浅谈润滑技术在减速机齿轮传动的应用分析

浅谈润滑技术在齿轮传动中的应用分析

纵 杰

（杭州钢铁集团公司炼铁厂 310022）

前言：分析了润滑技术在齿轮传动中的应用及其重要性，阐述减速机齿轮传动的润滑原理及科学合理的选用齿轮润滑油方法。 关键词：减速机；齿轮传动 ；润滑 0前言

齿轮传动有着悠久的历史，从古时候我国指南车上的齿轮到如今现代化大型钢铁设备上的齿轮和航天飞行器上的高速齿轮等，随着近代工业不断的发展，减速机齿轮传动种类不断增加，性能不断提高，运行工况越来越苛刻，减速机齿轮传动的润滑也给我们带来诸多问题，在国际上从设计、制造到维修所有环节都把润滑作为一个机械零件来对待，因此减速机齿轮传动运转过程中润滑剂这一个零件如果失效，直接影响着减速机的使用寿命，所以减速机齿轮传动的润滑成为齿轮传动的关键技术之一，我们应该对其有足够的重视和认识。 1 齿轮传动的润滑原理 1.1齿轮传动的啮合特性 在齿轮传动过程中，轮齿从开始进入啮合至脱开啮合的全过程都有不同的形式的摩擦存在，其类型有两种，即滑动和滚动摩擦。滑动摩擦是由于啮合齿面的速度不一致而产生的，滚动摩擦是在啮合面相等时存在。无论是哪种形式的齿轮传动，啮合齿面都有摩擦力存在，如果让两齿面直接接触，一齿面材料的原子将会吸引另一齿面材料的原子，在加上啮合过程中的接触应力、弹性变形，两齿面将会产生很大的黏附力，生成黏附点，使齿面摩擦发热、烧伤，甚至焊合，齿轮很快失效。因此必须使润滑剂进入齿轮的啮合齿面间，形成润滑油膜、吸附膜或化学反应膜隔开齿面，阻止啮合齿面的金属材料直接接触，并将摩擦热带走这样才能正常传动。 1.2齿轮润滑的特点

1.2.1一对齿轮的传动是通过一对一的齿面啮合运动来完成的，一对啮合齿面的相对运动又包含滚动和滑动。滚动对于形成动压油膜十分有利，滚动的摩损也非常小。滑动容易引起磨损，严重时甚至造成齿面擦伤与胶合，滚动量和滑动量的大小因啮合位臵而异，齿轮的润滑状态会随时间的改变而改变。

1.2.2齿轮传动润滑是断续性的，每次啮合都需要重新建立油膜，形成油膜的条件较轴承相差很远，与滑动轴承相比较，渐开线齿轮的诱导曲率半径小，因此形成油楔条件差。 1.3齿轮传动的润滑状态

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齿轮在啮合过程中，大多数用润滑油来润滑，常用油膜比厚的概念来描述润滑状态。油膜比厚是两齿面之间的最小油膜厚度与两齿面粗糙度之比，表达式为：hmin/1222 式中 —油膜比厚

1—小齿轮的齿面粗糙度值Ra，微米 2—大齿轮的齿面粗糙度值Ra，微米 hmin—最小油膜厚度，微米

油膜厚度与油品本身的性质、齿轮的几何形状、负荷、速度、材料、工作条件等有关，油膜比厚越大，润滑剂分离两个齿面的趋势就越强。由油膜比厚来研究区分润滑状态，可以得到以下见图1所示的润滑状态。

图1 润滑状态 图2 边界润滑

图3 混合润滑 图4 全膜流体动压润滑

由图可知在有润滑剂的条件下，齿轮传动具有三种状态。

1.3.1 边界润滑状态

当＜1时，齿轮传动处于边界润滑状态（见图2），齿轮齿面表面粗糙峰相接触的情况发生。在边界润滑状态下，润滑油的粘度不起作用，靠添加剂与齿面形成的物理、化学吸附膜或化学反映膜来保护齿面。

-3 -2

边界润滑的典型油膜厚为1×10～5×10微米。

1.3.2 混合润滑状态

当1＜＜3时，齿轮传动处于混合润滑状态（见图3），A点的状态为干摩擦，边界膜已经失效，B点全膜流体动压润滑，C点处于边界润滑，在混合润滑状态下，摩擦力由粗糙峰和润滑油内部的摩擦力两

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部分构成齿面负荷由齿面粗糙峰共同承担，所以润滑油中需要添加适量的极压抗磨添加剂。

