据毛细管的半径进行选择。

由联于弹簧的记录笔盒度转换得到试样管内的压力,根报系统的压力和色组管半径及长度,可计算到滑脂在毛组管中受到的剪应力。
润滑脂在毛细管中流动的平均剪切速率进行计算。由于此粘度计的流量是变动的,在一定毛细管情况下取决于顶杆的下降速度,这个下降速度不易直接测得,利用一定线速度旋转的记录筒, 记下工作曲线,曲线上的任盒一点代表某一瞬间的粘度特性,由该点的切线与水平线的夹角的正切乘以记录筒的线速度即为顶目的下降速度，根据这个原理,即可计算出润滑脂在毛细管中各个瞬间的平均剪切速率。可以计算润滑脂在各个瞬间的相似粘度。



5 润滑脂低温转矩的测定与评价 

低温转矩是表示润沿脂在低温条件下使用时阻滞低速度滚珠轴承转动的程度。低温转矩可以表示润滑脂的低温使用性能，用 9.8N.cm

转矩测出使轴承转动一周时的最低温度,作为润滑脂的最低使用温度。润滑脂的低温转矩除了与基础油的低温粘度有关以外，还与润滑
脂的强度极限有关。

SH/T0338_92《滚珠轴承润滑脂低温转矩测定法》规定了启动与运转转矩的测定方法,该方法可测在一 20℃条件下滚珠轴承润滑脂的启动与运转转矩,作为评价润滑脂在低温条件下运转阻力大小的评定指标。

5.1 试验方法：

将一个合格的清洗干净的 D 204 型轴承，用装脂杯反复填满试样，在规定的温度下静止恒温 2h 后，以轴承内环 1±0.05r／min 速度转动，测定其作用在轴承外环上的润滑脂阻力。由于这个阻力与转矩成正比，因此以所测定的起动转矩和运转转矩来表示。
起动转矩??在开始转动时测得的最大转矩。
运转转矩??在转动规定时间(60min)后转矩的平均值。

5.2 试验装置
试验装置如图 所示。试验装置由以下几部分组成：

低温箱：可采用任一种绝热性良好的箱子，其内部容积为 0.03 m 3 或更大一些。箱内空气温度可以控制并保持在 0～-70±0.5℃范围内。箱体内冷却介质出口处设有挡板，以防止试验轴承与冷却介质直接接触。
传动装置：试验轴承安装在试验轴上，轴肩的高度应不高于轴承内环的肩部，用一个厚度不小于 1.6mm 的平垫圈和一个锁紧螺钉将轴承内环压紧在 1r／min 试验轴上。
转矩试验装置：为一经平衡处理的鼠笼式负荷轴承座。轴承座总的质量调整到 454±3g。如图 3 所示。
转矩测量装置：是一个标定过的，表面直径为 178mm 和量程为 0～1.8kg 或更大一些范围的测力计。精度每格 7g。

