ISO 14635-32023 齿轮.FZG试验程序.第3部分半流体齿轮润滑脂的相对胶合承载能力和磨损特性的FZG试验方法A2,850标准立项发展报告

齿轮FZG试验程序第3部分：半流体齿轮润滑脂的相对胶合承载能力和磨损特性的FZG试验方法A/2,8/50标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Gears—FZGTestProcedures—Part3:FZGTestMethodA/2,8/50forRelativeScuffingLoad-CarryingCapacityandWearCharacteristicsofSemifluidGearGreases摘要随着风力发电、冶金矿山、工程机械等重载传动领域的快速发展，半流体齿轮润滑脂因其优异的极压抗磨性能、密封适应性和长换油周期，在开式齿轮和低速重载闭式齿轮传动中得到日益广泛的应用。然而，长期以来，国内外缺乏统一、规范的半流体齿轮润滑脂胶合承载能力与磨损特性的试验评价方法，导致产品性能评定结果可比性差、质量参差不齐，制约了高端装备润滑技术的规范化发展。为系统解决上述问题，国际标准化组织（ISO）在现有FZG试验方法体系基础上，制定并发布了ISO14635-3:2023《齿轮FZG试验程序第3部分：半流体齿轮润滑脂的相对胶合承载能力和磨损特性的FZG试验方法A/2,8/50》。该标准规定了采用FZG齿轮试验机，在A/2,8/50试验条件下测定半流体齿轮润滑脂相对胶合承载能力和磨损特性的统一试验方法，明确了试验设备、试验齿轮、试验步骤、载荷级、判定准则及结果报告等关键技术要求。本报告系统阐述了该标准的立项背景、编制原则、技术内容及其与现有标准体系的协调关系，并对其推广应用前景和经济社会效益进行了深入分析，旨在为标准使用者提供全面的技术指引和参考依据。关键词：半流体齿轮润滑脂；FZG试验；胶合承载能力；磨损特性；国际标准；齿轮传动Keywords:Semifluidgeargrease;FZGtest;Scuffingload-carryingcapacity;Wearcharacteristics;Internationalstandard;Geartransmission一、引言与立项背景1.1行业需求驱动半流体齿轮润滑脂（SemifluidGearGrease）是一种介于润滑油和润滑脂之间的特种润滑材料，通常由基础油、稠化剂和极压抗磨添加剂组成，具有较高的锥入度（通常为NLGI00级和000级），兼具润滑油的流动性以润滑齿轮啮合面，又具备润滑脂的黏附性以在齿轮表面形成持久润滑膜。其在开式齿轮、低速重载齿轮箱、蜗轮蜗杆副等工况中表现出优异的润滑性能，广泛应用于风力发电设备偏航/变桨减速器、冶金轧机、矿山机械、水泥回转窑、船舶推进系统等领域。然而，与矿物油型齿轮润滑油已建立完善的FZG试验评价体系不同，半流体齿轮润滑脂的胶合承载能力和磨损特性的标准化评价长期处于空白状态。不同制造商采用各自的企业内部试验方法评价产品性能，试验条件、载荷级、判定准则各不相同，导致同类产品的性能数据缺乏可比性。这一问题在跨国贸易和技术交流中尤为突出，已成为制约半流体齿轮润滑脂产品质量提升和国际市场流通的重要技术壁垒。1.2现有标准体系的局限性ISO14635系列标准是齿轮润滑油承载能力评定领域最权威的国际标准体系，包括：-ISO14635-1:2000《齿轮FZG试验程序第1部分：评价齿轮油的相对胶合承载能力的FZG试验方法A/8,3/90》-ISO14635-2:2004《齿轮FZG试验程序第2部分：评价高极压齿轮油相对胶合承载能力的FZG试验方法A/10/8,3/90》-ISO14635-3（本报告所涉标准）其中，ISO14635-1和ISO14635-2分别针对低黏度齿轮油和高极压齿轮油的胶合承载能力评定，试验温度条件分别为90℃。然而，半流体齿轮润滑脂在流变特性、润滑膜形成机制、失效模式等方面与齿轮油存在本质差异，且其实际使用温度通常低于90℃，直接套用现有FZG润滑油试验方法存在以下问题：1.温度条件不适用：半流体齿轮润滑脂在90℃下可能发生稠化剂结构破坏，导致润滑脂从齿轮齿面流失，无法反映实际工况；2.润滑脂加注与分布方式不同：齿轮油通过喷油或油浴润滑，而半流体润滑脂通常采用涂抹或喷射方式，需专门的试验准备程序；3.失效判据需调整：润滑脂在齿轮齿面上的黏附状态和胶合失效形貌与齿轮油存在差异，需建立针对性的评价准则。因此，制定专门针对半流体齿轮润滑脂的FZG试验方法标准成为国际齿轮润滑技术领域的迫切需求。二、标准编制原则与工作过程2.1编制原则ISO14635-3:2023的制定遵循以下核心编制原则：1.