齿轮传动润滑技术

.,齿轮传动润滑技术,齿轮传动润滑技术,.,概述,齿轮传动机构是现代机械中应用最为广泛的一种传动机构。它不仅可以用来传递空间任意两轴之间的运动和动力，而且传动准确、平稳、机械效率高、使用寿命长，工作安全可靠。齿轮是机械产品的重要基础零件齿轮传动是传递机器动力和运动的一种主要形式。它与皮带、摩擦机械传动相比，具有功率范围大、传动效率高传动比准确、使用寿命长、安全可靠等特点，因此它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件。齿轮的设计与制造水平将直接影响到机械产品的性能和质量。由于它在工业发展中有突出地位，致使齿轮被公认为工业化的一种象征,.,齿轮是机械产品最重要的基础零件之一。齿轮传动是机器运动和动力传递的一种主要形式，具有传递功率大、传动比准确、使用范围广、安全可靠等特点，一度被视作工业化的象征。随着齿轮传动不断向高速、重载、高低温和微型化方向发展，润滑不当引起的齿轮失效时有发生，因此在新的环境条件下，研制高性能、低黏化、通用化、长寿命齿轮润滑油并且合理选择齿轮润滑越发显得重要。润滑对齿轮传动装置而言是具有特殊重要意义的机械构件。在操作过程中，润滑剂接触机械的大多数传动元件除润滑滑动、滚动接触副外、润滑剂还要执行冷却和移除滑动、滚动接触副产生的摩擦热的任务。有关机械传动部件(例如滚动轴承、齿轮、轴、密封或齿轮箱)生产或制造费用或成本的对比表明，润滑油是可以低成本、比较简单地生产的传动构件。但是与选择机械其它构件相比为保证传动装固可靠而长期运行，在设计传动装置过程中润滑剂的选择具有决定性重要意义。,.,齿轮传动的特点和基本类型,齿轮传动的特点：,传动动力大，效率高,寿命长，工作平稳，可靠性高,能保证恒定的传动比，能传递任意夹角两轴间的运动,制造、安装精度要求较高，因而成本也较高,不宜作轴间距离过大的传动,.,齿轮传动用来传递任意两轴之间的运动和动力，其圆周速度可达300m/s,传递功率可达105kW,齿轮直径可从1mm到150m以上，是现代机械中应用最广泛的一种机械传动。优点：1）传动效率高2）传动比恒定3）结构紧凑4）工作可靠、寿命长缺点：1）制造、安装精度要求较高2）不适于中心距a较大两轴间传动3）使用维护费用较高,精度低时、噪音、振动较大,齿轮传动的优缺点,.,齿轮传动的特点和基本类型,.,.,齿轮齿条传动,.,圆柱斜齿轮传动,.,圆柱人字齿轮传动,.,圆锥直齿轮传动,.,螺旋齿轮,.,蜗轮蜗杆传动,.,变径齿轮传动,.,曲线齿,.,准双曲面齿轮,.,齿轮常见的失效形式,齿轮传动是靠轮齿的啮合传动来传递运动和动力的，轮齿失效是齿轮常见的主要失效形式。由于齿轮传动装置有开式、闭式，齿面有软齿面、硬齿面，齿轮转速有高有低，载荷有轻重之分，所以设计应用中会出现各种不同的失效形式。齿轮传动的主要失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合以及塑性变形等几种形式。,.,轮齿折断,轮齿折断轮齿折断通常有两种情况：一种是由于多次重复的弯曲应力和应力集中造成的疲劳折断；另一种是由于突然严重过载或冲击载荷作用引起的过载折断。