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工业齿轮油的性能与使用


工业齿轮油的性能与使用 内容导读:工业齿轮油的性能与使用前言:齿轮传动润滑 油简称齿轮油,主要用来润滑各种机械齿轮传动装置。齿 轮油与内燃机润滑油一样,也由矿油型(或合成型)基础油和 相应添加剂所组成。用于润滑齿轮,包括蜗轮蜗杆等。其 主要作用是在相互啮合的齿面间起润滑和冷却作用, ... 工 业齿轮油的性能与使用 前言:齿轮传动润滑油简称齿轮油,主要用来润滑各种机 械齿轮传动装

置。齿轮油与内燃机润滑油一样,也由矿油 型( 或合成型 ) 基础油和相应添加剂所组成。用于润滑齿轮, 包括蜗轮蜗杆等。其主要作用是在相互啮合的齿面间起润 滑和冷却作用,减少摩擦、降低磨损,同时也有缓和冲击 与振动、防止腐蚀生锈,以及清洗摩擦面尘粒与污染物的 作用。按应用领域可分为车辆齿轮油与工业齿轮油两大类。 本专题将着重从工业齿轮油的性能分类、使用及故障解决 等方面进行初步探讨,以飨读者。 性能与分类 齿轮油按应用领域可分为车辆齿轮油与工业齿轮油两大类。 车辆齿轮油主要用于汽车/工程机械的变速装置、转向机、 前后驱动桥的齿轮箱、万向节滚针轴承等机件,还可用于 坦克、舰船等相应负荷及工作条件的齿轮传动部件上。工 业齿轮油主要用于各种负荷条件下的开式、半开式、闭式 及蜗轮蜗杆传动装置。

齿轮油的工作条件及其作用 各种机械传动机构中的齿轮,据其轴线相互位置关系的不 同,可分为平行轴传动、相交轴传动和交错轴传动。每类 传动中按齿轮和齿的形状不同又有不同的传动方式,如平 行轴传动的直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、人字齿圆柱齿 轮;相交轴传动的有直齿锥齿轮、斜齿锥齿轮、螺旋锥齿 轮;交错轴传动的有双曲线齿轮、蜗轮蜗杆、螺旋传动。 1、齿轮传动特点及齿轮油工作条件 (1)齿轮传动效率高,一般圆柱齿轮传动效率可达 98%, 与轴承相比,齿轮的当量曲线半径小,油楔条件差。 (2)齿轮传动齿与齿间是线接触,因此,接触面积小,单 位接触压力高。一般汽车齿轮单位接触压力可达 2000~3000,而双曲线齿轮更高,可达 3000~4000。 (3)齿轮传动不仅有线接触,还有滑动接触,特别是双曲 线齿轮,轮齿间其有较高的相对滑动速度,一般可达 8/左 右。这在高速大负荷条件下,会使油膜变薄甚至局部破裂, 导緻摩擦与磨损加剧,甚至引起擦伤和咬合。 (4)齿轮油的工作温度一般较内燃机油低,在狠大程度上 随环境温度变化而变化,车辆齿轮油油温一般不高于 100℃。 现代轿车采用双曲线齿轮,因其轴线偏置量较大,在车速 高时会使齿轮轮面问的相对滑动速度狠高,使油温达到 160℃ ~180℃。

2、齿轮油在齿轮传动中的作用 (1)降低齿轮及其它运\动部件的磨损,延长齿轮寿命。 (2)降低摩擦,减少功率损失。 (3)分散热量,起一定的冷却作用。 (4)防止腐蚀和生锈。 (5)降低工作噪声、减少振动及齿轮间的冲击作用。 (6)冲洗污物,特别是冲去齿面间污物,减轻磨损。 齿轮油的主要性能 由于齿轮油的使用目的不同,使用条件差别也狠大,对其 使用性能有如下要求: 1、良好的油性及极压抗磨性 油性是指齿轮油能有效地使润滑油膜吸附于运\动着的润滑 面之间,具有降低摩擦作用的性质。抗磨性是指油品保持 于运\动部件间的油膜,能有效防止金属间直接相接触的能 力在齿轮油中加入一些带有极性分子的活性物质可以提高 其油性,这些油性剂的极性端和金属表面的氧化物会发生 吸附作用,形成牢固的油性膜,油性剂的极性端也可能与 金属表面的氧化物形成金属皂型的润滑膜,加强齿轮油的 润滑作用,防止齿面直接接触,降低摩擦,从而减小磨损。 有些齿轮传动,经常在苛刻的极压润滑条件下工作,其承 受的压力、滑动速度和局部温度都狠高,这就要求在齿轮

