齒輪傳動潤滑技術(shù)

1、齒輪傳動潤滑技術(shù),齒輪傳動潤滑技術(shù),概述,齒輪傳動機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動機(jī)構(gòu)。它不僅可以用來傳遞空間任意兩軸之間的運動和動力，而且傳動準(zhǔn)確、平穩(wěn)、機(jī)械效率高、使用壽命長，工作安全可靠。齒輪是機(jī)械產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)零件齒輪傳動是傳遞機(jī)器動力和運動的一種主要形式。它與皮帶、摩擦機(jī)械傳動相比，具有功率范圍大、傳動效率高傳動比準(zhǔn)確、使用壽命長、安全可靠等特點，因此它已成為許多機(jī)械產(chǎn)品不可缺少的傳動部件。齒輪的設(shè)計與制造水平將直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。由于它在工業(yè)發(fā)展中有突出地位，致使齒輪被公認(rèn)為工業(yè)化的一種象征,齒輪是機(jī)械產(chǎn)品最重要的基礎(chǔ)零件之一。齒輪傳動是機(jī)器運動和動力傳遞的一種主

2、要形式，具有傳遞功率大、傳動比準(zhǔn)確、使用范圍廣、安全可靠等特點，一度被視作工業(yè)化的象征。隨著齒輪傳動不斷向高速、重載、高低溫和微型化方向發(fā)展，潤滑不當(dāng)引起的齒輪失效時有發(fā)生，因此在新的環(huán)境條件下，研制高性能、低黏化、通用化、長壽命齒輪潤滑油并且合理選擇齒輪潤滑越發(fā)顯得重要。潤滑對齒輪傳動裝置而言是具有特殊重要意義的機(jī)械構(gòu)件。在操作過程中，潤滑劑接觸機(jī)械的大多數(shù)傳動元件除潤滑滑動、滾動接觸副外、潤滑劑還要執(zhí)行冷卻和移除滑動、滾動接觸副產(chǎn)生的摩擦熱的任務(wù)。有關(guān)機(jī)械傳動部件(例如滾動軸承、齒輪、軸、密封或齒輪箱)生產(chǎn)或制造費用或成本的對比表明，潤滑油是可以低成本、比較簡單地生產(chǎn)的傳動構(gòu)件。但是與選擇

3、機(jī)械其它構(gòu)件相比為保證傳動裝固可靠而長期運行，在設(shè)計傳動裝置過程中潤滑劑的選擇具有決定性重要意義。,齒輪傳動的特點和基本類型,齒輪傳動的特點：,傳動動力大，效率高,壽命長，工作平穩(wěn)，可靠性高,能保證恒定的傳動比，能傳遞任意夾角兩軸間的運動,制造、安裝精度要求較高，因而成本也較高,不宜作軸間距離過大的傳動,齒輪傳動用來傳遞任意兩軸之間的運動和動力，其圓周速度可達(dá)300m/s,傳遞功率可達(dá)105kW,齒輪直徑可從1mm到150m以上，是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械傳動。優(yōu)點：1）傳動效率高2）傳動比恒定3）結(jié)構(gòu)緊湊4）工作可靠、壽命長缺點：1）制造、安裝精度要求較高2）不適于中心距a較大兩軸間傳

4、動3）使用維護(hù)費用較高,精度低時、噪音、振動較大,齒輪傳動的優(yōu)缺點,齒輪傳動的特點和基本類型,齒輪齒條傳動,圓柱斜齒輪傳動,圓柱人字齒輪傳動,圓錐直齒輪傳動,螺旋齒輪,蝸輪蝸桿傳動,變徑齒輪傳動,曲線齒,準(zhǔn)雙曲面齒輪,齒輪常見的失效形式,齒輪傳動是靠輪齒的嚙合傳動來傳遞運動和動力的，輪齒失效是齒輪常見的主要失效形式。由于齒輪傳動裝置有開式、閉式，齒面有軟齒面、硬齒面，齒輪轉(zhuǎn)速有高有低，載荷有輕重之分，所以設(shè)計應(yīng)用中會出現(xiàn)各種不同的失效形式。齒輪傳動的主要失效形式有輪齒折斷、齒面點蝕、齒面磨損、齒面膠合以及塑性變形等幾種形式。,輪齒折斷,輪齒折斷輪齒折斷通常有兩種情況：一種是由于多次重復(fù)的彎曲應(yīng)