这两种折断都起始于轮齿相部受拉的一侧。齿宽较小的直齿轮往往发生全齿折断，因宽较大的直齿轮或斜齿轮则容易发生局部折断。,.,轮齿工作时，由于在齿面啮合处脉动循环交变接触应力长期作用下，当应力峰值超过材料的接触疲劳极限，经过一定应力循环次数后，先在节线附近的齿报表面产生细微的疲劳裂纹。随着裂纹的扩展，将导致小块金属剥落，产生齿面点蚀。点蚀影响轮齿正常啮合，引起冲击和噪声，造成传动的不平稳。点蚀常发生于润滑状态良好、齿面硬度较低（HB350HBS）的闭式传动中。在开式传动中，由于因齿面的磨损较快，往往点蚀还来不及出现或扩展即被磨掉了，所以看不到点蚀现象。,齿面点蚀,.,轮齿表面承受循环接触应力，当超过材科的接触疲劳极限时，在齿面或表层内将发生微小裂纶，裂纹继续扩展使表面金属小决脱落形成庶点，即出现疲劳点蚀。点蚀有两种：一种是跑合过程中的点蚀，它是由于齿面在加工个凸起部分的应力超过材料的疲劳极限而产生的。随着跑合过程中齿面接触面积的增加，接触应力下降，点蚀不再扩展，而且在运行过程个，轻微的点蚀麻点将逐渐被“碾平”，这种点蚀称为非进展性点蚀。另一种是经过一段时间的运行使用，即使齿面已经跑合，接触良好，但当齿面的接触应力超过材料的疲劳极限时，即产生点蚀，且不断扩展，称进展性点蚀。在出现进展性点蚀之后，若用继续运转，点蚀坑就会不断扩展，而出现大块剥落。润滑油的作用无疑对齿面损伤有很大的影响。润滑油的帖度太低容易产生点蚀。因此应采用高粘度的润滑油或加入添加剂。,.,.,因面磨损齿面磨损通常有两种情况：一种是由于灰尘、金属微粒等进入齿面间引起的磨损；另种是由于齿面间相对滑动摩擦引起的磨损。一般情况下这两种磨损往往同时发生并相互促进。严重的磨损将使轮齿失去正确的齿形，齿侧间隙增大而产中振动和噪声，甚至由于齿厚磨薄最终导致轮齿折断。润滑良好、具有一定硬度和表面粗糙度较低的闭式齿轮传动，一般不会产生显著的磨损。在开式传动中，特别是在粉尘浓度大的场合下，齿面磨损将是主要的失效形式。,齿面磨损,.,润滑不良，特别是使用润滑脂的低速重栽开式齿轮，齿面磨损是主要失效形式之一。虽然圆弧齿轮的接触迹沿齿向滚动有利于形成油膜，但沿齿高的相对滑动速度却并不比渐开线齿轮小，滑动速度随模数成正比增加，所以齿面磨损并不少见。胶合和点蚀也会引起严重磨损，磨损的结果使齿厚变薄，导致断齿。防止磨损的办法是改善润滑方法和增加齿面硬度。,.,.,高速重载传动时，啮合区载荷集中，温升快，因而易引起润滑失效；低速重载时，油膜不易形成，均可致使两齿面金属直接接触而熔粘到一起，随着运动的继续而使软齿面上的金属被撕下，在轮齿工作表面上形成与滑动方向一致的沟纹，这种现象称为齿面胶合。为了防止产生胶合，除适当提高齿面硬度和降低齿面胶合表面粗糙度外，对于低速传动宜采用粘度大的润滑油，高速传动则应采用含有抗胶合添加剂的润滑油。,齿面胶合,.,齿面胶合是由于两齿面之间难以形成油膜或油膜遭到破坏，以致两齿面金属直接接触，摩擦系数急增，摩擦发热从而使两齿顶熔融粘着，齿面金属沿着相对滑动方向撕开而形成条状的痕迎。当齿轮的制造质量较差。