浅论润滑对齿轮齿面损伤的影响

２０１０年４月　Ａｐｒ．２０１　０　瀚黼　ＬＵＢＲ！鳍　ＵＮＧ　ＯＩＬ　第２５卷第２期　Ｖ０ｌ＿２５．Ｎ０＿２　文章编号：１００２—３１１９（２０１０）０２—００２１—０４　浅论润滑对齿轮齿面损伤的影响　朱磊　（上海　＿Ｈ）：ｊ　Ｉ　、ｉＩｆ．榆测公州’＿１　海２０１９００）　摘要：文章简单介绍了作者彳Ｆ设备故障监测工作中遇到的几例齿轮齿面损伤的案例，重点描述了这几个案例中齿轮齿面点蚀、　胶合和磨损这几类齿而主要的损伤形式，分析这几类齿面损伤的成因，包括工况条件及所采用的何种润滑方式。并且针对案　例详细阐述了润滑剂对齿轮齿而点蚀、胶合和磨损损伤的影响，从齿轮润滑角度分析如何避免、减轻或延缓齿轮齿面损伤的发　生、程度及劣化，从而存日常设备维护工作中确保齿轮箱的正常而稳定地运转。　关键词：齿轮；润滑；胶合；点蚀　中图分类号：ＴＥ６２６．３　文献标识码：Ａ　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｇｅａｒ　Ｔｅｅｔｈ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｄａｍａｇｅ　ＺＨＵ　Ｌｅｉ　ｎｄｕｓｔｒｙ　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　Ｃｏｒｐ　，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１９００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃａｓｅｓ　ｏｆ　ｇｅａｒ　ｔｅｅｔｈ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｄａｍａｇｅ　ｌｉｋｅ　ｓｃｏｒｉｎｇ，ｐｉｔｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｗｅａｒｉｎｇ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　Ｔｈｅ　ｄａｍ—　ａｇｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅｓｅ　ｃａｓｅｓ，ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ　ｏｎ　ｇｅａ　ｒ　ｔｅｅｔｈ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｄａｍａｇｅ　ｉｓ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｉｔ　ｉｓ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｔｈａｔ，ｉｆ　ｔｈｅ　ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ　ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｉｓ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ，ｔｈｅ　ｇｅａｒ　ｔｅｅｔｈ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｄａｍａｇｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ａｖｏｉｄｅｄ，ｔｈｅ　ｂｒｅａｋａｇｅ　ｃａｎ　ｂｅ　ｒｅｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｊｕｓｔ　ｃａｎ　ｂｅ　ｉｎ　ｇｏｏｄ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｅａｒ；ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ；ｓｃｏｒｉｎｇ；ｐｉｔｔｉｎｇ　０前言　命，甚至会引发断齿。