继承性原则：保持与ISO14635系列前两部分在试验设备、齿轮副规格、试验基本原理方面的一致性，确保系列标准在方法体系上的连贯性和兼容性；2.针对性原则：根据半流体齿轮润滑脂的流变特性和润滑机理，合理调整试验温度、润滑脂加注量、磨合程序等关键参数，以真实反映其在齿轮传动中的工作特性；3.可比性原则：规定严格的试验条件和判定准则，确保不同实验室、不同操作人员获得的试验结果具有可重复性和可再现性；4.可操作性原则：试验方法便于实施，试验步骤清晰明确，适用于标准化实验室的日常检测工作。2.2标准制定历程该标准由ISO/TC60（齿轮技术委员会）归口，在其下设的WG2工作组（齿轮试验方法）框架下组织制定。主要工作节点如下：|阶段|时间节点|主要工作内容||------|----------|--------------||新工作项目提案（NP）|2017年|由德国润滑技术专家提出制定半流体齿轮润滑脂FZG试验方法的提案||工作组草案（WD）|2018年—2019年|开展多轮实验室间比对试验，验证试验方法的可行性||委员会草案（CD）|2020年|完成试验参数的系统优化，形成委员会草案||国际标准草案（DIS）|2021年—2022年|国际范围内公开征求意见，修改完善技术内容||最终国际标准草案（FDIS）|2023年初|通过最终投票，批准发布||正式发布|2023-07-05|ISO14635-3:2023正式出版|在标准制定过程中，来自德国、中国、日本、美国、法国等国家的润滑技术专家在试验温度选择、润滑脂加注量、载荷级递增方案等关键技术问题上进行了多轮深入研讨，并通过国际循环比对试验（RoundRobinTest）验证了方法的可行性和重复性。三、标准主要内容与技术解析3.1适用范围ISO14635-3:2023规定了使用FZG齿轮试验机评定半流体齿轮润滑脂（NLGI稠度等级00和000级）相对胶合承载能力和磨损特性的试验方法，试验条件为A/2,8/50，即：-A：采用A型试验齿轮（标准直齿圆柱齿轮副，中心距91.5mm）；-2,8：小齿轮转速为2,8m/s（对应小齿轮转速约3000r/min的节线速度）；-50：试验初始油温（润滑脂温度）为50℃。3.2方法原理该方法的基本原理是：在一对特定几何参数的FZG标准试验齿轮副上施加规定量的半流体齿轮润滑脂，通过逐级递增载荷的方式使齿轮副在规定的节线速度下运转，直至齿面发生胶合失效。以试验齿轮达到胶合失效时的载荷级作为评定润滑脂相对胶合承载能力的指标；同时，在规定的载荷和运转条件下，通过测量试验齿轮的质量损失来评定润滑脂的磨损特性。3.3关键技术参数（1）试验齿轮采用与ISO14635-1一致的FZG-A型标准试验齿轮副，模数m=4.5mm，压力角α=20°，齿数比z₁/z₂=16/24，齿宽10mm，变位系数x₁=+0.8532（小齿轮），x₂=-0.5（大齿轮），精度等级不低于ISO1328-1规定的5级。齿轮材料为优质合金钢（如16MnCr5），表面渗碳淬火处理，齿面硬度58~62HRC，表面粗糙度Ra≤0.3μm。（2）润滑脂加注规定润滑脂加注量为（10±0.5）g。加注前应将润滑脂均匀涂覆于试验齿轮的齿面——包括齿根和齿顶区域——以确保初始运转阶段齿面间形成充分的润滑膜。试验箱体密封后，通过箱体底部的加热装置将润滑脂温度加热至（50±3）℃，并保温不少于1小时，确保润滑脂温度均匀稳定。（3）磨合程序正式试验前需进行磨合运转。磨合载荷级为2级（对应小齿轮扭矩13.7N·m），磨合运转时间为15分钟。磨合结束后，排放并更换齿面间的润滑脂——需清除齿面上已磨合的润滑脂层并重新加注等量新鲜润滑脂——以保证正式试验阶段润滑脂的初始状态一致。（4）载荷级递增正式试验从第4载荷级开始，逐级递增至胶合失效为止。各载荷级对应的小齿轮扭矩分别为：|载荷级|小齿轮扭矩（N·m）|齿面接触应力（N/mm²）||--------|-------------------|----------------------||4|35.3|538.4||5|60.8|685.5||6|94.1|826.2||7|135.3|963.2||8|183.4|1,099.5||9|239.3|1,231.6||10|303.0|1,361.0||11|372.6|1,484.0||12|448.3|1,605.8|每一载荷级运转时间为15分钟。每级运转结束后，在不拆卸齿轮的情况下通过观察窗检查齿面状态。若未发生胶合，则增加一级载荷继续试验。（5）失效判据胶合失效的判定依据以下两条准则之一：-目视判据：在试验齿轮的齿面上出现明显的胶合划痕或撕伤痕迹——通常表现为沿滑动方向的大面积金属转移黏着和拉伤纹理——且该损伤扩展至整个齿宽，形成连续胶合带；-振动/噪声判据：试验过程中振动加速度或噪声水平出现急剧突变（振动加速度较稳定阶段增大50%以上），且经停机检查确认齿面已出现胶合损伤。