5.3 操作步骤
5.3.1试验轴承需用溶剂油清洗两遍，再用石油醚漂洗两遍，将清洗干净的轴承放置在烘箱内，在 100℃温度下干燥 20min 或用热风机吹干。装试样前轴承必须冷却至室温，并用于转动轴承检查是否正常。
5.3.2将清洁、干燥的轴承安装在心轴(见图 4)上，用垫片和螺钉固紧轴承的内环，用干净的钢刮刀将试样装入专用装脂器的脂杯(见图 5)内，装满脂杯的 3／4，尽量避免混入气泡。然后将轴承压入杯内的试样里，正反两个方向反复缓慢转动内环，以使试样能够进入轴承各个部位。当轴承的端面与脂杯的上端面对齐时，将轴承拔出并卸下。而后将轴承端面颠倒并重新固定，再将轴承直接压入脂杯，当轴承的端面与脂杯的上端面对齐时，慢慢地将轴承拔出；把沾在轴承边缘多余试样刮去，排除可见气泡并填满试样，然后取下心轴用刮刀刮平轴承两端。装好试样的试验轴承，在测定起动转矩以前不允许转动，以利于试验结果的重复。
注：在轴承装填试样的整个操作过程中，都应在清洁和干燥的环境中进行。
5.3.3将装好试样的轴承仔细安装在轴承座内。
5.3.4当低温箱内温度预冷到试验所要求的温度时，打开低温箱门，把试验轴承及轴承座安装到试验轴上并固定好，安装时注意不能转动试验轴承。
5.3.5检查测矩绳子并涂少许硅油，确保不结冰或不碰到孔壁，并保证测矩绳处于拉紧状态。冷却期间，用一个两瓣的橡皮塞塞严通孔。在起动前应拔去橡皮塞。
5.3.6将测力绳挂在轴承座外圈挂钩上，调整绳子到接近拉紧为止，此时外圈上的挂钩必须超过切点，至少向下要偏转在 90°的位置。以保证测力绳不会滑出轴承座的外圈边缘。轴承座转矩半径为 0.065m。
5.3.7关闭低温箱的门，继续冷却到试验要求温度时，开始计时，恒温 2h，试验温度的温差应保持在±0.5℃以内。在恒温期间，切勿转动试验轴承，否则试验无效。为了防止空气中湿气过多地冷凝，试验前在低温箱内放置一些干燥剂(如活性氧化铝等)。
5.3.8为确保试验的顺利进行，当试验温度要求在-50℃以上时，在恒温期间，其干冰入口处的调节活门开度应调节到约 1／3 处，挡盘应与干冰入口压盖的边缘对齐；当试验温度要求在-50℃以下时，其干冰入口处的调节活门开度要相应增大，挡盘应全部移开。

5.4 试验结果
5.4.1起动转矩
开动驱动马达，观察测力计指针，记下达到的最大读数，这个读数出现在开始运转后的几秒钟内。将刻度读数值(lb)乘以K 值作为起动转矩值，mN?m。
5.4.2运转转矩
继续转动试验轴 60min，保持试验温度的温差在±0.5℃以内，在 60min 后的 15s 内观察测力计的平均读数，将这个读数值(lb)乘以 K 值，记下这个数值作为运转转矩值，mN?m。

5.5 计算
试样的转矩值 M (mN?m)按下式计算：

M=K*P
式中： K ??常数(289)；
P ??测力计读数，lb。
注：K 值常数 289 是由测力计刻度读数值(lb)换算到mN 再乘以轴承座转矩半径 0.065m 而得到的。

6 低温润滑脂的应用

6.1 低温润滑脂的产品性能 

◆ 具有良好的低温润滑性能，可完全满足-60℃的极低温使用要求；
◆ 优异的低温启动性能；
◆ 优异的高温性能，高温可达到150℃；
◆ 具有良好的氧化安定性和防腐蚀性，胶体安定性能好；
◆ 具有长的轴承运转寿命，使用寿命比矿物型延长一倍以上；
◆ 具有良好的化学安定性和防水性；
◆ 优异的高低温性能，满足宽温度条件下使用；
◆ 良好的抗磨极压性，满足中高负荷条件润滑，减少摩擦部件磨损；
◆ 良好的机械安定性、抗水性能和防锈性能；
◆ 对人体无害；
◆ 不含重金属及亚硝酸盐等危害人体健康的物质，对环境不会造成新的污染；



6.2 低温润滑脂产品应用范围

◆ 航空应用：
飞机的操作杆系统防护与润滑，航空精密仪表和无线电设备。
◆ 铁路应用：
应用于铁路制动滑阀和分配阀，铁路电力机车电机。
◆ 冷冻行业：
冷库、冷饮等行业低温运转部位的润滑。
◆ 汽车行业：
启动电机轴承、汽车锁具、门窗升降机构以及拉线等部位。
◆ 电力行业
高压及特高压输变电操纵系统部件，火力发电站大型风机轴承。
◆ 风电行业：
风电偏航轴承及主轴轴承的润滑。
◆ 精密仪表
精密仪表、摄像机、电子设备运动系统。
◆ 精密机床
高精度加工中心主轴、工作台控制系统。

也应用于各类高转速、宽温度范围的各种机械设备的滚动轴承和滑动轴承及其他磨损部件的润滑，使用温度为-60℃～150℃。