1、2008年全國齒輪傳動潤滑技術(shù)培訓(xùn)和研討會數(shù)據(jù)，齒輪傳動潤滑吳曉靈齒輪工業(yè)生產(chǎn)力促進(jìn)中心全國齒輪工業(yè)技術(shù)信息網(wǎng)，2008年6月。齒輪傳動潤滑。首先，概述運(yùn)動副中摩擦的存在，自從齒輪傳動以來，古人就知道用動物脂肪來解決這個問題。然而，在很長的歷史時期內(nèi)，摩擦、磨損和潤滑問題一直沒有系統(tǒng)化和科學(xué)化。當(dāng)人們設(shè)計齒輪傳動時，他們通常不考慮潤滑油。相反，當(dāng)使用齒輪時，從維護(hù)設(shè)備的角度來看，選擇潤滑劑來潤滑齒輪。因此，這種機(jī)油選擇是盲目的。選擇錯誤的油和使用錯誤的油的例子并不少見。直到20世紀(jì)60年代，摩擦、磨損和潤滑才作為一門新學(xué)科摩擦學(xué)被總結(jié)和推廣。從摩擦學(xué)的角度來看，潤滑劑也是一種零件，與一般機(jī)械零

2、件相比，它是柔性的。因此，在設(shè)計齒輪傳動時，應(yīng)包括齒輪潤滑劑的設(shè)計。這是齒輪傳動設(shè)計的新觀點(diǎn)和創(chuàng)新。隨著齒輪裝置向大功率、高性能、小體積方向發(fā)展，齒面載荷增加，散熱空間減小。為了使齒輪裝置達(dá)到預(yù)期的設(shè)計性能，延長其使用壽命，齒輪的潤滑變得更加重要。潤滑劑不僅可以減少摩擦，提高傳動效率，還具有減振、降噪和散熱的功能。潤滑油是齒輪傳動的血液。因此，如何設(shè)計潤滑油，如何正確合理地選擇潤滑油是本章的主要內(nèi)容。齒輪潤滑的特點(diǎn)和潤滑劑的作用1.1.1一對齒輪的運(yùn)動是通過一對齒面的嚙合運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)的，一對嚙合齒面的相對運(yùn)動也包括滾動和滑動。要研究齒輪傳遞動力的力和變形，必須應(yīng)用力學(xué)知識。齒輪的兩個齒面之間有潤

3、滑油，這也涉及到流體力學(xué)的知識。如果研究潤滑劑與齒輪表面相互作用產(chǎn)生的表面膜，就需要物理。因此，在有潤滑劑的情況下，必須考慮潤滑劑的存在，才能真實(shí)、全面地反映齒輪傳動的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)。包含潤滑劑的齒輪設(shè)計是一種更全面、更完美的齒輪設(shè)計。設(shè)計齒輪潤滑時，應(yīng)掌握以下特點(diǎn)。潤滑劑是齒輪傳動的一個要素。因此，潤滑油的物理和化學(xué)性質(zhì)，如粘度、壓力-粘度系數(shù)、粘度-溫度特性以及添加劑的作用是非常重要的。齒輪傳動中既有滾動又有滑動，滾動和滑動量隨嚙合位置而變化，表明齒輪的潤滑狀態(tài)會隨時間而變化。齒輪的接觸壓力很高。例如，軋機(jī)主軸承的比壓一般為20兆帕，而軋機(jī)減速齒輪的比壓一般為500 1000兆帕。與滑動軸

4、承相比，漸開線齒輪的誘導(dǎo)曲率較小，形成油楔的條件較差。齒輪的材料特性，尤其是表面粗糙度和硬度，對齒輪的潤滑狀態(tài)有很大影響。齒輪傳動的潤滑方式直接影響潤滑效果，必須引起重視。齒輪的幾種主要失效形式，如點(diǎn)蝕、膠合和磨損，與潤滑劑有重要關(guān)系。1.1.2齒輪潤滑劑的功能和性質(zhì)常用潤滑劑包括潤滑油和潤滑脂。此外，還有固體和氣體潤滑劑。水也是一種潤滑劑，但它不適合作為金屬齒輪的潤滑劑，因?yàn)樗鼘饘儆懈g作用。由于潤滑油應(yīng)用廣泛，本章的潤滑設(shè)計主要討論齒輪潤滑油的潤滑設(shè)計。(1)齒輪潤滑油的作用(1)減少摩擦如果兩個齒面被潤滑油膜隔開，金屬和金屬之間就不會直接接觸，干摩擦就變成了液體摩擦?；蛘哂捎谖锢砗突瘜W(xué)

