高速齒輪箱的潤滑與密封

張朝能

南京高精齒輪集團有限公司 江蘇 南京 211100

在工業領域，齒輪傳動是應用較多的一類結構形式。實際應用階段，為了滿足相應系統的需要，相關研發人員著手進行了不同類型的齒輪傳動以及不同齒輪箱的開發、設計。其中，高速齒輪箱（一般指工作轉速＞3000r/min或圓周速度＞25m/s的箱體）是一種較為特殊的構件，在機組正常運行過程中肩負著重要任務。為了盡可能減少高速齒輪箱在高速運行時產生的噪聲以及劇烈震動問題，延長各類構件的使用壽命，高速齒輪箱均“融入”了可行的潤滑、密封措施。

1 高速齒輪箱的潤滑系統

從高速運轉齒輪自身的特點分析，良好的潤滑效果是保證齒輪箱穩定運行的關鍵，對傳動件運行產生熱量的消除有著重要意義。在潤滑系統設計階段，潤滑方式的選擇是整個設計活動的首要環節。目前常用的兩種潤發方式主要為壓力潤滑以及浸油潤滑，前者適用于齒輪轉速較高（線速度＞12m/s）的情形，可保證箱體內部各傳動件的有效潤滑，并有效冷卻被攪熱的潤滑油，但其實現與維護成本相對較高；后者的結構相對緊湊、簡單，制造與維護的難度較低，但不適用于轉速過高的情形。為兼顧齒輪箱潤滑系統的性能與制造、維護成本，在設計階段，一般優先選擇浸油潤滑方式。

在潤滑系統的設計階段，除考慮潤滑方式的選擇外，油泵的動力問題以及系統的回油問題也是需要設計者慎重考慮的問題。現階段的潤滑油路中，常采用電機作為油泵的動力源或者直接從箱體內部傳動軸取力兩種方式解決動力問題。就實現難度而言，以電機提供動力相對簡單，但要單獨設計、配置電機，這直接增加了整個潤滑系統的成本。從傳動軸取力避免了上述問題，但增加了泄漏環節，對系統的密封效果產生了一定的影響。在潤滑系統的控制方面，溫控閥結構有著較為重要的意義，一般高速齒輪箱溫控閥的工作原理為：（1）當油溫＜45℃時，潤滑油進入齒輪箱；（2）當油溫≥45℃時，溫控閥動作；（3）待潤滑油經冷卻器冷卻至額定穩定后，再次進入齒輪箱。

2 高速齒輪箱的密封措施

在高速齒輪箱的設計中，考慮到傳遞動力的需要，部分傳動軸軸端需采用透蓋結構，整個系統常采用稀油潤滑，這直接增加了箱體發生漏油故障的風險。鑒于齒輪箱漏油可能帶來經濟損失、內部結構潤滑效果降低以及嚙合面磨損加劇等嚴重后果，高速齒輪箱需要具備可靠的密封條件。當前稀油潤滑齒輪箱大多采用迷宮式密封、油封密封以及集油罩密封三種形式，在實踐階段，密封結構的選擇需要慎重考慮各種形式的優勢、缺陷以及適應范圍，繼而結合高速齒輪箱的實際運行環境，合理選擇密封措施。以下就三種密封形式的優劣勢與應用范圍分別進行分析。

2.1 迷宮式密封

迷宮式密封大致可分為軸向迷宮結構、徑向迷宮結構兩種類型，其主要原理是：與旋轉件（連接軸）、固定件（連接箱體）形成狹窄間隙，通過足夠的曲折途徑，實現泄漏油壓力的減少，繼而規避漏油問題。在結構的設計階段，如何確定曲折途徑的長度，以及采取何種結構，都是設計者需要慎重考慮的問題。一般而言，曲折途徑的長度過短，不能達到預期的密封效果；設計長度過長，將直接增加后續加工與裝配的難度。因此，迷宮式密封結構的設計需要在兼顧實用性與經濟性的情況下，根據箱體內部潤滑油的實際壓力、油品的特性等信息，合理計算曲折途徑的長度，繼而確保最終的密封結構能夠達到預期的密封效果。而在密封形式的選擇方面，可根據箱體的空間尺寸，選擇密封形式，或者對密封形式進行有效結合（如將徑向結構與接觸式密封相結合）。

2.2 集油罩密封

與迷宮式密封相比，集油罩密封的實現難度相對較低，其具體操作為：在軸上安裝甩油環，將箱體泄露的潤滑油甩入預先設置的集油罩內。而在集油罩的設計上，為了充分利用泄露的潤滑油，多數情況下，集油罩是與箱體直接相連的，通過集油罩上向下傾斜的回油孔，集油罩收集的潤滑油將再次流回箱體。從原理來看，此種密封結構能夠較好的滿足齒輪箱密封的需求，還可將泄漏的潤滑油進行充分利用，是一種相對理想的密封措施。但在實踐階段，仍然需要解決三個問題，即如何進油，如何有效擋油以及怎么回油。以進油控制為例，在設置進油量時，進油量的合理控制至關重要，需要兼顧供油充足以及進油量限制兩個方面。

2.3 油封密封

油封密封是齒輪箱密封較為常用的一種策略，其主要原理為：油封裝至軸上，其自緊彈簧和刃口壓力將對密封軸產生徑向抱緊力，繼而遮斷泄露間隙。在油封密封這一方式的應用實踐中，最常遇到的便是發熱問題與漏油問題，而漏油現象的發生更是整個油封密封技術失效的直接體現。從油封密封的發熱原因來看，主要與摩擦有關，而發熱狀況的影響因素則包含摩擦系數、油封唇口壓力以及軸徑線速度等?；诂F有的經驗，要解決油封密封存在的發熱問題，或者改善此種密封結構存在的發熱現象，就需要從減少摩擦系數（如選擇質量相對較好的優質密封或者優化油封材料等）入手。

3 結語

在高速齒輪箱的正常運行中，潤滑系統以及密封結構的工作狀況與整個齒輪箱的性能有著密切關聯，潤滑、密封設計的合理性，對齒輪箱的整體性能有著重要影響。而從保障齒輪箱以及相應機組的穩定性分析，要充分發揮高速齒輪箱的自身優勢，就需要齒輪箱設計者高度重視潤滑系統的設計以及密封措施的選擇，結合高速齒輪箱工作的實際需要，合理設計潤滑系統與密封結果，并注意各類常見的故障（如油封密封結構的發熱問題），采取相應的改進措施。