油中加入极压添加剂。极压添加剂一般是具有化学活性的 硫磷型或硫磷氯锌\型油溶性化合物,这些添加剂在高温极 压条件下和齿面金属形成铁的氯、硫、磷化合物或复合物, 形成一种高熔点的无机膜,这种极压膜具有耐极压的性能, 同时也有耐冲击负荷的作用,可以有效地防止在高负荷条 件下的齿面擦伤及咬合。 2、良好的粘温特性 各种润滑油的粘度随温度升高而降低,下降的比例越小, 则其粘温性能越好。特别是汽车及工程机械齿轮油工作温 度变化范围狠大,因此,希望齿轮油的粘度随温度的变化 越小越好。如齿轮油的粘温特性不好,则启动时粘度太大, 不易启动,而运\转达到温度高限时粘度又太小。 齿轮油的粘度也是重要的使用性能之一,粘度对油膜的形 成影响狠大。一般而言,高粘度齿轮油可有效防止齿轮及 轴承损伤,可减少机械运\转噪声及减少漏油;低粘度油在 提高机械运\转效率加强冷却及清洗作用和油的传送方面具 有优点。 为了减少燃料消耗,国外推行了发动机油、齿轮油的低粘 度化。低粘度齿轮油的优点是齿轮齿的搅拌阻力小,并且 有较好的低温流动性,在低温条件下能确保润滑。近年来 国内也生产了一些低粘度的齿轮油,为了改普其润滑性能 而加入了一些多效添加剂,这对减少动力损失是十分有利

的。当然,在其体使用时,要加强对齿轮箱体的密封,以 防止齿轮油漏损。 3、良好的抗氧化安定性 齿轮油在苛刻的工作条件下,在空气、水分和金属催化作 用下,氧化速度加快,粘度增大,产生不溶物及腐蚀性物 质以及胶质、沥青质,性质劣化并易乳化及产生泡沫,使 换油周期缩短。为延缓齿轮油的氧化,一般在油中加入酚 型、胺型或硫化型抗氧化添加剂。 4、良好的防锈性 防锈性是指齿轮油保护齿轮不受锈蚀,从而保证齿轮的使 用性能和延长使用寿命。齿轮在运\转过程中,空气中的水 分在齿轮箱中凝结成水,因此要求齿轮油应具有良好的防 锈性。为了提高齿轮油的防锈性,一般加有磺酸盐或脂肪 酸盐等防锈添加剂。加有极压添加剂的齿轮油,因极压添 加剂中含有硫化物,硫对铜极易产生腐蚀,因此,在齿轮 油中要加入防腐蚀添加剂,它能在金属表面形成保护膜, 防止腐蚀性物质侵蚀金属。 5、良好的低温流动性 车辆齿轮油要求在低温下也能保持必要的流动性,如果齿 轮油在低温条件下有蜡析出,粘度急剧上升,就不能确保 有效的润滑,低温启动扭矩增大,使得燃料消耗增多。

试验表明,齿轮油的低温表观粘度,对车辆起步时润滑可 靠性有重要影响。车辆起步后,后桥(前桥)齿轮油被激溅到 桥壳上部后流入主动锥齿轮前轴承,若这段时问太长,轴 承便有可能因缺油而被烧坏。所以,要求车辆齿轮油使用 时低温表观粘度不大于 1.5100000.。车辆齿轮油规格中标 出了表观粘度为 1.5100000.时的温度,它决定了齿轮油适 用的最低气温,是选用齿轮油的重要依据之一。为使齿轮 油能够适应冬季低温条件下的使用要求,齿轮油中要加入 倾点降低剂,以改善其低温流动性。 工业齿轮油的分类 工业齿轮油的分类方法狠多,油品可按品种类别分、粘度 大小分和极压水平分等;根据齿轮传动形式和工作条件也 可分为闭式工业齿轮油、开式工业齿轮油和蜗轮蜗杆油。 我国工业齿轮油分为闭式齿轮油和开式齿轮油两种。其中 闭式齿轮油又有:抗氧防锈齿轮油、中负荷工业齿轮油、 重负荷工业齿轮油、蜗轮蜗杆油四种。其中,中、重负荷 工业齿轮油按 40℃运\动粘度中心值分为 68、100、150、 220、320、460、680 七个粘度等级(牌号)。而开式齿轮 油通常是按照 100℃运\动粘度中心值分为 150、220、320 等级别。 按质量分类,工业齿轮油可有以下几种类别: 1、:抗氧防锈型齿轮油