1.3.3 全膜流体动压润滑状态

当＞3时，齿轮传动处于全膜流体动压润滑状态（见图4），在全模状态下润滑油膜的厚度远远大于表面粗糙度，两表面完全被连续的油膜隔开。因此润滑油的粘度起主导作用，全膜流体动压润滑状态是一种较理想的润滑状态。

2 齿轮润滑油的合理选用方法

2.1选择齿轮润滑油的应考虑的因素

目前，国际上还没有一个统一的公认的齿轮润滑油选用方法标准，各国及有关组织根据使用经验与实验研究制定了各种不同的齿轮润滑油选用规范。有的按转速、功率、润滑方式及传动比推荐油品粘度；有的工程用书推荐按中心距、环境温度及载荷级别推荐用油；有的按圆周速度、齿面硬度和材料选择油品粘度在使用上各有方便之处，由于影响齿轮润滑状态的因素极为复杂，根据实践经验，在选择合适的齿轮润滑油品及粘度时应考虑以下重要因素。

2.1.1从齿轮啮合原理考虑

不同形式的齿轮传动由于其啮合几何特征不同对润滑剂提出了不同的要求。渐开线直齿、斜齿轮平行轴传动，其啮合线与滑动速度方向基本垂直，因此具有较好的形成油膜条件。而涡轮蜗杆传动、双曲线齿轮等轴交叉传动属空间啮合，其啮合线与相对速度方向的夹角较小，不利于形成油楔，因此这些传动需要粘度较高且含有一定的添加剂来改善润滑条件。

2.1.2从负荷与速度考虑

从负荷与速度的大小来分，在工业生产中常用的是高速轻载、高速重载和低速重载三类齿轮传动。高速轻载的齿轮齿面负荷低且速度高，形成油膜的条件好，一般用粘度低的不含添加剂的润滑油即可。而高速重载，特别是低速重载齿轮传动的形成动压油膜条件差，应选用油性较好、极压抗磨性能较好的齿轮润滑油。

2.1.3从齿轮润滑状态考虑

齿轮的润滑状态分为边界、混合和全膜润滑。在边界润滑的状态下，由于＜1，无法靠油膜将两齿面分开，只能靠边界膜来保护金属表面不受损伤，这种边界膜主要有物理吸附膜、化学反应膜和化学吸附膜三种，因此处于边界润滑状态下的齿轮，应使用极压抗磨剂的齿轮润滑油。在齿轮全膜润滑状态下的润滑油粘度高，油膜厚度越大。此时润滑油粘度是主要的，而添加剂不起作用。在混合润滑状态下边界润滑和全膜润滑兼而有之，因此要选用粘度适当且含有少量的添加剂的润滑油。

2.1.4从工作、环境条件考虑

齿轮应用相当广泛，对于一些特殊的场合，对齿轮润滑油提出了特殊的要求。如用于钢铁企业生产的齿轮，工作环境多为高温、多水，这就需要抗氧化、抗乳化和抗泡沫的齿轮润滑油。

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2.2闭式工业齿轮油的选用方法

我国现在采用是JB/T8831-2001标准选油方法，包括润滑油的种类、粘度以及润滑方式，该标准适用于工业闭式齿轮传动的润滑，包括渐开线圆柱齿轮、圆弧圆柱齿轮及、锥齿轮，其转速应低于3600r/min或节圆圆周速度不超过80m/s。

2.2.1润滑油种类的选择 2.2.1.1工业闭式齿轮油

渐开线圆柱齿面接触应力H按下式计算。

H＝ZHZEZZFtd1bKAKVKHKHu1u

式中“+”号用于外啮合传动，“-”号用于内啮合传动。具体参数的选择及计算按GB/T3480-1997的规定

锥齿轮齿面接触应力H按下式计算

H＝ZHZEZZZKFmtdv1beHKAKVKHKHuV1uV

式中具体参数的选择及计算按GB/T10062-1988的规定 双圆弧齿轮齿面接触应力H按下式计算

H＝（T1KAKVK1KH22K）0.73ZEZuZZZ1m2.19n

式中具体参数的选择及计算按GB/T10062-1992的规定

根据计算出的齿面接触应力和齿轮使用情况，参考表1确定工业齿轮油的种类。

表1 工业闭式齿轮油种类的选择 条件 齿面接触应力Mpa ＜350 350～500 500～1100① ＞1100 ＜500 ≥500 业齿轮油。

齿轮使用工况 一般齿轮传动 一般齿轮传动 有冲击的齿轮传动 矿井提升机、冶金矿山机械齿轮传动等 冶金轧钢、高温冲击含水齿轮传动等 在更低、低的或更高温度轻负荷的齿轮传动 推荐使用的工业闭式齿轮油 抗氧防锈工业齿轮油（L-CKB） 抗氧防锈工业齿轮油（L-CKB） 中负荷工业齿轮油（L-CKC） 中负荷工业齿轮油（L-CKC） 重负荷工业齿轮油（L-CKD） 极温工业齿轮油（L-CKS） 在更低、低的或更高温度重负荷的齿轮传动 极温重负荷工业齿轮油（L-CKT） ①齿面接触应力略小于1100Mpa时，若齿轮工况为高温、有冲击或含水，为安全考虑，应使用重负荷工

