齒輪潤滑油泵的潤滑狀態(tài)分析

齒輪潤滑油泵的潤滑狀態(tài)分析解生澤沈陽職業(yè)技術學院汽車分院,遼寧沈陽110015摘要：由斯特萊貝克曲線可知，在油潤滑下，兩個相對運動物體表面分為三種潤滑狀態(tài)。通過計算，齒輪潤滑油泵工作時齒面處于混合潤滑狀態(tài)，齒面有磨損產生。而實際觀察可知，齒輪潤滑油泵齒面沒有磨損，齒面可能處于流體潤滑狀態(tài)。關鍵詞：摩擦磨損潤滑油膜兩個物體表面相互接觸并相對運動就會產生摩擦，有摩擦就會產生磨損。磨損會破壞表面質量，降低機械的運動精度，消耗能源，縮短零件的使用壽命。而潤滑則是減少摩擦和磨損最有效的手段。于是，人們對摩擦現(xiàn)象進行了深入的研究和分析，并取得了豐碩的成果。1潤滑狀態(tài)分析在本世紀初，德國科學家斯特萊貝克(Stribeck)根據(jù)對滾動軸承和滑動軸承的試驗結圖1斯特萊貝克(Stribeck)曲線圖中縱坐標是摩擦系數(shù)|J，橫坐標是反映承載特性的參量學；耳是潤滑油的動力粘度,V是h兩個摩擦表面對潤滑油的綜合速度,N是載荷。可以看出，根據(jù)九，可將潤滑類型分R為流體潤滑、混合潤滑和邊界潤滑。其中R二（R2+R2）】2,R和R是兩摩擦表面的相應的粗糙度值。1212（1）流體潤滑區(qū)：h.>3R，兩摩擦表面完全為連續(xù)的油膜分開，不直接接觸，載荷由油膜承擔。（2）混合潤滑區(qū)：h<3R，摩擦表面的一部分被油膜分開，另有部分微凸體接觸，其余被邊界膜分開。載荷由油膜、微凸體和邊界膜共同承擔。（3）邊界潤滑區(qū)：hT0，摩擦表面微凸體接觸較多，油膜的潤滑作用減少，甚至完全不起作用，載荷幾乎完全由微凸體和邊界膜共同承擔。（4）干摩擦區(qū)：屬于邊界潤滑區(qū)左邊一小部分，摩擦表面無油膜存在，載荷完全由金屬基體或氧化膜承擔。圖2齒輪潤滑油泵的工作原理圖2齒輪潤滑油泵齒面的潤滑狀態(tài)分析齒輪潤滑油泵用于泵送潤滑油。它的公稱壓力低（一般小于1MPa），流量大。為提高齒面的硬度、耐磨性和接觸疲勞強度，往往對齒面進行淬火等熱處理和磨齒等精加工，最終導致成本增加。齒面磨損程度取決于其齒面的潤滑狀態(tài)。如果處于混合或邊界潤滑區(qū)域，兩個齒面直接接觸，磨損量大，齒面必須熱處理以提高硬度和耐磨性；如果處于流體潤滑區(qū)域，兩個齒面被油膜分隔開，不會產生磨損，齒面不必熱處理。其主要工作件由兩個互相嚙合的齒輪組成，一個主動，一個被動。當齒輪按圖2所示方向旋轉時，右側油腔兩輪齒逐漸分離，左側的輪齒逐漸嚙合;油在大氣作用下進入右腔，隨齒輪旋轉帶到左腔，經左腔壓出。齒輪屬于線接觸的高副接觸，其力學模型是兩個圓柱體的線接觸，按彈性流體動壓潤滑的基本方程計算最小油膜厚度h。下面，以國產RCB—315型潤滑油泵（由日本潤滑油泵轉化）為min例進行齒面潤滑狀態(tài)計算，其參數(shù)如下：齒數(shù)：Z=Z=12,法面模數(shù)：m=6mm，螺12n旋角：0=35。，0二32.6o，法面壓力角：a=20°,中心距；a=87.896xl0-3n，齒寬:bnB=120mm，精度：8FJ，齒面粗糙度：旋角：0=35。，0二32.6o，法面壓力角：a=20°,中心距；a=87.896xl0-3n，齒寬:bnB=120mm，精度：8FJ，齒面粗糙度：R=R=1.6卩m，材料：45鋼，公稱壓力:

l2p=0.63MPa，轉數(shù)：n=970r/min，油品：N100工業(yè)齒輪油，粘壓系數(shù)a=2.2x10-8m2/N，粘度：耳二9x10-2N?S/m2。