普通工业齿轮油,由精緻矿物油加入抗氧、防锈添加剂调 配而成,有严格的抗氧、防锈、抗泡、抗乳化性能要求, 适用于一般轻载荷的齿轮润滑。相对应的国外标準为和型。 2、:极压型齿轮油 中载荷工业齿轮油,由精制矿物油加入抗氧、防锈、极压 抗磨剂调配而成,比具有较好的抗磨性,适用于中等载荷 的齿轮润滑。相对应的国外标準为 250.03。 3、:极压型齿轮油 重载荷工业齿轮油,由精緻矿物油加入抗氧、防锈、极压 抗磨剂调配而成,比具有更好的抗磨性和热氧化安定性, 适用于高温下操作的重载荷的齿轮润滑。相对应的国外标 準为 250.04 和美钢 224。 4、:蜗轮蜗杆齿轮油 涡轮涡杆油,由精制矿物油或合成烃加入油性剂等调配而 成,具有良好的润滑特性和抗氧、防锈性能,适用于蜗轮 蜗杆齿轮之润滑。相对应的国外标準为中 5、:合成烃极压型齿轮油 低温中载荷工业齿轮油。由合成烃成为基础油,加入同相 似的添加剂,性能除具有特性外,有更好的低温、高温性 能,适用于在高、低温环境下的中载荷齿轮之润滑。相对 应的国外标準为 250.03 合成烃油。 6、:合成烃油合成烃油齿轮油 250.03 的油。

由合成油或半合成油为基础油加入各种像配伍的添加剂, 适用于低温、高温或温度变化大,耐化学品以及其它特殊 场合的齿轮传动润滑。 7、:普通开式齿轮油 由精制润滑油加抗氧防锈剂调制而成,具有较好的抗氧、 防锈性和一定的抗磨性。适用于一般载荷的开式齿轮和半 封闭式齿轮润滑。 8、:极压开式齿轮油 由精制润滑油加入多种添加剂调制而成,它比或油具有更 好的极压性能。适用于苛刻条件下的开式或半封闭式的齿 轮箱润滑。值不小于 200,或齿轮试验通过九级以上。 9、:溶剂稀释型开式齿轮油 由高粘度的普通开式或极压开式齿轮油加入挥发性溶剂调 制而成,当溶剂挥发后,齿面上形成一层油膜,该油膜具 有一定的极压性能。溶剂挥发后的油膜强度值不小于 200, 或齿轮试验通过九级以上 工业齿轮油规格、性能及应用 1、闭式工业齿轮油 闭式工业齿轮油按承载能力分为普通工业齿轮油、中负荷 工业齿轮油和重负荷工业齿轮油及硫磷型重负荷工业齿轮 油。

()普通工业齿轮油 普通工业齿轮油按 50℃运\动粘度分为九个牌号。该产品具 有较好的抗氧、抗磨、防锈及抗泡性能。 (2)中负荷工业齿轮油 中负荷工业齿轮油按 40℃运\动粘度中心值分为七个牌号。 该产品在重负荷、冲击负荷条件下能保持良好的润滑性、 极压抗磨性、热氧化安定性`防锈性及抗乳化性。 (3)硫磷型重负荷工业齿轮油 该产品按 40℃运\动粘度中心值分为五个牌号。该产品在高 温`高负荷、高压水侵袭的苛刻工作条件下表现出良好的极 压、抗磨、抗氧化、抗乳化及抗泡沫等性能,尤其是分水 性能优越。 2、普通开式齿轮油 该产品按 100℃运\动粘度的中心值分为五个牌号。该产品 附着性好,在使用温度下不滴漏,在较高的压力条件也能 保持良好的润滑性能。该产品可用于开式齿轮的润滑也可 用于链条及钢丝绳的润滑防护。 3、蜗轮蜗杆油 蜗轮蜗杆油目前有普通蜗轮蜗秆油、极压蜗轮蜗杆油、含 戍蜗轮蜗杆油等几种。现介绍矿物油或合成油型蜗轮蜗杆 油的技术条件及其适用范围。矿物油或合成油型蜗轮蜗杆

油分一和—/两种。按 3141 粘度等级分为 220、320、460、 680、1000 五个牌号,有一级品与合格品之分。 一为复合型蜗轮蜗杆汕,主要用于铜一钢配对的圆柱型和 双包围等类型的承受轻负荷、传动中平稳无冲击的蜗轮蜗 杆副,包括该设备的齿轮及滑动轴承、气缸、离合器等部 件的润滑,及在潮湿环境下工作的其他机械设备的润滑。 在使用过程中应防止局部过热和油温在 100℃以上时长期运 \转。 -/为圾压型蜗轮蜗杆油,主要用于铜一钢配对的圆柱型承 受重负荷,传动中有振动和冲击的蜗轮蜗杆副,包括该设 备的齿轮和直齿圆柱齿轮等部件的润滑,及其他机械设备 的润滑。如果要用于双包围等类型的蜗轮蜗杆副,必须有 油品生产厂的说明。 选择与使用 如何正确选油 一、工业齿轮油一般选用原则 1、根据齿面接触应力选择齿轮油的类型。 2、根据齿轮线速度选择齿轮油粘度。速度高的选用低粘 度油。速度低的选用高粘度油。 3、注意使用温度。油温高,油粘度应大,夏天用粘度高 的油,冬天用粘度低的油。