5、吸附膜的形成而減少摩擦，并避免齒輪點(diǎn)蝕和膠合。散熱潤滑油可以帶走嚙合產(chǎn)生的熱量，避免齒面損傷防銹潤滑劑覆蓋齒輪和其他零件的表面，隔絕空氣，避免齒輪氧化腐蝕。減少振動、沖擊和噪音由于潤滑劑的粘性，可以減少齒輪的振動、沖擊和噪音。清除污垢。潤滑油可以洗掉齒面上的磨粒和雜質(zhì)，帶走油池或潤滑系統(tǒng)中的污垢，保證齒面的清潔度，減少磨損。(2)齒輪潤滑劑的主要特性為了發(fā)揮上述作用，齒輪潤滑劑應(yīng)具有以下特性。具有適當(dāng)?shù)恼扯群土鲃有?，以適應(yīng)不同的工作條件。保持一定的承載能力，耐磨性好。氧化穩(wěn)定性好，不氧化、不粘、不變質(zhì)、不堵塞?？谷榛?。在水中工作的齒輪，要求使用抗乳化性好、油水分離好的潤滑油。由于潤滑油中的極

6、壓添加劑、基礎(chǔ)油中的極性物質(zhì)或油中的氧化物都是表面活性物質(zhì)，當(dāng)水混入油中時，上述表面活性物質(zhì)起乳化作用?？古菽阅?。良好的防氣泡性能使混入油中的空氣順利逸出，否則，油中的氣泡會使摩擦面供油不足，造成磨損或膠合。在循環(huán)潤滑系統(tǒng)中，抗泡沫性能差的油會減少油流，降低散熱效果。防銹性。防銹主要是保護(hù)齒輪齒面不生銹。耐腐蝕性。潤滑劑的腐蝕性主要來自油中的酸性物質(zhì)，這些物質(zhì)對金屬有腐蝕性。因此，齒輪潤滑劑應(yīng)具有良好的耐腐蝕性。無毒。潤滑劑應(yīng)該對人體無害，并確保操作人員的安全。1.2齒輪的潤滑狀態(tài)1.2.1油膜厚度的概念常用于描述摩擦學(xué)中的潤滑狀態(tài)。特定油膜厚度是齒面間最小油膜厚度與兩齒面綜合粗糙度的比值。

7、數(shù)學(xué)表達(dá)式為、(1)、其中油膜較厚；hmin的最小油膜厚度。小齒輪和大齒輪的表面粗糙度。油膜厚度與油的性質(zhì)、齒輪的幾何形狀、載荷、速度、材料和工作條件有關(guān)。油膜的比厚度越大，潤滑劑分離兩個嚙合齒面的趨勢就越強(qiáng)。1.2.2近百年來，許多學(xué)者對齒輪的潤滑狀態(tài)進(jìn)行了研究，得到了如圖1所示的潤滑狀態(tài)圖。在潤滑劑潤滑的條件下，根據(jù)圖1，齒輪傳動裝置具有以下三種潤滑狀態(tài)。(1)邊界潤滑1時，齒輪傳動處于邊界潤滑狀態(tài)，齒輪齒面接觸表面粗糙度峰值。在邊界潤滑狀態(tài)下，潤滑油的粘度沒有影響，齒面受到添加劑與齒面形成的物理吸附膜或化學(xué)反應(yīng)膜的保護(hù)。(2)混合潤滑當(dāng)1 3時，齒輪傳動處于混合潤滑狀態(tài)。在混合潤滑條件下

8、，摩擦力由粗糙峰和潤滑油內(nèi)摩擦力組成，齒面載荷由油膜和齒面粗糙峰分擔(dān)。潤滑油中需要少量極壓添加劑。(3)當(dāng)全膜潤滑大于3時，齒輪傳動處于全膜潤濕狀態(tài)(彈性流體動力潤滑和流體動力潤滑)。在全膜潤滑條件下，潤滑油膜厚度遠(yuǎn)大于表面粗糙度，兩個運(yùn)動表面被連續(xù)油膜完全隔開。因此，潤滑劑的粘度起主導(dǎo)作用，不需要添加劑。當(dāng)考慮齒輪的彈性變形時，全膜齒輪的潤滑狀態(tài)變?yōu)閺椥粤黧w動力潤滑，其理論分析由英國著名學(xué)者鄧森完成。該理論考慮了物體的彈性變形和潤滑油在高壓下的粘度變化。首先用計算機(jī)求出數(shù)值解，然后導(dǎo)出下列經(jīng)驗(yàn)公式：(2)其中潤滑油的壓力粘度系數(shù)為，m2/n；0潤滑油的動態(tài)粘度，Pas；E綜合彈性模量，MPa

