普通圓柱蝸輪蝸桿傳動中的潤滑油粘度

王　禹

（天津開發(fā)區(qū)蝸輪傳動開發(fā)中心有限公司，天津 300457）

普通圓柱蝸輪蝸桿傳動中的潤滑油粘度

王禹

（天津開發(fā)區(qū)蝸輪傳動開發(fā)中心有限公司，天津 300457）

本文對潤滑粘度在普通圓柱蝸輪蝸桿傳動中的重要作用進(jìn)行了初步闡述，給出了潤滑油粘度選擇標(biāo)準(zhǔn)。

潤滑油粘度 油膜 膜厚比 粘度比 圓柱蝸輪蝸桿

機(jī)械傳動中，潤滑油選擇合適與否直接影響機(jī)械產(chǎn)品的使用壽命，而潤滑油粘度是一個很重要的指標(biāo)，如何合理選擇潤滑油的粘度是本文將要討論的內(nèi)容。本文主要對采用浸油潤滑時，潤滑油粘度對蝸輪蝸桿的使用壽命及蝸輪蝸桿上軸承壽命的影響進(jìn)行簡單分析。

1　潤滑油粘度對蝸輪蝸桿使用壽命的影響

許多研究表明，齒面間疲勞點蝕壽命取決于最小油膜厚度hmin和齒面綜合粗糙度σ的比值，即膜厚比λ=hmin/σ。當(dāng)λ≥3時，通常不會發(fā)生齒面點蝕和膠合失效，從而有效發(fā)揮蝸輪蝸桿的傳動效率。從上述闡述中可見，在保證加工產(chǎn)品齒面粗糙度的同時，最小油膜厚度hmin將決定產(chǎn)品的使用性能及壽命，而影響最小油膜厚度hmin的最重要參數(shù)為潤滑油粘度。

在普通圓柱蝸輪蝸桿傳動中，油膜厚度可用下列公式計算

其中，h*為傳動系數(shù)，此系數(shù)與蝸桿齒形、中心距、蝸桿頭數(shù)、蝸輪齒數(shù)、變位系數(shù)、齒寬有關(guān)；ca為潤滑油類型系數(shù)，礦物油ca=1.7× 10?8，聚乙二醇ca=1.3× 10?8；為動力粘度；n1為蝸桿轉(zhuǎn)速，r/min；a為中心距，mm； Ered為當(dāng)量彈性模量，N mm2；T2為輸出扭矩，Nm；其中，動力粘度的計算為，vm為潤滑油在嚙合表面溫度下的運動粘度，mm2s；為蝸輪副嚙合表面溫度下潤滑油密度，kgmm3，；為15度下潤滑油密度，kg mm3；k為潤滑油類型系數(shù)，礦物油，聚乙二醇。

2　潤滑油粘度對軸承壽命的影響

潤滑油粘度不僅對蝸輪蝸桿齒面嚙合意義重大，而且影響蝸桿副上軸承的壽命。下列介紹計算軸承壽命方法，并明確闡述這一問題。

國際上，最新軸承壽命的計算方法如下：

a1為可靠性修正系數(shù)，最新的可靠性系數(shù)見表1。

表1　可靠性壽命修正系數(shù)a1

aISO為基于壽命計算系統(tǒng)逼近的壽命修正系數(shù)。此系數(shù)除受軸承型式、疲勞載荷及軸承載荷的影響外，還考慮了如下因素：

（1）潤滑（如潤滑劑類型、粘度、軸承轉(zhuǎn)速、軸承尺寸，潤滑油添加劑）；

（2）環(huán)境（如污染等級、密封）；

（3）污染物顆粒（與軸承有關(guān)系的硬度及顆粒尺寸、潤滑方法、過濾方式）；

（4）安裝（安裝過程中清潔度）；

Cu為疲勞載荷極限，每個供應(yīng)商的各個型號均是不一樣的，使用時需向軸承供應(yīng)商索取此值；P為當(dāng)量動負(fù)荷；DPW為軸承的平均直徑；n為軸承轉(zhuǎn)速；k為粘度比，v為實際運行溫度下，潤滑油運動粘度值；v1為參考運動粘度值，由下式求得：

