工業(yè)齒輪傳動(dòng)裝置的潤(rùn)滑

戚文正，顧曉宏，戚家偉

（1.鄭州機(jī)械研究所有限公司齒輪傳動(dòng)公司，河南鄭州 450001；2.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司客戶服務(wù)中心，河南鄭州 450052）

0 引言

從摩擦學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，潤(rùn)滑劑也是一種零件，相對(duì)于一般機(jī)械零件來(lái)說(shuō)，它是柔性的。在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的時(shí)候，應(yīng)該包括齒輪潤(rùn)滑劑的設(shè)計(jì)，這是一種新的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)，是齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。隨著齒輪裝置朝著大功率、高性能、小體積的方向發(fā)展，齒面負(fù)荷增大，散熱空間減小。為了延長(zhǎng)齒輪裝置的使用壽命，達(dá)到設(shè)計(jì)性能，齒輪的潤(rùn)滑就更加重要。潤(rùn)滑劑不但能降低摩擦、減少磨損、提高傳動(dòng)效率，還具有減振、降噪和散熱的作用，是齒輪裝置的“血液”。為此，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都十分重視研制開(kāi)發(fā)齒輪油，研究其應(yīng)用技術(shù)。

齒輪潤(rùn)滑與一般機(jī)械零件的潤(rùn)滑相比，具有很多特殊性，其特點(diǎn)是：

（1）漸開(kāi)線齒輪的誘導(dǎo)曲率半徑較小，形成油楔的條件差。

（2）齒面的接觸應(yīng)力較高，齒面的潤(rùn)滑大多處于邊界潤(rùn)滑和混合潤(rùn)滑狀態(tài)。

（3）齒面間存在滾動(dòng)和相對(duì)滑動(dòng)，且滑動(dòng)的方向和大小急劇變化。

（4）潤(rùn)滑是斷續(xù)的，每次嚙合都要重新建立油膜，故形成油膜的條件較差。

（5）齒輪傳遞載荷大，摩擦熱大，油溫上升快，加速破壞油膜。

（6）齒輪的材料、熱處理、機(jī)加工、裝配及齒面形貌和性能等方面都會(huì)影響潤(rùn)滑。

基于上述特點(diǎn)，這就要求齒輪潤(rùn)滑油在齒輪傳動(dòng)中起到抗磨、減摩、冷卻、防銹蝕、減沖振、降噪聲以及沖洗雜質(zhì)等作用。

1 國(guó)內(nèi)外工業(yè)齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑技術(shù)發(fā)展概況

目前，國(guó)際上齒輪潤(rùn)滑技術(shù)有以下三個(gè)特點(diǎn)和研究方向：

（1）潤(rùn)滑劑是齒輪裝置的元件之一。齒輪潤(rùn)滑不再只關(guān)注齒輪，齒輪箱中與潤(rùn)滑相關(guān)的其它因素必須一同考慮。齒輪、潤(rùn)滑油、密封和其他的附加設(shè)備如油泵和散熱器，這些影響潤(rùn)滑油的選擇。大多數(shù)的閉式或半閉式齒輪箱只使用一種潤(rùn)滑劑來(lái)潤(rùn)滑齒輪、軸承、密封和泵，正確選用潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑方式是非常重要的。

（2）開(kāi)發(fā)研制高品質(zhì)的工業(yè)齒輪潤(rùn)滑油。

（3）制定標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)技術(shù)發(fā)展不斷修訂、完善工業(yè)齒輪油選用方法，在工業(yè)生產(chǎn)中大力推廣使用。

國(guó)際上先進(jìn)的工業(yè)齒輪潤(rùn)滑標(biāo)準(zhǔn)由齒輪裝置制造者、潤(rùn)滑油生產(chǎn)廠家和潤(rùn)滑油用戶共同建立，以指導(dǎo)用戶正確選用工業(yè)齒輪油，基于理論研究成果和工業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，與最新的ISO 標(biāo)準(zhǔn)相匹配。工業(yè)齒輪油的應(yīng)用技術(shù)研究主要體現(xiàn)在以下國(guó)家、公司制定的選油方法和規(guī)范中。

1.1 美國(guó)

