齒輪油承載性能模擬試驗研究

李小剛，王愛香，李旭

(中國石油蘭州潤滑油研究開發中心，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

由于齒輪傳動可以在任意兩軸之間傳遞運動和動力，且傳遞功率范圍大、效率高, 廣泛應用于國民經濟重要工業部門的機械傳動，例如礦山機械、交通運輸、電力、化工機械及軍事工業的各種傳動機械。齒輪油是保證齒輪傳動工作效率和延長齒輪使用壽命的重要潤滑材料[1]。隨著工業的發展，齒輪油的發展方向是低黏化，長壽命和減摩性能最佳化。降低潤滑油黏度有利于節約燃油和動力消耗[2]。

齒輪油品中含有的極壓抗磨添加劑在接觸區的高壓、高溫條件下，添加劑分子裂解，放出硫、磷、氯等活性元素，這些活性元素在新生金屬表面和外激電子的作用下與金屬表面發生化學反應，生成抗壓強度大、抗剪切強度低的無機化合物膜，把接觸的金屬表面隔開，保護了金屬表面[3]。目前評定工業齒輪油承載能力的方法有:(1)四球機的PB、PD值法；(2)Timken 的OK值法；(3)FZG 齒輪試驗機法。四球機是1933年開始使用的；Timken 試驗機是1932年開始使用的；FZG 齒輪試驗機是60年代在德國Niemann教授領導下設計出來的一種齒輪試驗機，由于它具有多方面的優越性，已納入德國國家標準(DIN 51354)。英美等國也相繼承認FZG 的可靠性，并列為自己的工業齒輪油規格標準[4]。解生澤、周朝梅等人研究表示：四球試驗PB和Timken試驗OK值在評定齒輪油承載能力方面是不可靠的[5]。

因此，目前評價齒輪油承載能力的方法主要還是FZG臺架試驗，而臺架試驗周期長、需要的試驗油量較大、試驗件成本也較高，因此，開發評價齒輪油承載性能的模擬試驗方法具有重要的意義。本文采用SRV?4型摩擦磨損試驗機研究建立模擬齒輪油承載能力試驗(FZG臺架試驗)的試驗方法，為油品配方篩選提供一定的技術支持。

1 SRV?4型摩擦磨損試驗機簡介和控制參數

SRV?4型摩擦磨損試驗機是由德國OPTIMOL公司研制并生產的研究潤滑油脂和材料涂層摩擦磨損性能的高頻往復試驗機，它以可以實現摩擦副點、線、面接觸模式的優勢而被全球摩擦學領域廣泛應用。SRV?4型摩擦磨損試驗機、試驗腔體及本文所涉及到的摩擦副接觸形式如圖1所示。

圖1 SRV?4型摩擦磨損試驗機、試驗腔體及摩擦副

SRV?4型摩擦磨損試驗機控制參數如表1所示。

表1 SRV?4型摩擦磨損試驗機控制參數

2 模擬試驗方法研究

2.1 模擬試驗條件確定

本試驗方法根據試驗設備特點和模擬齒輪運行工況的要求來確定試驗參數。因為齒輪嚙合過程既有滑動也有滾動，因此，我們在模擬試驗中選擇試驗柱-試驗圓盤的往復運動來模擬齒輪的運行工況。

結合齒輪油承載能力評定FZG齒輪機法中的試驗條件，研究確定模擬試驗頻率為50 Hz，行程為2～4 mm，負荷級根據FZG齒輪機的負荷換算得到并用相同的加載方式進行模擬試驗。

2.2 參比油簡介

本文選用的參比油在FZG試驗臺架上試驗結果為：參比油A失效級7級，參比油B失效級大于12級，參比油C失效級10級。

2.3 參比油試驗結果

將參比油A、B、C在研究確定的模擬試驗條件下進行試驗，試驗結果如表2所示，摩擦系數如圖2所示。

表2 參比油試驗結果

圖2 參比油摩擦系數

從表2可以看到：參比油模擬試驗結果和臺架試驗結果一致，并且重復性較好。同時通過圖2 中摩擦系數對比可以同時評價三種參比油的抗磨損性能以及重復性試驗的穩定性。

2.3 模擬方法的應用

為了能更好地建立SRV模擬試驗和FZG臺架試驗的相關性，本文選取了6種不同黏度級別做過FZG臺架試驗的油品進行模擬試驗，試驗結果如表3所示。

表3 模擬方法應用試驗結果

表3(續)

對表3的試驗結果進行線性回歸計算，計算出相關系數r=0.92，相關性較好，表明建立的SRV模擬試驗方法可以作為潤滑油承載能力FZG試驗機法的篩選措施，為油品研發提供技術支持。

3 結論

(1)以SRV?4型摩擦磨損試驗機為試驗平臺，模擬潤滑油承載能力FZG臺架試驗，自主研究建立的模擬評定方法能較好地區分出不同承載性能的傳動系潤滑油品，為油品研發提供一定的數據支撐；

(2)建立的模擬試驗方法重復性較好，同時與FZG臺架試驗的相關性較好，建議作為潤滑油承載能力試驗法(FZG試驗機法)的篩選手段，為油品研發提供技術支持。