從上面參數(shù)描述可以看出，潤滑油粘度對于軸承壽命修正系數(shù)乃至軸承壽命都有著很重要的作用。根據(jù)蝸輪蝸桿傳動常用結(jié)構(gòu)，一般常選用向心滾子類軸承，包括圓柱滾子軸承及圓錐滾子軸承。通過上述參數(shù)可以具體推導(dǎo)出下列公式并進(jìn)行計算，從而更明確地知道潤滑油粘度及粘度比和軸承壽命修正系數(shù)的關(guān)系。

表2　污染系數(shù)ec

當(dāng)采用其他類型軸承時，ISOa的計算公式請參考國際標(biāo)準(zhǔn)ISO281或者國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6391，此處不再贅述。

對于k＞4的情況，計算時按k=4進(jìn)行；

考慮到實際運用，aISO的最大極限值不應(yīng)超過50，即aISO≤50。

3　潤滑油粘度在實際中的應(yīng)用

3.1對蝸輪蝸桿磨損的影響

由于蝸輪最終序一般為滾齒序，相對于齒輪磨齒工序的劣勢，使得其表面粗糙度較低。天津開發(fā)區(qū)蝸輪傳動開發(fā)中心有限公司目前最高的加工粗糙度可達(dá)到Ra1.6。因此，對于蝸輪蝸桿嚙合來講，潤滑油一般需要選擇至少粘度在VG220以上的蝸輪蝸桿合成潤滑油，并且在減速器出廠或使用前進(jìn)行初期跑合，從而使減速器達(dá)到最佳的使用性能。粘度較高減少了齒面粗糙度較低帶來的直接磨損，有利于形成較厚的油膜，但同時需要注意潤滑油粘度較高會伴隨攪油損失，降低減速器的效率。所以，合理選擇潤滑油及潤滑油粘度對于蝸輪蝸桿傳動具有重要意義。

3.2對于軸承壽命的影響

SKF軸承NU2210ECP的基本額定動負(fù)荷C為90kN，軸承當(dāng)量動載荷P為20kN，轉(zhuǎn)速n為600r/min，軸承樣本可查的疲勞負(fù)荷極限Cu為11.4kN，采用VG220潤滑油，油溫為100℃，一般清潔狀況，可靠度按90%計算。

按常規(guī)方法計算（不考慮任何壽命修正系數(shù)），

如果考慮壽命修正系數(shù)，Mobile Glygoyle220潤滑油在100℃時，運動粘度可通過樣本查得。

通過公式，求得

計算得出的軸承壽命為：Lnm=a1?aISO?L10=171 百萬轉(zhuǎn)（4750h）。

如果采用Mobile Glygoyle460，100℃時，其運動粘度可通過樣本查得

計算可得aISO=1.75；軸承壽命Lnm=a1?aISO?L10= 262.5百萬轉(zhuǎn)（7292h）。

4　結(jié)束語

機(jī)械傳動中，選擇合適粘度的潤滑油可以很大程度提高蝸輪蝸桿的承載能力，大幅延長傳動件的使用壽命。尤其對于軸承及蝸輪蝸桿傳動，需要設(shè)計者在選用時進(jìn)行必要的計算。

合適的潤滑油除了能提高傳動件的承載能力外，還有散發(fā)摩擦熱的效果，此外還能保護(hù)傳動件不受腐蝕。必須說明的是，選擇粘度較高的潤滑油雖然能在很大程度上提高蝸輪蝸桿的承載能力及延長各主要傳動件的使用壽命，但是一味提高潤滑油粘度會增大傳動過程中攪油功率的損失，造成傳動效率下降，而油溫的升高將加速潤滑油及密封件的老化。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T6391-2010/ISO281：2007，滾動軸承額定動載荷和額定壽命[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[2]G.尼曼，H.溫特爾.機(jī)械零件[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

Analysis of Lubricating Oil Viscosity in Ordinary Cylindrical Worm Gear Transmission

WANG Yu
(Tianjin Development Center Co., Ltd., Tianjin 300457)

In t his paper, the important role of lubricating viscosity in ordinary cylindrical worm gear trans mission is described, and the se lection criteria of lubricating oil viscosity is given.

lubricating oil viscosity, oil film, film thickness ratio, viscosity ratio, cylinder worm gear