5、力和應(yīng)力集中造成的疲勞折斷；另一種是由于突然嚴(yán)重過載或沖擊載荷作用引起的過載折斷。這兩種折斷都起始于輪齒相部受拉的一側(cè)。齒寬較小的直齒輪往往發(fā)生全齒折斷，因?qū)捿^大的直齒輪或斜齒輪則容易發(fā)生局部折斷。,輪齒工作時，由于在齒面嚙合處脈動循環(huán)交變接觸應(yīng)力長期作用下，當(dāng)應(yīng)力峰值超過材料的接觸疲勞極限，經(jīng)過一定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)后，先在節(jié)線附近的齒報表面產(chǎn)生細(xì)微的疲勞裂紋。隨著裂紋的擴(kuò)展，將導(dǎo)致小塊金屬剝落，產(chǎn)生齒面點蝕。點蝕影響輪齒正常嚙合，引起沖擊和噪聲，造成傳動的不平穩(wěn)。點蝕常發(fā)生于潤滑狀態(tài)良好、齒面硬度較低（HB350HBS）的閉式傳動中。在開式傳動中，由于因齒面的磨損較快，往往點蝕還來不及出現(xiàn)或擴(kuò)展

6、即被磨掉了，所以看不到點蝕現(xiàn)象。,齒面點蝕,輪齒表面承受循環(huán)接觸應(yīng)力，當(dāng)超過材科的接觸疲勞極限時，在齒面或表層內(nèi)將發(fā)生微小裂綸，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展使表面金屬小決脫落形成庶點，即出現(xiàn)疲勞點蝕。點蝕有兩種：一種是跑合過程中的點蝕，它是由于齒面在加工個凸起部分的應(yīng)力超過材料的疲勞極限而產(chǎn)生的。隨著跑合過程中齒面接觸面積的增加，接觸應(yīng)力下降，點蝕不再擴(kuò)展，而且在運行過程個，輕微的點蝕麻點將逐漸被“碾平”，這種點蝕稱為非進(jìn)展性點蝕。另一種是經(jīng)過一段時間的運行使用，即使齒面已經(jīng)跑合，接觸良好，但當(dāng)齒面的接觸應(yīng)力超過材料的疲勞極限時，即產(chǎn)生點蝕，且不斷擴(kuò)展，稱進(jìn)展性點蝕。在出現(xiàn)進(jìn)展性點蝕之后，若用繼續(xù)運轉(zhuǎn)，點蝕坑

7、就會不斷擴(kuò)展，而出現(xiàn)大塊剝落。潤滑油的作用無疑對齒面損傷有很大的影響。潤滑油的帖度太低容易產(chǎn)生點蝕。因此應(yīng)采用高粘度的潤滑油或加入添加劑。,因面磨損齒面磨損通常有兩種情況：一種是由于灰塵、金屬微粒等進(jìn)入齒面間引起的磨損；另種是由于齒面間相對滑動摩擦引起的磨損。一般情況下這兩種磨損往往同時發(fā)生并相互促進(jìn)。嚴(yán)重的磨損將使輪齒失去正確的齒形，齒側(cè)間隙增大而產(chǎn)中振動和噪聲，甚至由于齒厚磨薄最終導(dǎo)致輪齒折斷。潤滑良好、具有一定硬度和表面粗糙度較低的閉式齒輪傳動，一般不會產(chǎn)生顯著的磨損。在開式傳動中，特別是在粉塵濃度大的場合下，齒面磨損將是主要的失效形式。,齒面磨損,潤滑不良，特別是使用潤滑脂的低速重栽開

8、式齒輪，齒面磨損是主要失效形式之一。雖然圓弧齒輪的接觸跡沿齒向滾動有利于形成油膜，但沿齒高的相對滑動速度卻并不比漸開線齒輪小，滑動速度隨模數(shù)成正比增加，所以齒面磨損并不少見。膠合和點蝕也會引起嚴(yán)重磨損，磨損的結(jié)果使齒厚變薄，導(dǎo)致斷齒。防止磨損的辦法是改善潤滑方法和增加齒面硬度。,高速重載傳動時，嚙合區(qū)載荷集中，溫升快，因而易引起潤滑失效；低速重載時，油膜不易形成，均可致使兩齒面金屬直接接觸而熔粘到一起，隨著運動的繼續(xù)而使軟齒面上的金屬被撕下，在輪齒工作表面上形成與滑動方向一致的溝紋，這種現(xiàn)象稱為齒面膠合。為了防止產(chǎn)生膠合，除適當(dāng)提高齒面硬度和降低齒面膠合表面粗糙度外，對于低速傳動宜采用粘度大的

9、潤滑油，高速傳動則應(yīng)采用含有抗膠合添加劑的潤滑油。,齒面膠合,齒面膠合是由于兩齒面之間難以形成油膜或油膜遭到破壞，以致兩齒面金屬直接接觸，摩擦系數(shù)急增，摩擦發(fā)熱從而使兩齒頂熔融粘著，齒面金屬沿著相對滑動方向撕開而形成條狀的痕迎。當(dāng)齒輪的制造質(zhì)量較差。齒面局部解除，產(chǎn)生根大的接觸應(yīng)力，摩擦發(fā)熱使溫度劇增，在高溫高壓下，齒面油膜遭到破懷：，低速重載或潤滑油的吸附性能差時，均難以形成油膜；大模數(shù)的齒輪，由于凸、凹齒廓圓弧半徑差較大，不容易跑合，且齒面相對滑動速度大，摩擦發(fā)熱也大，都容易產(chǎn)生膠合。特別是不經(jīng)跑告就重裁試車或使用，或跑合時不逐級加載，都會產(chǎn)生很大的接觸應(yīng)力，導(dǎo)致迅速發(fā)生膠合。精度較高的高