計算如下：1)nZ傳動比i=4= 2=1n2Z12)綜合粗糙度R=(R2+R2)^2=2.2624卩m123)1E當量彈性模量訂E'= = -(1-V2 1-V2)1-V2EE 112=2.2651x1011N/m25)7)8)9)其中V=v=0.27E=E=210GPab]1212m齒輪泵的排量b]V=2兀Zm2B=2kZ( n)2B=4.8517x10-4m3/rt cos0轉矩m=^pV=48.67N?m2兀2M 2M 2M圓周力F= = = =1107.48NtdmZm—Zcos0節(jié)點處當量曲率半徑門對潤滑油的卷吸速度皿R=iaSinan =9.174x10-3m(i+1)2COS20兀 nasinaU=30(i+1)cosn0=1862.87X10-3m/S單位齒寬上的載荷k]LFcos0= t bBcosacos0n=10.1X103NmW*=W/L=4.86x10-6E'R門U10)無量綱參量MU*= ==8.0682x10-10)E'RG*二aE'二4.983x1033 丄粘性參量Mg=G*W*2U*-2=5.919v1彈性參量1g=W*U*-2二0.541e(g,g)訂點落在R-I區(qū)域內，用Martin方程計算。油膜厚度參數(shù)h二4.9vefhnUR最小油膜厚h=十 ==0.746軸minW/Lh膜厚比九=—=0.3298<3R由以上結果可以看出，齒面出于混合潤滑狀態(tài)。一般齒輪傳動齒面也都是處于混合潤滑狀態(tài)，這與計算結果是相符合的。所以，為防止磨損，點蝕，膠合等破壞形式，齒面要熱處理以提高硬度和耐磨性。但實際觀察潤滑油泵齒面情況并非如此。92年鞍鋼厚板廠引進日本二手軋機，對其潤滑油泵進行解剖可知，齒面上刀痕依稀可見，并無磨損痕跡，且齒面為軟齒面，硬度為HB200,該泵已運行十年之久。觀察國內生產的潤滑油泵齒面情況也是如此。可見，潤滑油泵工作時齒面為連續(xù)油膜分開，應為流體潤滑，這與計算結果不相符合。對潤滑油泵齒面潤滑狀態(tài)探討出現(xiàn)以上情況是因為工作條件不同。一般齒輪工作時，潤滑油沒有壓力，只是被齒面間的相對滑動速度產生的卷吸作用帶入摩擦表面間?；瑒铀俣群苄?，加上齒面載荷作用的阻礙，以及油的粘度等因素，齒面間難以形成連續(xù)的油膜，有齒面的直接接觸，屬于混合潤滑狀態(tài)。而潤滑油泵工作時是浸入油中，潤滑條件好。當油泵工作時，吸油腔的齒輪逐漸退出嚙合，使吸油腔的空間加大，壓力降低，形成負壓，油隨齒輪轉動進入壓油腔。壓油腔的齒輪逐漸進入嚙合，空間變小，油的壓力升高。壓油腔和吸油腔存在壓力差，其值略大于泵的工作壓力。齒輪是高副的線接觸，接觸區(qū)實際是一個狹長的面接觸。在壓力差的作用下，少量的壓力油經接觸區(qū)泄回吸油腔，在接觸區(qū)形成連續(xù)的油膜，成為流體潤滑狀態(tài)。正如靜壓軸承，在軸轉動之前，壓力油經軸下面的油孔流出，將軸浮起，使軸與滑動軸承之間形成一個連續(xù)的油膜。軸與軸承之間沒有直接接觸，不會產生磨損。結論由于工作條件不同，用計算普通齒輪齒面油膜厚度的方法已不能滿足計算齒輪潤滑油泵齒面的油膜厚度，需要對原有的計算方法加以改進和修訂。參考文獻：汪德濤?！稘櫥夹g手冊》機械工業(yè)出版社。1999張秉榮章劍青?！豆こ塘W》機械工業(yè)出版社。2000左健民?！兑簤号c氣動傳動》機械工業(yè)出版社。2001姚玉泉，馬先貴，丁津原。《摩擦磨損潤滑密封》東北大學出版社。1989溫詩鑄?！赌Σ翆W原理》。清華大學出版社，1990TheAnalysisofLubricationConditiononGearLubricationOilPumpXIESheng-ze1,ZHOUChao-mei1, MAXian-guei2,DINGJin-yuan2(1.ShenyangCollegeofAutoIndustry,Shenyang110015；2.NortheastUniversity,Shenyang110006)Abstract:Stribeckcurvedividesthelubricationconditionofthesurfaceoftwooppositemovementbodysunderoillubricationintothreesections.ThroughcalculatingtwofoothfacesOfgearwhoollubricationoilpumpthatareworkingareinthesectionofmixedLubricationandwearcanoccur.Byobserv