4、注意齿轮润滑和轴承润滑是否同一系统,是滚动轴承 还是滑动轴承。滑动轴承要求润滑油的粘度较低。 一般来说,正齿轮、斜齿轮、锥齿轮及低速轻负荷螺旋齿 轮可选用抗氧防锈型工业齿轮油。中负荷齿轮油用于齿面 应力在 343-1079 并带有冲击负荷的齿轮。重负荷齿轮油用 于齿面应力大于 1079 的齿轮。 二、大体上按齿轮生产厂或设备售出厂指定或推荐的油种 用油 这样选油是不错的。但有些个别情况,如设备是二手货, 几易其主过程中出现差错,或者齿轮装置生产厂不甚了解 齿轮油更新换代的新形势,也有推荐不当,甚至错误的现 象。如宝山钢铁总厂进口的一台重负荷齿轮减速机,由于 外商推荐了非极压型齿轮油,造成事故,外商同意索赔。 因此,为了保证齿轮机构的工效,最好是参考各种资料认 真选油。凡出现还选用老牌号油品时,更应慎重考虑。 叁、避免选择粘度就高不就低 这种看法不全面。选择粘度就高不高低,有利于在流体润 滑状态提高油膜强度,起到支撑负荷与减震和密封作用, 但由于粘度大产生了更大的摩擦阻力,消耗较多的动力能 源。现代的工业齿轮油都含有高效添加剂,在齿轮经常所 处的混合润滑及边界润滑状态可以形成润滑膜,因而在保 证薄油膜润滑的情况下,尽量采用低粘度润滑油更有利于

节能。润滑油低粘度化是当前国际上润滑油发展的一个重 要趋势,但究竟降低到何种程度最为合理,应该通过实验。 四、不同渠道购入的同一种类同一牌号的油品使用性能可 能有不同程度的差异 原因主要有以下几点: 1、基础油来源及精制程度不同 某些厂以未精制的蜡油甚至废油稍加处理做基础油,显然 达不到精制要求,这种基础油既使使用进口剂也不能调制 高质量油品。 2、添加剂复配技术不同 添加剂对工业齿轮油的性能影响至关重要。中国石化总公 司设有以专家组成的配方审查委员会,对油品的复配技术 有严格审查,因此,其质量可靠。 3、调合工艺有差别 这就象煎制中草药,同一个药方,煎制时间、火候、入药 顺序不同,药效不同。调油工艺的差别也会导緻油品性能 的差异。 4、质量检验技术的差别 质量检验是现代技术管理的重要环节,中国石化总公司所 属各厂具有先进齐备的质量检验手段和严格的出厂制度。 购买这样的产品,用户可以放心。

使用中应注意的问题 一、工业齿轮油在使用中的注意事项 1、加强产品收货检查。如产品合格证、生产日期、包装 等。 2、运\输、储存中避免靠近火源和高温,避免水分、灰 尘及机械杂质混入。 3、采用正确的润滑方式。 4、首次加油前,要对油箱及管路彻底清洗,以所选定的 油品置换干净,按规定量加油。 5、油量减少时,按规定补油,严防混油。 6、执行 3 级过滤等行之有效的制度,尽量避免水分、灰 尘等杂质混入润滑系统。 7、加强监测,定期取样。按时或按质换油。 8、普通、中、重负荷工业齿轮油不能混装混用,也不能同 其它油品混用。 9、油品倾点较高,不宜用于寒区野外作业的齿轮传动装置 中。 10、使用时,要参照换油指标及时换油。换油时,应将齿 轮箱与齿轮清洗干净,然后换入新油 二、工业齿轮油变质的现象和原因

1、现象 (1)外观变化——变深变混,产生乳化,有明显的磨粒、 机械杂质和油泥。 (2)粘度变化——含粘度指数改进剂的油由于机械剪切造 成粘度下降,而油品氧化及乳化油泥造成粘度上升。 (3)酸值变化——高酸值添加剂的油品中,使用初期酸值 下降表明添加剂的消耗,后期酸值上升是氧化产生酸性产 物的结果。 (4)水分增大——抗乳化性能变差。极压剂水解影响润滑 并可能出现齿面点蚀和胶合。 (5)苯、戊烷(石油醚)不溶物增大——这是油品在长期 使用中,在高温下的氧化产物及金属屑、灰尘等污染的结 果。 2、原因 内部原因是基础油的安定性有一定限度,随储存、使用时 间的推移发生变质;为改善油品综合性能加入的各种添加 剂在使用中逐步消耗发生变质。一般来说,这种变质是狠 缓慢的,往往需要 2 年或更长的时间。 外部原因是在储运\、使用过程中水分、尘土、金属粉末等 污染物的混入引起油的变质。 叁、如何选择润滑方式