试验结果以失效载荷级（即发生胶合时对应的前一载荷级）表示润滑脂的相对胶合承载能力。载荷级数值越大，表明润滑脂的胶合承载能力越强。（6）磨损特性评定磨损特性试验可与胶合试验分开进行，也可在胶合试验的较低载荷级下（通常为4~6级）测量齿轮的质量损失来评定。具体方法为：在规定的载荷级下运转一定时间（通常为20小时），试验前后分别用精度为0.1mg的分析天平称量小齿轮和大齿轮的质量，质量损失之和即为磨损量。以磨损量（mg）和磨损率（mg/h）作为磨损特性的评价指标。3.4与ISO14635-1的主要差异|技术要素|ISO14635-1:2000|ISO14635-3:2023||----------|-------------------|-------------------||适用对象|齿轮油（含抗磨添加剂）|半流体齿轮润滑脂（NLGI00/000级）||试验温度|油温90℃|润滑脂温度50℃||润滑方式|油浴喷油润滑|齿面涂覆/箱体充填||加注量|油浴连续供给|定量加注（10±0.5）g||磨合载荷级|2级（扭矩13.7N·m）|2级（扭矩13.7N·m），磨合后更换润滑脂||初始载荷级|4级（扭矩35.3N·m）|4级（扭矩35.3N·m）||各级运转时间|15min|15min||附加测量|胶合载荷级|胶合载荷级+磨损量测定|这一对比清晰表明，ISO14635-3:2023在继承FZG标准试验方法核心框架的基础上，针对半流体齿轮润滑脂的材料特性进行了系统性参数调整，填补了该领域国际标准空白。四、主要编制与修订单位4.1ISO/TC60技术委员会ISO14635-3:2023由国际标准化组织ISO/TC60“齿轮技术委员会”（Gears）归口管理。TC60成立于1947年，秘书处设在德国标准化协会（DIN），是ISO中负责齿轮设计、制造、试验和验收等领域标准化工作的核心技术委员会。TC60下设多个工作组（WorkingGroup），其中负责齿轮试验方法标准制定的为WG2工作组。4.2核心起草单位介绍——德国FZG试验技术中心（慕尼黑工业大学齿轮研究中心）在ISO14635-3:2023的制定过程中，发挥核心技术支撑作用的是位于德国慕尼黑工业大学的齿轮与传动研究所（FZG，ForschungsstellefürZahnräderundGetriebebau）。作为全球齿轮润滑技术研究领域的权威机构，FZG自20世纪50年代以来长期从事齿轮承载能力试验方法研究，开发了以“FZG试验机”为核心的一系列齿轮油和润滑脂性能评定方法和标准。历史沿革与学术地位：慕尼黑工业大学FZG研究所成立于1953年，由德国著名齿轮技术专家G.Niemann教授创立。经过七十余年的发展，已成为国际公认的齿轮传动与润滑技术领域的顶级研究机构。ISO14635系列标准的全部三个部分均直接源于FZG研究所开发的试验方法，其在FZG齿轮试验机设计、胶合失效机理研究、极压润滑剂性能评价等方面具有不可替代的技术权威性。核心技术与标准贡献：FZG研究所自主设计了多种规格的FZG齿轮试验机，形成了完整的试验装备技术体系。研究所开发的A/8,3/90、A/10/8,3/90、A/2,8/50等典型试验条件已成为全球齿轮润滑剂性能评价的标准试验工况。在ISO14635-3的编制中，FZG研究所在以下关键技术环节发挥了核心作用：1.试验条件优化论证：基于系统的实验研究，科学论证了50℃初始润滑脂温度的选择依据——该温度既避免了高温导致的润滑脂结构破坏，又能够模拟典型工业应用中半流体润滑脂的工作温度范围；2.润滑脂加注与分布方法开发：针对半流体润滑脂高黏度和黏弹性的特点，开发了齿面定量涂覆的标准操作程序，确保试验初始润滑条件的一致性和可重复性；3.失效判据的定量化：在传统目视评判的基础上，引入了振动监测辅助判据，提高了胶合失效判断的客观性和自动化水平；4.国际循环比对试验组织：主持开展了全球范围内多个实验室的循环比对试验，验证了方法的重复性（重复性标准差≤1个载荷级）和再现性（再现性标准差≤1.5个载荷级）。试验装备体系：FZG研究所建有完善的齿轮润滑试验装备平台，包括6台不同类型的FZG齿轮试验机，覆盖从低速重载到高速轻载的广泛工况范围。其所建立的试验数据库积累了数千种润滑剂产品的性能数据，为标准的制定和验证提供了坚实的数据支撑。4.3中国参与情况中国作为ISO/TC60的积极参与国，由中国机械工业联合会组织国内相关单位跟踪参与了ISO14635-3的制定工作。中国石油润滑油公司、广州机械科学研究院等单位的润滑技术专家在标准讨论中提出了针对润滑脂稠化剂类型对试验结果影响的意见，为完善标准技术内容作出了积极贡献。五、标准的意