美國(guó)齒輪制造者協(xié)會(huì)（AGMA）從1938 年開(kāi)始研究、制訂工業(yè)齒輪潤(rùn)滑標(biāo)準(zhǔn)。迄今為止，先后發(fā)布了AGMA 251.01（1946 年發(fā)布）、AGMA 251.02（1955 年發(fā)布）、AGMA 251.03（1972 年發(fā)布）、AGMA 251.04（1981 年發(fā)布）以及ANSI/AGMA 9005-D94（1994 年發(fā)布）多版標(biāo)準(zhǔn)，2008 年1 月又發(fā)布了ANSI/AGMA 9005—E02。

其中AGMA 9005—D94 替換了AGMA 250.04 和AGMA 250.02，再次包含閉式、開(kāi)式工業(yè)齒輪內(nèi)容。重型開(kāi)式齒輪潤(rùn)滑方面反映出市場(chǎng)變化，其中融合現(xiàn)代科技的合成潤(rùn)滑油。合成潤(rùn)滑油被看作是一種獨(dú)立分類的潤(rùn)滑油，它們具有特定屬性。極壓工業(yè)齒輪潤(rùn)滑油（EP）的升級(jí)反應(yīng)出技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不再推薦作為蝸輪蝸桿油使用。齒輪節(jié)圓線速度取代中心距作為潤(rùn)滑選擇參數(shù)。

ANSI/AGMA 9005—E02 標(biāo)準(zhǔn)基于現(xiàn)代工業(yè)的理論和實(shí)踐，嘗試與現(xiàn)代ISO 標(biāo)準(zhǔn)相匹配，為工業(yè)齒輪潤(rùn)滑油終端用戶和設(shè)備制造者選定潤(rùn)滑油，提供更有確定性的指導(dǎo)方針。該標(biāo)準(zhǔn)提供了潤(rùn)滑油粘度等級(jí)和性能水平，提供了系列化的表格來(lái)匹配設(shè)備形式、運(yùn)行條件以選擇合適的潤(rùn)滑油。鼓勵(lì)終端用戶多與設(shè)備制造商、潤(rùn)滑油供應(yīng)商聯(lián)系來(lái)獲得最理想的潤(rùn)滑系統(tǒng)。

1.2 德國(guó)

德國(guó)在研究美國(guó)潤(rùn)滑標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)本國(guó)的基礎(chǔ)研究和工業(yè)實(shí)踐，于1976 年6 月發(fā)布了DIN 51509Teil1《齒輪潤(rùn)滑劑的選擇》標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)考慮了負(fù)荷與速度對(duì)選擇齒輪油的影響，提出Stribeck 滾動(dòng)壓力的概念，比較科學(xué)。但是該標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有給出齒面負(fù)荷與所選油品質(zhì)量等級(jí)之間的關(guān)系。

1.3 其他國(guó)家

英國(guó)、日本、法國(guó)、波蘭等都制訂有自己的齒輪潤(rùn)滑標(biāo)準(zhǔn)，英國(guó)以David Brown 和BSI PAS4 為代表，日本是以鋼鐵企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為代表，法國(guó)以ATSF—FT 158 為代表，波蘭以PN80/C 96058為代表。各國(guó)的齒輪潤(rùn)滑標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范雖有不同，但仍可歸類于AGMA 和DIN 的體系。

1.4 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

ISO/TC28/SC4/WG6 齒輪潤(rùn)滑標(biāo)準(zhǔn)把齒輪應(yīng)力分為兩個(gè)等級(jí)來(lái)對(duì)應(yīng)油品的質(zhì)量等級(jí)，但沒(méi)有油品黏度的選擇方法。各國(guó)各石油公司的產(chǎn)品類型不一樣，管理體制也有區(qū)別，因此ISO 標(biāo)準(zhǔn)有必要籠統(tǒng)一些。即使是比較具體的AGMA 和DIN 標(biāo)準(zhǔn)，也都明確指出要首先按照齒輪制造者的意見(jiàn)選油。

ISO/WD 13593《閉式齒輪傳動(dòng)的工業(yè)應(yīng)用》（1997 版本）對(duì)齒輪潤(rùn)滑劑及齒輪合理潤(rùn)滑技術(shù)作了較為詳細(xì)、科學(xué)的規(guī)定。

1.5 中國(guó)