可根据齿轮节圆圆周速度确定润滑方式: 节圆圆周速度/(/)润滑方式 ≤15 油浴润滑 >15 喷油润滑

如果采用冷却装置或专用油箱等措施,油浴润滑范围可更 大些。 四、如何确定换油期和换油指标 换油期和换油指标的确定是个较复杂的问题,它与齿轮磨 合情况、齿轮的载荷、齿轮油的种类和质量、润滑部位在 机械中的重要性等均有关。 一般说,用油量较少的齿轮箱可根据实践经验定期换油。 如规定正常情况下 6 个月换油。不与水直接接触的引进减 速机使用说明书规定 4000~5000 换油,因运\转条件不同 也有短至 2000、长至 8000 的。这些规定一般都有相当大 的保险系数。 用油多、消耗量大的大型齿轮装置集中润滑系统,由于定 期补油,常根据油品变质情况按质换油。通常测试项目包 括粘度、酸值、不溶物和水分。有些油品还包括极压性和 腐蚀。 五、齿轮油使用中温度超高的原因

以闭式齿轮箱齿轮润滑为例,若不考虑机械本身的因素, 温度超高的原因可能是: 1、新齿轮机构,没有磨合好,出现磨料磨损,引起齿面温 度升高。此时应加强过滤,磨合后换油; 2、负荷大,油膜破裂,出现磨损等失效倾向,引起齿面温 度升高。此时应根据载荷情况正确选油,提高粘度等级或 选用极压型齿轮油; 3、油位过高或粘度过大,增加了搅拌热,散热困难,油温 与齿面温度同步上升。此时应降低油位,选择适用的低牌 号油。 六、如何防止工业齿轮油的乳化 油和水是互不溶的两种液体,但在一定条件下,会形成稳 定或不稳定的乳化液。在与水的接触中,油品乳化与否及 乳化程度主要由油的组成成分及水的纯度、所含成分的性 质决定,也与油~水体系的温度及震动情况有关。 以通常发生在油品中的乳化为例,当油或水中存在着某类 既亲油基又有亲水基的表面活性物质(如羧酸衍生物)时, 它们会在温度及浓度适宜时,缔合在一起,形成緻密的单 分子层,将水包在其中。大量的缔合体均匀在分散在油中, 就形成了油包水型乳化液。由此可见,控制油—水中表面 活性物质的存在,破坏将水包在其中的表面活性物质緻密 的单分子层,是防止和抵抗两相共存体系乳化的根本途径。

以深度精制的基础油料调制工业齿轮油,对提高成品油抗 乳化性能有重要意义,但工业齿轮油中含有各种功能添加 剂(多为表面活性剂),不可避免会影响油对水的分离能 力。因而油品研制和生产人员在油中添加一定比例、具有 特殊性状的破乳剂抑制这种影响,以保证油品具有良好的 抗乳化性。 控制混入油中的水量及水质对防止油品乳化的作用不可忽 视。在工业齿轮油的使用过程中,要绝对避免轧制液混入 油中,因为轧制液本身是乳化液,可以认为是油品乳化的 促进剂。大型齿轮装置集中润滑系统采用延长在用油的沉 降时间(如油箱切换使用)、对循环用油过滤、离心分离 等也是防止油品乳化的有效手段。 七、极压模拟试验与实机使用性能有何关联 目前工业齿轮油还没有全尺寸台架或标準台架,隻能以小 型试验机进行模拟评定,其与实机使用性能的关联性不甚 理想。 如梯姆肯()试验机用作评定齿轮油的极压性是大家所熟 悉的。该方法与齿轮运\动形式差别狠大,特点是对评定硫 磷型油,由于添加剂在高温高负荷下方能与金属反应生成 化学膜,而在较低负荷下,可能因尚未形成反应膜而给判 断带来困难。该方法的重复性允许相差两级负荷,再现性 允许相差四级负荷,即两个实验室对同一油品评定结果相

差 88 属正常现象,可见方法的精确度低,而这一差值则常 会引起对油品是否合格的争议。 齿轮机试验()与实际使用情况的对应关系较好,但由于 没有冲击负荷,也不能作为筛选齿轮油的可靠方法。四球 机极压试验与使用条件也有差异,也不能单独用以评定油 品的极压性能。将各种试验结果统一考虑,才可能对齿轮 油的使用性能得到较全面的评价。目前实机的应用才是最 确切的判定。这也正是新研制和投产的工业齿轮油必须经 过实机使用试验,方可获得鉴定及生产许可的原因。 在条件允许时,研制一种全尺寸实机台架,借以代替或部 分代替实机使用,也许会是一种可行的方法。 八、齿轮油的承载性和极压性是否是一回事 齿轮表面的损伤形式有胶合、擦伤、波纹、螺脊、点蚀、 剥落、抛光、磨粒磨损、腐蚀性磨损等。齿轮油防止上述 损伤出现的能力叫做承载性或承载能力。 齿轮油的极压性是指在摩擦表面的高温下,极压剂与金属 反应生成化学反应膜的能力。化学反应膜可以防止出现胶、 擦伤、波纹,螺脊,减轻点蚀、剥落和磨粒磨损,但是化 学反应膜的临界剪切强度低于基体金属,在摩擦过程中, 化学反应膜不断被磨损掉而成为磨屑,所以化学反应膜的 生成和磨损就是一种腐蚀性磨损。 齿轮油的极压性强,表明油中的极压剂化学活性高,与金 属的反应速度常数大,反应活比能低。在相同条件下,比