9、；W 單位齒寬載荷，n/mm；12兩個滾輪的相對曲率半徑，mm；獲勝速度對于齒輪傳動，在整個嚙合過程中，曲率半徑和夾帶速度隨時間而變化，因此各接觸點(diǎn)的油膜厚度不同。作者推導(dǎo)了齒輪嚙合全過程中油膜厚度的計算公式，得出以下結(jié)論：沿嚙合線，相對曲率半徑呈拋物線規(guī)律變化；沿嚙合線，卷吸速度呈線性變化；在理論嚙合線的特征點(diǎn)處，最小油膜厚度的理論最大值(hmax)為0，1.3潤滑對齒輪傳動的影響及其策略1.3.1潤滑劑是齒輪設(shè)計的一個重要參數(shù)。齒輪潤滑劑對齒輪傳動的影響主要表現(xiàn)在摩擦、磨損、膠合性能、振動、噪聲水平、齒輪箱熱平衡性能等諸多方面。因此，潤滑油的重要參數(shù)在齒輪設(shè)計中不可忽視。潤滑對齒輪傳動故障

10、的影響見表1。防止齒輪潤滑失效的對策見表2。1.3.2齒輪潤滑策略齒輪潤滑油的正確選擇應(yīng)采用國內(nèi)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)或盡可能由設(shè)備制造商推薦。例如：JB/T 8831-2001工業(yè)封閉齒輪潤滑油選擇方法；AGMA 250.04工業(yè)閉式齒輪傳動的潤滑；DIN 51509第1部分，齒輪潤滑劑的選擇。(2)從質(zhì)量和信譽(yù)有保證的制造商處購買潤滑油產(chǎn)品的產(chǎn)品。(3)不同類型齒輪選擇合理的潤滑方式，低速齒輪一般采用油池潤滑；噴油潤滑通常用于高速齒輪。利用潤滑油監(jiān)測技術(shù)、鐵譜、光譜等技術(shù)對油樣中磨粒的信息進(jìn)行監(jiān)測和分析，包括形狀、顏色、大小、含量等。使用此信息診斷齒輪運(yùn)動的“健康”狀況。1.3.3潤滑對齒輪傳動的影響

11、對于齒輪傳動裝置來說，潤滑無疑具有重要的意義，它不僅能減少摩擦和磨損，還能起到散熱、防銹、減震和降噪等作用。潤滑可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度，延長設(shè)備使用壽命，保證生產(chǎn)安全等。齒輪潤滑劑對齒輪傳動的影響主要表現(xiàn)在摩擦、磨損、粘結(jié)性能、點(diǎn)蝕、振動、噪聲水平、齒輪箱熱平衡性能等諸多方面。因此，潤滑油的重要參數(shù)在齒輪設(shè)計中不可忽視。潤滑對齒輪傳動故障的影響見表3。國家標(biāo)準(zhǔn)GB6413-1986 漸開線圓柱齒輪膠合承載能力計算方法給出了載荷和滑動速度引起的齒面高溫引起的潤滑油膜裂紋引起的膠合損傷的計算方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。本標(biāo)準(zhǔn)采用積分溫度法，即以齒面本體溫度的積分平均值和加權(quán)后各

12、嚙合點(diǎn)的瞬時溫升之和作為計算出的齒面溫度，然后與相同條件下發(fā)生膠合時由試驗(yàn)結(jié)果或統(tǒng)計結(jié)果確定的齒面溫度進(jìn)行比較，來評價設(shè)計齒輪的膠合承載能力。膠合計算的安全系數(shù)sb必須大于或等于膠合承載能力的最小安全系數(shù)SBmin，即公式中的膠合承載能力的安全系數(shù)SB計算；SBmin粘結(jié)承載能力的最小安全系數(shù)，可參考表5選擇。sint 齒面膠合失效時的極限積分溫度。它通常基于測試結(jié)果。測試表明，對于“油-材料”組合，sint是一個常數(shù)，不隨操作條件而變化。其計算公式為辛=mt1.5重量，；嘿。mt測試齒輪的體溫，;flaintT 試驗(yàn)齒輪的整體平均溫升，;w材料的焊接系數(shù)；int齒區(qū)溫度，。公式是：int=m