2.2.1.2高速齿轮润滑油

高速齿轮齿面接触负荷系数按下式计算

K＝Ftbd1u1u

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式中K—齿面接触负荷系数，Mpa；

Ft—端面内分度圆周上名义切向力，N;

b—工作齿宽，mm；

d1—小齿轮的分度圆直径，mm；

u—齿数比，uZ1Z2.

式中“+”号用于外啮合传动，“-”号用于内啮合传动。 根据计算出齿面接触负荷系数和齿轮使用情况，参考表中即可确定齿轮润滑油的种类。

表2 高速齿轮润滑油种类的选择 条件 齿面接触负荷系数K/Mpa 齿轮使用工况 推荐使用的工业闭式齿轮油 防锈汽轮机油 防锈汽轮机油 抗氨汽轮机油 极压汽轮机油 不接触水、蒸汽或氨的一般高速齿轮传动 硬齿面齿轮：K＜2 易接触水、蒸汽或氨的一般高速齿轮传动 软齿面齿轮：K＜1 在有氨的环境气氛工作的齿轮传动 硬齿面齿轮：K≥2 要求改善齿轮承载能力的发电机、工业装 软齿面齿轮：K≥1 臵和船舶高速齿轮装臵 2.2.1.3润滑油粘度的选择 齿轮节圆圆周速度的计算 齿轮节圆圆周速度3.14dw1n160000

式中 —齿轮节圆圆周速度，m/s； dw1—小齿轮的节圆直径 ，mm；

n1—小齿轮的转速，r/min。

根据计算出低速级齿轮节圆圆周速度和环境温度按表3确定润滑油粘度等级。

表3 工业闭式齿轮传动装臵润滑油粘度等级 平行轴及锥齿轮传动低速级齿轮节圆圆周速度②/m〃s-1 ≤5 ＞5～15 ＞15～25 100 100 68 -40～10 环境温度/℃ -10～10 10～35 35～55 润滑油黏度等级①，40/mm2〃s-1 150 100 68 320 220 150 680 460 320 5

＞25～80③ 32 46 68 100 ①当齿轮节圆圆周速度≤25m/s时，表中所选润滑油黏度等级为工业齿轮油。当齿轮节圆圆周速度＞25m/s时，表中所选润滑油等级为汽轮机油。当齿轮传动承受严重载荷时，可适当增加一个等级。

②锥齿轮传动节圆圆周速度是锥齿轮齿宽中点的节圆圆周速度。

③当齿轮节圆圆周速度＞80m/s时，应由齿轮制造者提供一个合适的黏度等级。

2.2.2开式工业齿轮油（脂）的选用方法

开式齿轮一般传动速度不高，要求采用润滑油具有黏附力强、黏度高和良好的防锈性，一般分为三种类型，即抗氧防锈开式齿轮油、极压型开式齿轮油和溶剂稀释型开式齿轮油，开式齿轮油选择见表4。

表4 开式齿轮油种类选择 开式齿轮油种类 抗氧防锈开式齿轮油 极压型开式齿轮油 溶剂稀释型开式齿轮油 适用范围 用于一般轻负荷半封闭或开式传动 适用于重载开式齿轮，齿面接触应力＞500Mpa 表5 开式齿轮传动采用脂润滑选择

环境温度 0～20 20～60 0～50 传动方式 齿轮传动 蜗杆传动 锥入度 4 结束语 综上所述，可知摩擦学、润滑原理和润滑技术是齿轮传动研究中的基础性工作，也是关键性技术之一，研究弹性流体动压润滑理论，合理的运用润滑技术，不仅可提高齿轮传动齿面的承载能力，而且也能提高传动效率和降低消耗等特点，从而提高经济效益，润滑对于减速机的齿轮传动从设计安装到报废一生中都起着举足轻重的作用，排除其它因素，正确合理的润滑技术可以延长齿轮传动设备的寿命1～5倍，所以在齿轮传动的润滑工作方面我们要慎重考虑，要以摩擦学、润滑原理为指导思想开展齿轮传动润滑管理工作，才能确保设备经济、高效运行。

参考文献

[1] 吴晓铃〃润滑设计手册

[2] 胡邦喜〃设备润滑基础

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