我國(guó)的工業(yè)齒輪潤(rùn)滑技術(shù)是隨著國(guó)家“六五”計(jì)劃快速發(fā)展起來(lái)的。目前我國(guó)已能生產(chǎn)世界最高規(guī)格的工業(yè)齒輪油和車輛齒輪油，并于1990 年1 月制定發(fā)布了ZBJ 17003—1989《工業(yè)齒輪潤(rùn)滑油選用方法》。伴隨工業(yè)齒輪油的升級(jí)換代及潤(rùn)滑油、添加劑新技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)于2000 年參照ANSI/AGMA9005-D94 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原ZBJ 17003—1989 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，修訂后的標(biāo)準(zhǔn)為JB/T 8831—2001《工業(yè)閉式齒輪的潤(rùn)滑油選用方法》，于2001 年發(fā)布，實(shí)施至今。

2 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ANSI/AGMA 9005—E02 簡(jiǎn)介

ANSI/AGMA 9005—E02《工業(yè)齒輪的潤(rùn)滑》包含了閉式和開(kāi)式齒輪的潤(rùn)滑，與AGMA 標(biāo)準(zhǔn)中的設(shè)計(jì)與校核一致。齒輪類型包含金屬齒輪、直齒輪、斜齒輪、人字齒和螺旋錐齒輪、蝸輪蝸桿傳動(dòng)。這些指導(dǎo)方針不適用于非金屬齒輪。

（1）飛濺潤(rùn)滑受齒輪節(jié)圓線速度的限制，適用于齒輪傳動(dòng)節(jié)線速度低于15 m/s 和蝸桿傳動(dòng)節(jié)線速度低于10 m/s 的工況。因?yàn)樵诟咿D(zhuǎn)速下潤(rùn)滑劑被甩開(kāi)，不能到達(dá)齒輪嚙合點(diǎn)。盡管如此，隨著齒輪設(shè)計(jì)的集成化發(fā)展，飛濺潤(rùn)滑已可以在齒輪節(jié)線速度25 m/s 以下運(yùn)用，惰輪浸油潤(rùn)滑限制齒輪節(jié)線速度為1.5 m/s以下。

（2）重力給油和強(qiáng)制滴油潤(rùn)滑包含一個(gè)或者多個(gè)油壺或者油棚盤，在一個(gè)設(shè)定的頻率下使油滴入齒輪嚙合點(diǎn)。該潤(rùn)滑方式限定在齒輪節(jié)線速度＜7.5 m/s 的條件下應(yīng)用。

（3）手動(dòng)或刷油潤(rùn)滑適用于輕載荷開(kāi)式齒輪條件，通過(guò)觀察齒輪來(lái)決定是否需要潤(rùn)滑。

（4）噴油潤(rùn)滑適用于齒輪節(jié)線速度大于15 m/s、蝸桿傳動(dòng)節(jié)線速度大于10 m/s 的工況。噴油潤(rùn)滑使用有壓力的潤(rùn)滑油，連續(xù)或者間斷的供應(yīng)來(lái)對(duì)輪齒潤(rùn)滑。

3 建議

JB/T 8831—2001《工業(yè)閉式齒輪的潤(rùn)滑油選用方法》已發(fā)布實(shí)施近二十年，考慮到美國(guó)最新發(fā)布了ANSI/AGMA 9005—E02《工業(yè)齒輪的潤(rùn)滑》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，建議參照美國(guó)ANSI/AGMA 9005—E02 盡快修訂JB/T 8831—2001 選油標(biāo)準(zhǔn)，以符合國(guó)際上最新的、技術(shù)上更先進(jìn)合理的工業(yè)齒輪油應(yīng)用技術(shù)。繼續(xù)完善提高我國(guó)工業(yè)齒輪潤(rùn)滑油的品種質(zhì)量。

目前，潤(rùn)滑油添加劑的種類不斷完善，添加劑的性能不斷提高，添加劑的復(fù)配技術(shù)不斷發(fā)展提高，國(guó)際上工業(yè)齒輪油的發(fā)展趨勢(shì)是向節(jié)能型、多用途、低粘化、合成型齒輪油及重視環(huán)保節(jié)能方向發(fā)展。在齒輪傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算中，潤(rùn)滑是一個(gè)重要的影響因素。設(shè)計(jì)人員需要掌握先進(jìn)的潤(rùn)滑技術(shù)，根據(jù)齒輪的使用條件，正確選擇潤(rùn)滑油及潤(rùn)滑方式。進(jìn)一步做好高檔工業(yè)齒輪潤(rùn)滑油的推廣應(yīng)用和技術(shù)服務(wù)工作，可以更好地解決國(guó)內(nèi)各行業(yè)引進(jìn)的關(guān)鍵齒輪傳動(dòng)裝置用油國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題。