齿轮传动的润滑剂选用

     齿轮传动是机械设备中最主要的一种传动方式，应用极广。现代设备朝着高载荷的方向发展，对齿轮的承载能力和使用条件提出了更为苛刻的要求。要想充分发挥齿轮的承载能力，减少齿轮失效，延长其使用寿命，提高传动效率，润滑则是非常重要的环节，而油品的选择更是关键。

     （1）齿轮润滑的特点

     齿轮传动的啮合摩擦过程相对于滑动与滚动轴承来说，均有显著的不同，因而对润滑的要求也有其特殊性。

     1）齿轮在啮合过程中，啮合面（摩擦面）既有滚动又有滑动，且都承受主要载荷，不像滚动轴承那样，主要是滚动承载，滑动轴承则全是滑动承载。

     2）齿轮副在不同的齿高点、不同的齿面曲线，其滚、滑动情况是不同的，因而形成动压润滑的难易程度也不同，且摩擦面的当量曲率半径小，油楔条件较差，而齿面间的滑动方向与滑速在啮合过程中急剧变化，极易引起磨损、擦伤和胶合。

     3）齿面接触压力（赫兹力）非常高，可达1000~3000MPa，比一般滑动轴承高10-100倍，所以单靠提高油的粘度等已经不能解决问题。

     4）齿面的加工精度一般不高，且润滑又是不稳定的、间歇性的，每次啮合都需要重新建立承压油膜，这些均较易引起磨损、擦伤和咬合。

     5）不同齿轮类型与齿面曲线，其形成动压油膜的难易程度也不同，因而要求的润滑油品也就有区别。渐开线直齿圆柱与圆锥齿形成油膜；渐开线斜齿的圆柱与圆锥齿轮的滑动方向也接近于垂直，且沿齿宽方向还有速度较大的滚动，故也较易形成油膜；圆弧齿轮是斜齿，啮合的瞬间接触弧较小，特别是接触点的滑动方向与接触方向一致，故不利于形成油膜，但沿轴向有高速滚动，且接触点的当量曲率半径较大，可以提高润滑效果，这一利一弊的结果是其对润滑油品的性能要求要高于渐开线齿轮，并要更加注意和充分考虑其抗磨能力；双曲线齿轮的滑动比较严重，既有沿齿高方向的滑动，也有沿齿宽方向的滑动，尤其是后者对油膜的形成非常不利，另外，其接触压力较大，故润滑条件要求较苛刻，要选用具有高抗磨性能的油品才能满足；蜗杆蜗轮传动基本上是没动接触，尤其蜗杆圆周速度方向即滑速方向，几乎与接触线平行，故形成油膜的条件最差，因而对油品的抗磨要求较高，但圆弧面蜗杆蜗轮齿面的接触线与蜗杆圆周速度方向的夹角很大，甚至垂直，且齿面的整个高度都相接触，因而就较易形成油膜。

     6）齿面的润滑状态与上述的齿面接触压力、滑动方向、油品性能等因素有密切关系，一般有动压液体润滑、边界润滑、极压润滑、混合润滑和半干摩擦润滑等，前三种是正常的润滑状态，应通过油品的正确选用与其他相应措施来保证，后两种是不正常的润滑状态，应设法克服与避免。

     （2）齿轮传动对润滑油的要求

     由于齿轮润滑的特殊性，因而对润滑油品的性能要求也就较高。

     1）适当的粘度。齿轮传动副油膜的承载能力既与油品粘度有关，更与其极压抗磨性能有关，过高的粘度易增加齿轮传动的搅拌阻力而导致发热和动力损失，故应选取合适的粘度，若达不到承载要求时应通过提高其极压力损失，故应选取合适的粘度，若达不到承载要求时应通过提高其极压抗磨性能来解决。

     2）良好的热氧化安定性。齿轮传动运转时，油品被激烈搅动，油温也较高，又与空气充气接触，并会有水分、杂质、金属的作用，从而加快油品的氧化速度，使油质变劣，故要求油品具有良好的热氧化安定性。

     3）良好的抗磨承载能力。由于齿轮传动有较大的载荷、赫兹压力，因此只有具有良好的抗磨承载能力的油品才能满足要求。

     4）良好的抗泡沫性能。由于齿轮运转对润滑油的剧烈搅动，使其易产生泡沫，若油中泡沫不能很快消除，将对油品循环输送与润滑性能均产生严重的影响，因而要求油品的泡沫生成要少，且消泡性要好。