极压性弱的齿轮油生成的化学反应膜厚。如果齿轮油的极 压性太强,就会出现腐蚀性磨损,承载能力反而下降。 综上所述,齿轮油的承载性和极压性不完全是一回事。 九、工业齿轮油特殊的分析评定手段有哪些 1、四球机试验 采用/3142 及/0204 标準方法。4 个直径相同的钢球其中 3 个浸在装有试油的油盒中,上面一个固定并与下面 3 个构 成点接触。在一定的温度、负荷、转速下旋转。根据负荷、 磨迹、烧结点测定试油的极压性和抗磨性。一般来说,磨 迹直径与齿轮实际使用中的磨损有一定的相关性。 2、梯姆肯试验 采用/丁 1144 标準方法。试件由钢制的圆环及长方体块组 成。试验中试环以 800/。速度与试块的一面形成线接触, 间断递增的负荷通过杠杆传递到试件,试油循环浇注润滑。 根据试件产生擦伤的负荷测定试油的极压抗磨性。梯姆肯 通过负荷高的油品,其在使用中所耐的极压负荷也高。 3、齿轮机试验 采用/0306 标準方法。试件为齿轮副。试验时齿轮浸在试 油中,通过弹簧轴对齿轮加载,共分 12 级,载荷逐级增高。 每级运\转 15,根据齿轮磨损量测定试油的极压抗是一种相 关性较好的模拟试验方法。 4、热氧化安定性试验

分别采用/0123 和美钢 200 标準方法。试验时在特制的玻 璃管中加入 300 试油,分别在 95℃和 121℃下,以 10/的 速率向管内通入空气 3121。以测得的试油粘度上升率表示 试油的热氧化安定性。试验粘度上升率小,说明油品的使 用寿命较长。 5、抗乳化性试验 采用/8022 标準方法。在量筒形分液漏斗中加入一定量的 试油和蒸馏水,特制的螺旋桨搅拌器在 82℃下以 2500 或 4500/的转速搅拌漏斗内容物 5。静置 5 后测定自然分离 水。离心分离水、乳化液、油中水的量,以几项结果评价 试油的抗乳化性。 疑难与故障 齿轮常见损伤与润滑油的关系 通常我们把齿轮的损坏类型定义为:轻微磨损、中度磨损、 严重(破坏性)磨损、断裂、表面疲劳(点蚀、剥落)、 塑性流动、擦伤、胶合、腐蚀磨损、烧焦等 11 类。 一、轻微磨损 在齿轮磨合期间,通过表面上微凸体逐渐磨平,出现较为 光滑的表面,由于轮齿在再次进入接触之前和许多齿有接 触,这样将普遍地均匀地减少齿廓误差。如果两个啮合齿 的动态对中轻微偏离,那么最初磨损是由于去除最硬接触 面而产生。

由于更多的基础面积未承受载荷,来自轻微最初磨损的这 些齿轮经轻微修正,将使其齿轮在满载荷操作下能正常运\ 转和减少出现损坏的机会。 二、中等磨损 中等磨损是由于齿轮表面的更大不规则、齿轮齿形的误差 大、有载荷变化、润滑剂粘度不足或在某种条件下使齿轮 工作在混合膜润滑的边界润滑条件下等原因所造成。润滑 剂中的磨料也能产生这类磨损,这类磨损不会自动停止, 而是慢慢地延续比较长的时间,根据齿轮寿命的不同要求, 按实际情况决定何时停止使用。 叁、严重磨损 严重损失是指迅速去除齿面材料、破坏齿的形状和齿轮装 置的平稳运\转,在完全没有润滑剂的条件下或严重过载荷 或接触齿表面的严重偏移等发生的磨损。如果破坏原因没 有找到并纠正,则齿形的破坏将导緻齿轮装置的短寿命。 由于润滑问题容易考虑到和改变,所以过载是引起这种类 型磨损的最普遍原因。 四、断裂 当轮齿承载时,弯曲应力超过材料疲劳极限,将会出现毁 坏性失效,破坏齿的一部分或整个齿。这种断裂开始时出 现裂纹,随着重复的载荷循环扩展而显示为典型的疲劳失 效。断裂经常是由于冲击载荷、强烈振动引起的载荷、大 块的磨屑通过啮合区或者由于齿轮偏移造成齿宽上局部小