一般而言，润滑油的粘度对点　齿轮传动作为机械传动中最为主要的传动方式　蚀的影响颇大。通常情况下，稀薄的润滑油比粘稠　之一，它的运行状态将直接影响机械系统的工作状　的润滑油更易渗透到裂缝中去，造成裂纹的扩展，粘　态，因此对齿轮传动进行有效的监控，就显得非常重　度大的润滑油缓冲吸振性强，容易建立承载油膜，故　要。齿轮润滑是能减少传动中的磨损，改善零件工　润滑油的粘度越高，抗点蚀能力就越强　Ｊ。此外，润　作条件，提高其预期寿命的有效方法　Ｊ。因此在日　滑油的某些成分，如油性剂、极压添加剂，往往会起　常的齿轮维护中，如何创造良好的润滑条件，采用合　到降低摩擦，增大边界油膜的强度，在一定程度上也　理的润滑技术避免齿轮齿面损伤正受到现场技术人　可以提高齿轮的抗点蚀能力。但在对添加成分的选　员越来越多的重视。　择上也应注意。如果油中存有腐蚀性物质，会导致　１润滑油对齿面点蚀的影响　金属齿面锈蚀，从而引发裂纹，另如果油中存在气泡　１．１　齿面点蚀现象及润滑效果　也会造成齿面过早的脱落。因此，应综合考虑润滑　点蚀是闭式齿轮传动中常见的一种接触疲劳现　油的粘度、添加剂性能等方面，尽量避免润滑油对点　象。它是南于齿面长期在变化的接触应力条件下工　蚀造成的负面影响，达到提高齿面的抗点蚀能力。　作而造成的在齿面间产生麻点状剥蚀损伤现象。它　１．２齿轮齿面点蚀损伤案例　大多先发生于轮齿靠近节线处的齿根面上，然后随　某炼钢厂１＃４５０Ｔ起重机主卷行星轮齿轮箱例　着运动的进行，向其他部位扩展。点蚀的存在，往往　行检测过程中，发现中空轮齿面有轻微点蚀现象，于　会导致齿面的磨损，从而影响齿轮传动的精度和寿　是在２００５年１月将该行车主卷行星齿轮箱原来使　ｉｔ￣８￣ＡｔＩＣｔｌ＆ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　Ｅ墨盔匿固盈　２０１　ｏｇ第２５卷　用的润滑油牌号由壳牌Ｓｈｅｌｌ　Ｏｍａｌａ　ＶＧ２２０改为　Ｏｍａｌａ　ＨＤ３２０（合成油），提高润滑油的粘度，同时增　高极压添加剂量，原本想以此来改善齿轮箱的运行　状况。但更换新油之后，在润滑油的光谱检测巾发　现金属磨粒含量增加，并且增幅较大，至２００５年９　说明油品质量在降低。为了更好地掌握设备运行状　态，检测公司在设备短暂停机未开箱的情况下，进行　内窥镜观察，观察发现中空齿轮的齿面有明显点蚀　损伤，并且点蚀的齿面面积较大（见图２（ａ、ｂ））。在　２００４年１０月检测时就已经发现中空齿轮齿面有点　蚀，这说明齿面润滑效果未得到改善，相反有进一步　恶化的趋势。　月光谱分析铁元素浓度值达到该设备受控以来的最　大值，见图１。理化分析运动粘度降低，酸值增加，　时间　图１　齿轮箱润滑油铁元素浓度值趋势　１．３改善措施及效果　压性，但实际使用效果并不好，反而使齿面损伤更严　重了。后来现场根据实际情况并且听取检测公司的　建议，在更换齿轮箱后，改造润滑系统，增加了冷却　器，更换过滤网，减少目数。在之后的两三年间，从　从润滑效果来看，没有达到预期效果，笔者认为　原凶在于：（１）整个润滑系统没有整体改造，过滤器　的过滤网还是沿用以前目数的网，这样可能会造成　油液流量的减少；（２）由于工况原因齿箱温度过高，　造成油温很高，改变了润滑油的某些理化性能。　虽然现场采取了一定的改善齿轮润滑的措施，　如将润滑油改为高牌号的润滑油，增加了润滑油的　润滑油的检测结果来看，齿轮齿面润滑效果良好，内　窥镜检测也未发现有点蚀损伤现象。　因此在改善齿轮润滑条件的时候，应当综合考　虑各方面因素，以期达到最佳的润滑效果。　