     5）良好的防锈、防腐性。因为齿轮润滑油品都加入极压添加剂，以提高其极压抗磨能力，而这种添加剂的化学活性较强，在低温下容易和金属表面发生反应，使其产生腐蚀和锈蚀。因此，为克服此缺点，油品应当有好的防腐、防锈能力。

     6）良好的抗乳性化性能。齿轮在运转中常不可避免地要接触水分，若油品抗乳化性不好，则易乳化并产生泡沫，并使添加剂发生水解反应而失去添加剂的作用，从而使油品变质，失去使用性能。

     7）良好的抗剪切安定性。齿轮啮合过程中对润滑油有强烈而频繁的剪切作用，从而导致粘度的变化，特点是中、重载荷条件下的齿轮啮合更是如此，故必须加入粘度指数改进剂来加以改善，而改进剂的聚合物成分很易受剪切的影响而失效。为保证油品的抗剪切性能，就不允许添加抗剪切性能差的粘度指数改进剂。
此外，对齿轮传动润滑油还有其化一些性能要求，例如良好的低温流动性、与密封材料的适应性、储运安全性，对开式齿轮传动用油品还应有较好的粘附性等，都应因具体使用场合而给予适当考虑。

     （3）齿轮传动润滑油的选用原则

     要使润滑油品适应齿轮传动的工作条件要求，选用时应注意下列几项基本原则：
 
     1）齿轮的传动载荷是选择油品的主要依据。对于齿面应力低于350MPa的轻载荷一般传动齿轮，可选用不含添加剂的工业齿轮油；对于齿面应力在500~1100MPa之间的中载荷齿轮副或高温且有冲击的齿轮副，应选用中载荷或重载荷工业齿轮油；对于齿面应力高于1100MPa的重载荷齿轮副或高温且冲击较大的齿轮副，应选用重载荷工业齿轮油。

     2）齿轮的类型与传递载荷有关，故也与选用的油品有关。正如前述，不同齿轮类型与齿面曲线，其形成动压油膜的难易程度不同，故对润滑油的要求也不同，应选用不同的油品。

     蜗杆传动的滑速大、发热量高，故应选用粘度较高，含有油性添加剂的油品。
 
     一般的渐开线直齿、斜齿与锥齿轮副，则按其传递载荷的大小，根据上述第1）点原则选用相应的油品。

     3）润滑油粘度主要根据齿轮运转的速度来确定，原则是速度高的选用低粘度油，而速度低的选用高粘度油。同时，工作温度也是确定油品粘度的一个参数，工作温度与环境温度高，油品粘度应较高，反之则较低，故夏天应用粘度较高的油，而冬天则应用粘度较低的油。

     4）润滑方式与润滑系统的情况也是选用油品的参考条件，应予考虑。

     循环润滑方式必须要求油品有好的流动性，因而含胶质沥青较多，流动性相对较差的气缸油就不宜选用，而油浴润滑方式则可根据润滑要求选用气缸油。

     当与齿轮副共用一个润滑系统的部件，如齿轮传动箱的轴承，如果是含有银、镉不起化学反应，不发生腐蚀；如果轴承精度高、间隙很小，油品的粘度就不能太大，然而较低粘度又不适应齿轮副，这就要两者兼顾，例如选用低粘度的极压抗磨油品，借助抗磨添加剂来解决齿轮的润滑，以低粘度适应精密轴承的润滑。借助抗磨添加剂来解决齿轮的润滑，以低粘度适应精密轴承的润滑。

     （4）齿轮传动润滑油的粘度选择

     1）渐开线直齿、斜齿、锥齿轮齿轮箱。

     运动粘度范围在选用时，应随齿轮节圆线速度的增大而减小，即线速度大取低值，反之取大值；其次是考虑齿面硬度，淬硬的取大值，调质或不处理的取低值。同时还应根据是否选用极压抗磨油品，以及其化工作条件，按上表确定的粘度值一样进行相应的修正，选取比表中要求稍高或稍低的运动粘度值。

     2）一般渐开线齿轮减速器可根据小齿轮转速并考虑负荷情况、润滑方法、工作温度等参数。

     3）ZH系列圆弧齿轮减速器可根据低速级的齿轮圆周速度υ（m/s）、齿轮模数m（mm）、工制制度等选取相应的恩氏粘度，再换算成相应的标准运动粘度值（mm的平方/s）。ZH系列包括ZHD、ZHL、ZHS、ZHQ等型号的圆弧齿轮减速器。

