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开式齿轮润滑机理与特点

2021-05-17  来源: 优润(U.LUBE)  

大型开式齿轮润滑-优润特种润滑剂


开式齿轮一般应用于水泥、电力、矿山、冶金、化工等行业传递大功率和大扭矩的设备。如煤磨、球磨机、回转窑、干燥机、造粒机等,由于其尺寸大、载荷高、运行工况恶劣等特殊条件,使其具有如下工作特点:

① 低速、重载、伴有冲击载荷

② 易受粉尘和水的侵袭

③ 有时伴随着高温

 

同时,这些齿轮巨大,加工与热处理困难,价格昂贵;此外,这些齿轮通常是工厂心脏设备的核心传动系统,如何保障其安全运行,其润滑起到关键的作用。因此,在保障其安全运行的基础上,做好开式齿轮润滑,使其达到最佳的使用寿命并达到节能降耗,保护好环境,以及便于现场管理成为我们最关心的问题之一。

 

一.齿轮啮合的几种润滑状态:


1. 流体动力润滑状态: 齿轮在啮合过程中,一定厚度的润滑油膜将并不平滑的摩擦面完全隔开而不使其发生直接接触,此时称为流体动力润滑状态。

 

2. 弹性流体润滑状态:当载荷增大时,啮合齿面发生弹性变化,润滑油粘度在压力下急剧增大,因而不会被完全挤出而迅速形成极薄的弹性流体动力膜,仍能将摩擦面完全隔开,这时为弹性流体润滑状态。

 

润滑油的粘度是形成流体动力润滑膜和弹性流体润滑膜的关键。以上情况通常发生在高速轻载的工况。

 

3. 边界润滑状态: 当载荷继续增大时,齿面微小的凸起在运动中已不能由弹性流体膜隔开,此时承担润滑任务的是吸附在金属表面上的一层或几层分子构成的边界吸附膜。在高温高压条件下,边界吸附膜发生脱附,丧失润滑作用,此时就要靠在齿面生成化学反应膜或物理吸附膜起润滑作用。

 

化学反应膜的形成有赖于润滑剂中活性适当的添加组份,如含硫化合物等。在一定条件下,润滑剂中的硫与齿面的铁反应生成硫化铁膜承担润滑任务。

物理吸附膜是靠润滑剂中的固体添加剂,例如石墨,利用大小齿轮表面粗糙度的不同,在金属表面之间形成“镀膜”效应,将两金属表面隔开,靠固体润滑剂承担润滑作用。

 

以边界吸附膜和化学反应膜及物理吸附膜完成润滑任务的状态叫做边界润滑状态,也称极压润滑状态,通常发生在高速重载、低速重载或有冲击负荷的工况,如回转窑的开式齿轮常处于这种极压润滑状态。

 

开式齿轮实际上通常是处于混合摩擦状态。除节圆处为纯滚动摩擦之外,还存在着大量的滑动摩擦。因此开式齿轮润滑剂既要具备一定的抗极压性能也要具备很强的抗磨损性能。由于常伴随着冲击载荷和动态载荷的变化,所以还要求其必须具备“紧急”润滑性能。

 

二.齿轮啮合过程的特点:


齿轮啮合过程中存在滚动摩擦与滑动摩擦。啮合开始与即将结束时相对滑动速度最大;节圆处相对速度滑动速度为零(纯滚动摩擦);与滑动轴承相比,齿轮每一次啮合都要重新建立油膜,而滑动轴承可建立连续的稳定的油膜,因此大型开式齿轮的润滑更困难。

 

三.载荷、粘度、速度的关系——斯氏(Stribeck)曲线


当载荷与粘度不变,速度越高越容易形成流体润滑,反之则不易

     

当粘度与速度不变,载荷越低越容易形成流体润滑,反之则不易

     

当载荷与速度不变,粘度越高越容易形成流体润滑,反之则不易

 

大型开式齿轮经常处低速重载的运行条件,因此开式齿轮只有在粘度极高的情况下,才可以保证流体润滑状态。因此开式齿轮通常处于混合润滑状态,其润滑剂通常需要加入固体润滑剂辅助润滑。


斯氏曲线-优润特种润滑剂

 

常见的开式齿轮润滑剂的添加剂有两种极压添加剂-化学添加剂(EP添加剂)和物理添加剂(固体添加剂,石墨、二硫化钼等)

 

化学添加剂主要依靠其中的活性成分(如硫,磷)在一定条件下(边界润滑或混合润滑时)与齿面金属反应生成化学反应膜承担润滑任务(但会损失材料)。

 

物理添加剂是通过固体添加剂利用齿轮表面粗糙度的不同,在金属表面形成“镀膜”效应,将两金属表面隔开,靠固体润滑剂承担润滑作用。二硫化钼遇水会反应,生成酸性物质,腐蚀金属。因此开式齿轮常用石墨作为固体润滑剂。

 

四. 现代大型开式齿轮对润滑剂的要求


按照开式齿轮的工作特点,一般要求所使用的润滑剂要同时满足以下条件:

a、 粘着力强(粘附性好,不易甩落和损耗)

b、 高的抗磨损和抗极压性能(FZG测试级别≥12,四球焊接负荷>650KG)

c、 具备一定的油膜强度(能减弱冲击负荷对齿面的影响)

d、 含有一定比例的固体添加剂和EP(抗极压)添加剂(满足边界润滑和紧急润滑的要求)

e、 良好的喷洒(喷洒系统)或流动性能(油池润滑)

f、 工作温度范围宽(适用于冬夏季)

g、 油品的物理、化学稳定性好(寿命长、损耗小、不易变质,抗热氧化安定性对磨机开放式齿轮尤其重要)

h、 对外部环境(如粉尘、水等)的影响有一定程度的抗阻能力

i、 便于操作使用及维护

j、 对环境和操作人员没有危害

 

如优润(U.LUBE)开式齿轮润滑体系ET G-OG、O-OG系列,如果由于条件所限,开式齿轮所使用的润滑剂,在最初选用时没能选到完全符合以上条件的润滑剂,那么必将导致花费大量人力物力,却仍然达不到开式齿轮理想的润滑状态。即使油品的消耗量巨大,齿轮依然会存在过度磨损、塑性变形、点蚀、剥落、更严重发生崩齿等问题,对开式齿轮来说,最容易出现的问题便是擦伤、塑性变形、点蚀、剥落和磨粒磨损等,如下图:

 

 

大型开式齿轮润滑问题-优润特种润滑剂

点蚀、严重擦伤(胶合)、疲劳裂痕/断齿、塑性变形

 

出现这类问题的原因除了与齿轮本身的材质、设计、加工、安装等因素有关之外,最重要的因素便是润滑剂的性能所致。因此选好润滑剂是关键。