10、速齒輪，當(dāng)潤滑良好時，齒面間容易形成動壓油膜，不易產(chǎn)生膠合。輕度膠合齒面出現(xiàn)的劃傷痕跡，在繼續(xù)運轉(zhuǎn)時，有時可能被碾平，但輕度膠合也可能成為點蝕的根源。嚴(yán)重膠合時，發(fā)熱增大，齒面嚴(yán)重?fù)p傷，將會產(chǎn)生根大的振動和吸聲。,低速重載傳動時，若輪齒齒面硬度較低，當(dāng)齒面間作用力過大，嚙合中的齒面表層材料就會沿著摩擦力方向產(chǎn)生塑性流動，這種現(xiàn)象稱為塑性變形。在起動和過載頻繁的傳動中，容易產(chǎn)生齒面塑性變形。提高齒自硬度和采用粘度較高的潤滑油，都有助于防止或減輕齒面的塑性變形。,齒面塑性變形,當(dāng)齒面材料太軟，屈服限較低，面會出現(xiàn)明顯的壓坑痕跡，若齒面潤滑不良，摩擦系數(shù)增大，這將使齒面金面產(chǎn)生塑性流動，沿著摩控力方

11、向流向齒頂，形成齒頂飛邊。齒頂飛邊相當(dāng)于增加了齒頂高，導(dǎo)致齒頂與配對齒輪的齒根過鍍曲面相接觸，將會引起劇烈的振動和噪聲。表面金屬的塑性流動，可能會促進(jìn)齒面點蝕。嚴(yán)重的塑性變形，可能引起輪齒折斷破壞。,輪齒的失效形式很多，它們不大可能同時發(fā)生，卻又相互聯(lián)系，相互影響。例如輪齒表面產(chǎn)生點蝕后，實際接觸面積減少將導(dǎo)致磨損的加劇，而過大的磨損又會導(dǎo)致輪齒的折斷?？墒窃谝欢l件下，必有一種為主要失效形式。,同其他零件的潤滑情況相比，閉式齒輪傳動的潤滑有以下特殊性：(1)與滑動軸承相比，多數(shù)齒輪的齒廓曲線的曲率半徑較小，一般只有幾十，所以形成油楔的條件較差。(2)齒輪的接觸壓力非常高。(3)齒面同時存在滾

12、動和滑動，而且滑動的速度和方向變化劇烈；(4)潤滑是不連續(xù)的，每次嚙合時都需重新建立油膜形成油膜的條件較軸承苛刻。(5)齒輪的材料、熱處理、機(jī)械加工、裝配等條件對齒輪的潤滑狀態(tài)有很大的影響，尤其是齒面形貌和表面粗糙度對潤滑狀態(tài)影響最為明顯。,齒輪傳動的主要潤滑特點,齒輪的潤滑狀態(tài)總起來說有兩種情況：一是流體動力潤滑和彈性流體潤滑；二是邊界潤滑。流體動力潤滑時，一定厚度的潤滑油膜可將摩擦面完全隔開而不發(fā)生直接接觸但當(dāng)負(fù)荷增大時，嚙合齒面間發(fā)生彈性變化，潤滑油粘度在此壓力下急劇增大，仍不被擠出而形成薄但具彈性的流體動力膜，它們可將摩擦面隔開；不管怎樣，潤滑油的粘度是形成流體動力潤滑膜和彈彈流膜的關(guān)

13、踺。邊界潤滑則發(fā)生在負(fù)荷繼續(xù)增大，此時承擔(dān)潤滑任務(wù)的是吸附在金屬表面上的一層或兒層分子構(gòu)成的邊界吸附膜；當(dāng)處在高溫高壓下，吸附膜會脫掉，喪失潤滑作用此時，要靠齒面上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)膜起潤滑作用；此種潤滑狀態(tài)一般又稱作極壓潤滑。,齒輪的潤滑狀態(tài),齒輪傳動對潤滑的要求,要有很好的極壓抗磨能力要有很好的黏附性要有很好的抗擦傷、抗磨損能力要有很好的抗腐蝕能力有良好的抗泡性能有良好的抗氧化性能有較高的抗乳化能力對機(jī)構(gòu)的其他零件(如密封件等）影響最小粘溫性能良好抗剪切實定性良好成本低廉,常用的齒輪潤滑劑,目前在齒輪傳動中使用最多的潤滑劑式齒輪油，約占齒輪潤滑劑的90%以上，只有在特殊情況下的齒輪傳動中才會使用潤滑脂潤滑或其他