粘度，并且还使用了合成润滑油，增加了润滑油的极　图２　齿面点蚀现象　２润滑油对齿面胶合的影响　２．１齿面胶合及润滑效果　被撕裂，从而在齿面上沿相对滑动方向形成刻痕　，　由此降低了齿轮传动的平稳性。　就润滑而言，润滑油的粘度、种类、润滑方式对　胶合均有一定程度的影响。　一胶合是高速重载齿轮经常发生的一种破坏形　式，它主要是因两工作齿轮齿面问的压力大，瞬时温　度高，润滑效果差，造成两齿面粘结在一起而彤成　的。随着传动的继续进行，这些粘住的地方往往会　般来说，润滑油粘度越高，胶合极限负荷值也　就越高。一定粘度的润滑油对具有冲击载荷的齿轮　蕊嚣强　ＯｔＬ　氅鑫　赣毽Ａ　第２期　朱磊．浅论润滑对齿轮齿面损伤的影响　传动往往能起缓冲吸振作用。另外润滑油在承受压　力的情况下，粘度随压力增加也会相应增大，这种特　性对润滑油膜的承载能力将会产生较大影响。　不同类型的润滑油对胶合的影响作朋往往也不　一小齿轮节圆直径Ｄ　／Ｄ　＝２４０　ｍｍ／１９８４　ｍｍ，由于结　构等原因，油面高度只有１５０　ｆｉｌｍ左右。　在日常的润滑油油品检测中发现，油品本身的　各项理化指标都正常，润滑油性能能够保证。但光　谱分析铁元素浓度值竟然高达１０００　Ｉｘｇ／ｇ以上，说　明润滑油巾存在大量的金属磨粒，初步诊断为该齿　样。一般的矿物油，由于其不含油性剂和极压剂，　它们主要依靠粘性在轮齿工作表面之间产生流体润　滑膜来减轻并防止胶合的产生，这类润滑剂粘度越　轮箱内齿轮齿面有损伤。后经停机开箱检查，发现　大齿轮个别齿面沿滑动方向出现粘着撕伤，其条纹　较细较浅，主要分布在齿顶部和齿根部（见图３　（ａ））。小齿轮齿面在Ｔ作节线上方沿齿面滑动方　向出现粘着撕裂沟痕和拉伤（见图３（ｂ））。从现场　该设备工况条件来观察，在步进梁上升时大小齿轮　大，防胶合性就越好；对于加入了油性剂的复合矿物　油，南于油性剂分子的吸附作用，能形成比纯矿物油　更为牢同的边界油膜，从而用以抵抗胶合；而另一种　极压齿轮油由于油中所含的添加剂能与金属中的某　些成分产生化学反应，可在轮齿Ｔ作表面上生成抗　胶合性强的化学反映油膜，这层无机覆盖油膜具有　的啮合面处于接触状态，而当步进梁下降时，由于一　千多吨重的板坯和成百吨重的步进梁框架的重力作　用，大小齿轮的非啮合面处于重载接触状态。板坯　较高的强度，能承受较大的载荷，从而抗胶合能力更　强　。　润滑油的供给量和润滑方式对胶合也产生一定　的影响。供油越充足，油的胶合极限负载可得以提　放落和停车时反击的响声很大，而中间减速时和停　车前减速时的齿面滑动速度又很低，所以齿面胶合　产生的概率很高。齿面胶合是高速重载齿轮经常发　生的一种破坏形式，它主要是因两工作齿轮齿面问　的压力大，瞬时温度高，润滑效果差，造成两齿面粘　结在一起而形成的。随着传动的继续进行，这些粘　结住的地方往往会被撕裂，从而在齿面上沿相对滑　高。另外，油浴润滑和喷油润滑是齿轮传动巾常用　的润滑方法，就对高速齿轮传动的冷却效果而言，喷　油润滑效果更佳。　２．２齿轮齿面胶合损伤案例　某热轧厂板坯加热炉步进梁水平运动二三级圆柱　齿轮减速箱，大齿轮及偏心轮转速２．１　ｒ／ｒａｉｎ。润滑　方式采用油池润滑，润滑油为Ｓｈｅｌｌ　Ｏｍａｌａ　ＶＧ４６０，大　动方向形成刻痕，由此降低齿轮传动的平稳性。　（ｂ）　图３齿面胶合现象　２．３改善措施及效果　油位。将润滑油由原来的ＶＧ４６０改换成粘度等级　较高的ＶＧ６８０润滑油，以此保证齿面能够形成较强　的油膜，同时考虑到控制用油成本，建议仍然采用一　般矿物油。在采取一定的措施之后，齿轮润滑效果　得到改善，润滑油光谱检测中铁元素浓度值基本维　持在一定的范围之内，齿轮齿面的损伤程度也没有　进一步的恶化。　该齿轮箱的润滑方式采用油池润滑，齿箱采用　弧型底部而非平底设计，油液面高度仅为１５０　ｍｍ，　储油量相当小，由于大小齿轮尺寸相差过大，在速度　很低的Ｔ况下，单靠大齿将润滑油带到啮合部位，齿　面难以形成油膜，故润滑效果不佳从而齿面产生胶　合。　