13、 1.5 flaint m-即將嚙合時齒面的溫度。m可以通過任何合適的精確方法(例如熱網(wǎng)絡(luò)法、精確測量法等)來確定。)，；M=(油0.7flaint) xs油-潤滑油的工作溫度，；flaintt齒面積點(diǎn)的平均溫升是指瞬時溫升Fla沿的積分平均值Xs 潤滑系數(shù)，考慮潤滑方式對傳熱的影響，通過實(shí)驗(yàn)得到；油浴潤滑：XS=1.0；噴油潤滑期間：XS=1.2。當(dāng)根據(jù)GB/T3142-1982 潤滑劑承載能力測定法的FZG(A/8.3/90)試驗(yàn)獲得油品的承載能力時，被測齒輪的整體平均溫升與載荷的關(guān)系曲線如圖2所示。此時，根據(jù)為設(shè)計齒輪選擇的潤滑油的粘度和FZG膠合負(fù)荷水平，可以從圖2中找到mt和flai

14、ntt的值。圖2 FZG(A/8.3/90)測試了體溫mt和齒輪的整體平均溫升。潤滑油的FZG膠合負(fù)荷水平作為油品的性能標(biāo)準(zhǔn)，由油品制造商提供。常見油品的FZG粘合負(fù)荷水平見表6。影響齒面膠合的因素很多，但潤滑在膠合中起著重要作用。以下文章僅分析潤滑對涂膠的影響。(1)潤滑油粘度對粘接的影響齒輪粘接的極限載荷隨著潤滑油粘度的增加而增加。日本學(xué)者，如付軍安田，為此進(jìn)行了專門的實(shí)驗(yàn)研究。表7顯示了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。潤滑油粘度抗膠合的機(jī)理是，當(dāng)齒輪齒快速接觸時，潤滑油粘度來不及擠出油，形成所謂的“靜壓擠壓油膜”，以阻止齒面的接近，這在滾動接觸中更容易出現(xiàn)。此時，與牙齒表面接觸的第一層油是不動的或具有大的粘度

15、。吸附層越厚，潤滑效果越好。在某些情況下，當(dāng)輪齒在一定載荷下接觸時，其潤滑油的彈性可能占主導(dǎo)地位，即它以彈性抵抗其變形，這通常被稱為“松弛效應(yīng)”。滾動接觸時，流體動力油膜可以保持在兩個接觸面之間，這是這種潤滑機(jī)制的結(jié)果。在“放松”中，時間因素非常重要。在給定的時間內(nèi)，物質(zhì)的粘度和彈性取決于“松弛”的程度。如果潤滑劑承受最大載荷的時間小于或等于臨界“松弛”時間，則潤滑劑將以彈性而不是粘度工作，然后油膜將不會被擠出，從而防止金屬之間的直接接觸，即防止膠合。從上面的描述中，我們還可以解釋為什么齒面之間的流體油膜所承受的實(shí)際載荷比常規(guī)計算的載荷高得多。此外，還必須考慮潤滑油在壓力下的粘度變化，潤滑油的

16、粘度隨壓力的增加而明顯增加。潤滑油的這種壓力-粘度特性可能對其承載能力有很大影響。例如，有人曾經(jīng)裝載幾對齒輪，直到出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕，但沒有潤滑油失效的跡象。此時，齒面應(yīng)力為1750牛頓/平方毫米，油的粘度為40秒(37.8)。其次，潤滑油的粘彈性可以緩沖齒輪傳動的沖擊載荷。例如，汽車后橋雙曲線齒輪的沖擊載荷約為2800牛頓/平方毫米。在這種巨大的沖擊下，潤滑油的粘度也是抗膠合的關(guān)鍵因素。(2)潤滑油添加劑對齒面結(jié)合的影響齒輪油的極壓是指齒輪油中的添加劑(極壓抗磨劑)在極高的壓力、高速和高溫下，與齒面上的金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成無機(jī)膜，從而減緩齒面磨損，防止齒面結(jié)合的能力。在重載荷或沖擊載荷下形成很強(qiáng)的極壓狀態(tài)，如汽車后橋的準(zhǔn)雙曲面齒輪，傳遞數(shù)十億帕的壓力，齒面間的滑動速度很高，從而形成很高的瞬時溫度(600 800)。一般來說，油性添加劑在100左右會從摩擦表面脫附，不會形成油膜。只有含氯、磷和硫等活性元素的物質(zhì)才能在較高溫度下與金屬牙齒表面形成無機(jī)保