齿面局部解除，产生根大的接触应力，摩擦发热使温度剧增，在高温高压下，齿面油膜遭到破怀：，低速重载或润滑油的吸附性能差时，均难以形成油膜；大模数的齿轮，由于凸、凹齿廓圆弧半径差较大，不容易跑合，且齿面相对滑动速度大，摩擦发热也大，都容易产生胶合。特别是不经跑告就重裁试车或使用，或跑合时不逐级加载，都会产生很大的接触应力，导致迅速发生胶合。精度较高的高速齿轮，当润滑良好时，齿面间容易形成动压油膜，不易产生胶合。轻度胶合齿面出现的划伤痕迹，在继续运转时，有时可能被碾平，但轻度胶合也可能成为点蚀的根源。严重胶合时，发热增大，齿面严重损伤，将会产生根大的振动和吸声。,.,低速重载传动时，若轮齿齿面硬度较低，当齿面间作用力过大，啮合中的齿面表层材料就会沿着摩擦力方向产生塑性流动，这种现象称为塑性变形。在起动和过载频繁的传动中，容易产生齿面塑性变形。提高齿自硬度和采用粘度较高的润滑油，都有助于防止或减轻齿面的塑性变形。,齿面塑性变形,.,当齿面材料太软，屈服限较低，面会出现明显的压坑痕迹，若齿面润滑不良，摩擦系数增大，这将使齿面金面产生塑性流动，沿着摩控力方向流向齿顶，形成齿顶飞边。齿顶飞边相当于增加了齿顶高，导致齿顶与配对齿轮的齿根过镀曲面相接触，将会引起剧烈的振动和噪声。表面金属的塑性流动，可能会促进齿面点蚀。严重的塑性变形，可能引起轮齿折断破坏。,.,轮齿的失效形式很多，它们不大可能同时发生，却又相互联系，相互影响。例如轮齿表面产生点蚀后，实际接触面积减少将导致磨损的加剧，而过大的磨损又会导致轮齿的折断。可是在一定条件下，必有一种为主要失效形式。,.,同其他零件的润滑情况相比，闭式齿轮传动的润滑有以下特殊性：(1)与滑动轴承相比，多数齿轮的齿廓曲线的曲率半径较小，一般只有几十，所以形成油楔的条件较差。(2)齿轮的接触压力非常高。(3)齿面同时存在滚动和滑动，而且滑动的速度和方向变化剧烈；(4)润滑是不连续的，每次啮合时都需重新建立油膜形成油膜的条件较轴承苛刻。(5)齿轮的材料、热处理、机械加工、装配等条件对齿轮的润滑状态有很大的影响，尤其是齿面形貌和表面粗糙度对润滑状态影响最为明显。,齿轮传动的主要润滑特点,.,齿轮的润滑状态总起来说有两种情况：一是流体动力润滑和弹性流体润滑；二是边界润滑。流体动力润滑时，一定厚度的润滑油膜可将摩擦面完全隔开而不发生直接接触但当负荷增大时，啮合齿面间发生弹性变化，润滑油粘度在此压力下急剧增大，仍不被挤出而形成薄但具弹性的流体动力膜，它们可将摩擦面隔开；不管怎样，润滑油的粘度是形成流体动力润滑膜和弹弹流膜的关踺。边界润滑则发生在负荷继续增大，此时承担润滑任务的是吸附在金属表面上的一层或儿层分子构成的边界吸附膜；当处在高温高压下，吸附膜会脱掉，丧失润滑作用此时，要靠齿面上发生的化学反应膜起润滑作用；此种润滑状态一般又称作极压润滑。,齿轮的润滑状态,.,齿轮传动对润滑的要求,要有很好的极压抗磨能力要有很好的黏附性要有很好的抗擦伤、抗磨损能力要有很好的抗腐蚀能力有良好的抗泡性能有良好的抗氧化性能有较高的抗乳化能力对机构的其他零件(如密封件等）影响最小粘温性能良好抗剪切实定性良好成本低廉,.,常用的齿轮润滑剂,目前在齿轮传动中使用最多的润滑剂式齿轮油，约占齿轮润滑剂的90%以上，只有在特殊情况下的齿轮传动中才会使用润滑脂润滑或其他类型的润滑剂润滑。目前常