面积承受载荷而引起。狠明显,润滑不是一个因素,必须 找出机械缺陷并加以改进。 五、点蚀 轮齿表面在交变接触应力重复作用下发生表面疲劳,随后 在次表面产生微观裂缝,分离出磨粒或屑片而剥落,形成 小凹坑或麻点,故称为点蚀。如果点蚀不断扩展,由较少 的表面来承受载荷,则可以认为这种点蚀是发展的。如果 不能及时纠正,齿面的材料将逐渐减少,最后导緻齿破裂。 这种现象往往是由齿轮轮齿的偏移,齿面上局部小面积承 受载荷而导緻高应力,或使用的齿轮材料太软或运\转中使 用了大于设计值的载荷也都会产生点蚀。 六、剥落 剥落机理和点蚀相同,从硬齿面或表面硬化齿面上去除由 于热处理不当而引起的应力或由于次表面裂痕产生的较大 金属屑,形成剥落。它是由材料缺陷、过载或其他使用问 题而引起。 点蚀、剥落通常被称为金属表面疲劳,润滑油的粘度、种 类、添加剂对这种磨损形态均有影响。 黏度对齿轮疲劳寿命影响最大。大多数都认为黏度越大, 产生疲劳所需的时间越长。这是由于在滚动接触中于齿面 间介入油膜,则压力分布就变得平缓;滚动面上的微观凸 凹由于油膜的存在而被覆盖;对外部的负荷变化有缓冲作 用等原因引起的。

润滑油种类不同,对滚动疲劳的产生有相当大的影响,如 同一黏度的环烷基油比石蜡基油产生疲劳所需的时间要长。 另外分子结构与寿命的有关系,即黏度相同的油,分子中 环数越多者,使用寿命越长。润滑剂分子极性和活性增大, 一般有缩短滚动疲劳寿命的作用,例如,同醇中的(羟基) 被极性强的(羧基)取代,则疲劳寿命降低 1/4;酯比羧酸 和醇的寿命长。这些都是由于化学表面活性不同对裂纹的 产生和发展影响不同的原因。 添加剂的影响狠复杂,在不同条件下结果不一緻。下面举 一些试验室研究成果来说明添加剂对滚动疲劳寿命的影响 供参考。用滚动四球机研究的结果表明,添加二丁基亚磷 酸酯和氯化石蜡则寿命降低,而加元素硫则寿命延长。 添加剂种类和添加量不同,对寿命影响有相当大的差别。 硫化萜烯和二烷基二硫代磷酸锌\添加 2%左右时能显着提 高疲劳寿命。但添加量再增加,延长寿命的作用逐渐变小; 而当到某一添加量以后,寿命反而降低。 七、塑性流动 这是由于重载而使表面应力超过齿轮材料的弹性极限而引 起轮齿表面变形。通常在较软材料中出现这种情况,表面 材料可能沿齿端面和齿顶挤压,最后在齿面上形成毛刺。 节线起皱突起或齿根凹陷也属于这个范畴。如果这类破坏 现象是由强烈振动或冲击载荷引起的话,则高粘度润滑剂 有缓冲载荷的作用,但仅靠改变润滑剂不能解决这类问题。

八、擦伤 这是磨料磨损的一种类型,当硬颗粒尺寸大于隔开轮齿表 面的油膜厚度时,并进入齿轮啮合区域时,齿表面在滑动 方向就会出现擦伤,这些颗粒可能是灰尘、沙,铸造氧化 皮、齿轮或轴承材料或任何其它磨屑,以各种方式进入润 滑系统。 上述这些杂质可以在空气中并通过密封不严的罩或敞开的 检视孔进入,也可能是没有认真清洗箱体或旋转零件而混 入杂质造成;磨屑也可能是齿轮磨损的产物,通过实验分 析可指出这些颗粒材料的类型。加大润滑剂粘度能提高油 膜厚度,这样能减轻擦伤,但不能根治它。最好的解决办 法是对乳化剂进行精密的过滤和改善维护条件等以除掉磨 粒。一旦这些问题得以解决,齿轮表面的损伤也将会停止。 九、胶合 胶合是油膜被破坏而引起的金属熔融后产生的损伤。胶合 程度轻的是在油滑动方向有撕裂的痕迹,严重的是齿面的 损坏,不能继续使用。易引起胶合的部位是啮合面的开始 和终止处,即减速时在小齿轮齿根和大齿轮的齿顶,或小 齿轮的齿顶和大齿轮齿根。这是因为这些地方滑移速度大, 而且啮合开始时一般有狠大的力。 关于产生胶合的条件有负荷、滑移速度、摩擦系数、材质、 制造误差、应力集中和润滑油等多种因素,非常复杂。