     4）蜗杆蜗轮传动副的油品粘度选择。根据前面所述蜗杆轮啮合的滑速大、发热量高，且滑速方向几乎与接触线平行的特点，很难形成动压油膜，因而严格来说是不应按粘度来选择油品的，但毕竟要形成抗磨油膜以润滑啮合面，亦即油品的抗磨性能、油性是非常重要指标，一般是根据载荷、滑速（相当于蜗杆速度）并考虑环境温度来选择高运动粘度油品，因而粘度也可作为选择油品的依据。

     5）开式齿轮传动的油品粘度选择。由于开式齿轮传动一般都是不太重要的低速传动，且又是不密闭的传动，油液容易飞散流失，因而要求油品的运动粘度要高，吸附性要强，尤其温度高的开式齿轮传动，更应选用高运动粘度的油品。

     （5）齿轮传动用润滑油的具体选用
 
     根据齿轮传动副的工作条件，先确定所需要的粘度，然后根据要求的粘度值，结合啮合副的其化工作参数，在众多的润滑剂中，选取质量指标与其相适应的具体品牌，这是正确的方法，但又是较为麻烦的一种方法。因此，在一般齿轮传动中，通常是根据工作条件，直接并同时确定油品的粘度与品牌，虽然一般只是1~2种或最多3~4种品牌供选择，不一定能完全满足齿轮副工作条件的各项要求，但应可满足其主要性能的要求，且简单快速，故也是润滑工作者乐意采用的方法。

     1）油品种类的确定。可根据齿轮副的齿轮类型、齿面曲线与载荷情况大致确定油品种类。

     2）直接选用闭式齿轮传动油品的粘度与牌号。根据转速、负荷、润滑方法、速比等参数直接选取闭式齿轮传动用油品的粘度与品牌。

     （6）蜗杆传动用润滑油的具体选用

     根据蜗杆传动的特点，一般是选用油性好，极压抗磨性能优良的高粘度油品，通常是按其传递的功率与速度来选用。
 
     低速、低功率的蜗杆传动副可选用L-CKE460或680号蜗轮蜗杆油，或680号，1000号气缸油。
 
     中速、中功率的蜗杆传动副可选用L-CKE/P460，680号或1000号蜗轮蜗杆油。

     实验证明，在矿物油中若加入3%~10%的脂肪酸，可增强蜗轮副的抗粘着能力并降低其摩擦系数，从而对蜗轮副的润滑起到良好效果。

     （7）开式齿轮传动用润滑剂的选用

     开式齿轮传动一般是不太重要的低速、低功率传动，且容易流失，故多选用价格较便宜的润滑剂，除专用的开式齿轮油之外，对低速、低载荷的开式齿轮传动甚至可用经过过滤再生的旧油，载荷较大的可用二硫化钼油膏，也可用60%的过滤旧油加40%的油沥青混合制成的齿轮油脂来润滑。

     润滑油是闭式齿轮传动（包括蜗杆传动）较理想的润滑剂，只要油品选用适当，一般都能达到理想的润滑效果。但经常出现渗漏的问题，导致环境污染与油料浪费，若不及时添加补足，甚至会引发润滑事故。为解决这个问题，一要提高齿轮箱体的加工精度和装配质量，选用合适的密封件，搞好维护保养的管理工作；二要采用润滑脂代替润滑油。目前一般中、低速度，中、低载荷的齿轮及蜗轮传动箱在以脂代油方面已有较好的经验与效果，不但解决了漏油的问题，且大大简化了维护保养工作，虽然其摩擦阻力略高于油润滑，但不再漏油与简化管理工作的经济效果可以弥补这方面的损失。

     由于齿轮传动的特点要求，一般是采用0号、00号000号极压锂基脂进行润滑，低速的用00号或000号，较高速的用0号或00号，其化含有极压添加剂的润滑脂亦可代用，但效果则以极压锂基脂为佳。

     高速齿轮传动（蜗杆传动除外）由于搅拌阻力大，甚至将润滑脂甩离齿轮使其不能浸润滑齿面而起不到润滑作用，因而不宜用脂代油。
 
     重要、关键的齿轮传动副也不宜用脂代油，因为只要用油适当且管理到位，用润滑油润滑比用脂润滑效果好且较安全。