因此建议现场在不能改变设备结构，也不能增　加喷油嘴的情况下，适当增加润滑油的储油量，提高　３润滑油对齿轮磨损的影响　对于开式齿轮和在恶劣环境下Ｔ作齿轮常见的　疆　羲　壤穗　秘蕊鼹　；　鼹　《　、　《　２４　瀚瀚瀚　２０１　０年第２５卷　一种失效形式是磨损。导致磨损的直接原因，是因　重要的作用。　为在轮齿工作表面存有摩擦。为此，欲减轻磨损，可　参考文献：　通过在两齿轮工作表面处添加润滑剂，同时提高润　［１］林子光．齿轮传动的润滑［Ｍ］．北京：机械工业出版社，　滑油的粘度，主要是提高粘附性能以保证润滑油膜。　１９８２．　或在润滑油中加入极压添加剂，这些都能有效地减　［２］濮良贵，纪名刚．机械设计（第六版）［Ｍ］．北京：高等教　少磨损。对于因润滑油中混入有泥沙、尘土或因长　育出版社，１９９６．　期没有经过及时更换而导致轮齿工作表面产生的磨　［３］王先会．工业润滑油脂应用技术［Ｍ］．北京：中国石化出　料磨损，可适当降低润滑油的粘度，从而对齿面上的　版社，２００５．　［４］齐敏霖．摩擦与磨损［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９８６．　磨粒有更好的清洗效果。当然，定时清除油中的沉　淀物或更换润滑油，以及在润滑油的循环系统中安　装过滤设备，也可达到良好的减轻磨损的作用　Ｊ。　４小结　齿轮副发生失效，与所传递的运动方式和作用　力大小直接相关。为了防止齿轮失效，人们往往首　收稿日期：２００９—０５—０４。　先从机械角度去考虑问题，如材质、设计参数、热处　作者简介：朱磊（１９７６一），男，工程师，２００６年毕业于上海交通　理技术等，这些都是必不可少且行之有效的手段，但　大学电子与电气学院计算机专业，获硕士学位，现主要从事机　对于使用中的齿轮来说，合理的润滑技术具有同样　械设备运行监测及故障诊断工作。　ＡＣＥＡ　２００８规格对添加剂的影响　２００８年１２月，ＡＣＥＡ升级了轿车和重型卡车发动机油台架，包括ＯＭ６４６ＬＡ评价柴油发动机凸轮磨　损、缸套磨损和缸套抛光，用于取代ＯＭ６０２ＬＡ台架；ＯＭ５０１ＬＡ评价重型柴油发动机油泥、油耗、缸套抛　光和活塞清净性，用于取代０Ｍ４４１ＬＡ；ＤＶ４评价轻负荷柴油机油由烟炱引起的粘度增长和活塞清净性，　用于取代ＸＵＤ一１１；Ｖｗ　ＴＤＩ评价轻负荷柴油机油活塞清净性和环粘结，用于取代Ｖｗ　ＩＣＴＤ。这意味着　所有现有配方和技术必须重新测试，以满足ＡＣＥＡ　２００８新规格，对润滑油和添加剂行业提出了较大挑　ＡＣＥＡ　２００８新规格在性能上有较大升级，特别是在活塞清净性和油泥控制方面。由于汽车制造商　广泛使用涡轮增压器、直啧技术，提高了发动机功率密度，恶化了润滑油工况，因此需要提高发动机油的　油泥控制性能，欧洲汽车制造商已开始在全球范围内销售拥有更好油泥保护的车辆，为燃料质量较差地　区车量提供保障。Ｍ一１１１台架对油泥控制有较高要求，作为一项临时措施，已经在ＡＣＥＡ　２００８规格的　大部分类别中使用，但Ｔ—ＧＤＩ发动机台架能够更好反应油泥增加问题，以后可能取代目前的Ｍ一１１１　油泥台架。　某些现有配方如果不进行改进将无法满足该标准。这可能会导致需要研制新配方，甚至需要研发　新添加剂，以满足更高性能挑战。不过ＡＣＥＡ　２００８直到２０１０年１２月２２日才会成为强制规格，因此业　界有时间准备。　发动机油的发展将继续由发动机技术发展决定。新的排放法规迫使原始设备制造商改进发动机设　计和使用后处理系统，这就需要新的发动机油来满足发动机设计要求。ＡＣＥＡ规格是能满足发动机润滑　的最低标准，ＡＣＥＡ也将随ＯＥＭ要求的提高而提高。ＡＣＥＡ规格在短期内可能不会有任何重大改变，但　到２０１２年碳关税的征收、发动机排放升级到欧Ⅵ（汽车和轻负荷柴油机）和欧Ⅳ（重负荷柴油机）等实　施，ＡＣＥＡ规格升级可能有较大改变。　墨　蚤匿　豫骶ｓ鬟蕊　赣黎魏　襁