热比机械力更容易削弱油膜强度。齿轮负荷中相当大的部 分是以边界摩擦传递的,所以负荷和速度增加,接触部分 的发热也增加,胶合的危险性大。接触部分的发热与υ 成比 例(是最大接触应力,υ 是齿面相对滑移速度,为节点到啮 合的距离)。 齿面啮合的瞬间可以达到相当高的温度,接触点油膜破裂 是由于这种高温引起的。 黏度对胶合有较大的影响。油的黏度高难以引起擦伤,因 为黏度越高,油膜越易形成,油膜也越厚,使负荷在流体 润滑领域中的比例就大。这就是黏度大的油具有抗胶合性 能好的原因。 润滑油种类和添加剂对胶合的影响狠大,极压油比非极压 油抗胶合性好得多。极压添加剂也因其种类不同和往油中 添加量不同而异,一般添加量大的,抗胶性好。不同抗极 压水平的油其抗胶合性不同。抗极压水平高的油其抗胶合 性好。极压剂添加量越多,齿轮油抗擦伤性能越好。 油量和润滑方法对胶合亦有较大影响。在齿轮啮合区油量 供应不足时,引起齿轮发热,抗胶合性能下降。随着油量 的增加,抗胶合负荷增加,循环喷油比油浴润滑好。 十、腐蚀磨损 轻微点蚀或齿表面生锈或暴露的无油漆的金属表面会出现 腐蚀和腐蚀磨损。腐蚀可能由于油中的冷凝水或者热交换 器中漏出的水而引起;也可能由于润滑油中的酸或腐蚀添

加剂而引起的。某些润滑油添加剂可以防止齿轮表面生锈, 从而达到防止腐蚀的作用。另外一些则是阻止油氧化而生 成酸。如果知道产生腐蚀的原因来自外部,还是可以纠正 的。 十一、烧焦 如果齿轮的齿遭受强热,材料硬度将降低。软化的材料将 迅速被去除,因为它不能承受相应负荷,这种现象的特点 是齿轮表面由于温度高而使其变色,如果热源来自外部, 就必须予以纠正,如果是摩擦问题,则要重新考虑润滑剂 类型和润滑方法。 防治齿轮损伤及失效的办法 一、齿轮副的损伤与防治 齿轮副的损伤形式主要有:齿面磨损、齿面接触疲劳、塑 性流动等,原因主要涉及到齿轮副材料、表面加工处理、 齿轮副加工精度、润滑油品的选用等多方面的因素。 1、齿面磨损 表现形式为刮伤、擦伤、齿面滑动磨损失效、胶合等。 防治对策包括:提高齿轮硬度;对齿轮表面进行耐磨处理; 清洁润滑系统;选择合适的润滑剂;过滤润滑剂 2、齿面接触疲劳 表现形式为齿面点蚀、剥落及表层压碎等。

防治措施有:提高齿轮副的精度和制造精度;合理选择齿 轮副材料和磨合工艺;适当加大齿轮副表面硬化层的厚度 和硬度;采用极压齿轮油;保证油品质量和油路畅通。 3、塑性流动: 当齿面承受过大载荷时容易产生塑性流动,表现为齿轮端 面出现飞边,齿面沿滑动方向起波或凹陷。 防治措施是:控制载荷;适当提高齿面硬度;采用极压齿 轮油;充分供油。 二、用合理润滑延缓或防止齿轮的失效 工作中的齿轮副发生失效,与所传递的运\动和动力的性状 直接有关。在使用齿轮副的目的——“完成特定的运\动和 动力的传递”。不可改变时,为了防止齿轮失效,人们首 先从机械角度考虑问题。如选择优良的齿轮材料、合理的 齿轮设计参数、先进的热处理技术及高精度的机加工工艺 等。这都是必不可少且行之有效的,但往往忽略合理润滑 的作用。 润滑是研究齿轮相对运\动、相互作用的表面科学所不可缺 少的内容。例如,在负荷不大的情况下,齿轮副的表面粗 糙度与润滑油膜厚度成为一对矛盾。为保证流体动力膜或 弹流膜的形成,可以要求更光滑的齿面,使凸起高度小于 油膜厚度,也可以要求更厚的油膜将稍大的凸起掩盖,二 者都可达到将摩擦齿面隔开的目的。

这后一种办法就是通过选用合适粘度的润滑油实现的。在 负荷变大的情况下,流体动力膜及弹流膜在压力下不能保 持住而发生破裂,使齿面凸峰相碰。在齿轮制造中采用先 进技术是减轻这种碰撞的必要条件,但不是充分条件。隻 有当同时采用先进的润滑技术,选用可在齿面形成边界润 滑膜的齿轮油时,控制齿轮失效才成为可能。 由此可见,合理润滑可以避免、减轻和延缓齿轮失效。因 而,人们将齿轮润滑剂看作是齿轮机构的元件之一。 合理润滑可以明显延缓或防止齿轮的失效。一般情况下, 磨损是因为齿轮油极压抗磨性能不能满足齿轮润滑要求就 会产生;点蚀是因为齿轮油润滑性能不足,防腐蚀性能差 引起;而断齿与胶合主要是因为齿轮油量不足,或者是修 理后齿轮的装配不良,如紧固螺钉拧得太紧,或者齿轮间 隙调整不当等,狠容易产生断齿或胶合,这种现象与齿轮 油质量关系不是狠密切。因此发生齿轮失效,一定要看失 效形式,然后才能判断由什么原因引起。


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