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                  技術探討
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                  關于潤滑問題
                  潤滑的功能

                  不管采用何種齒輪機構,潤滑劑主要的功能是:

                  -減小齒輪磨損

                  -防止精密零件銹蝕

                  -齒輪散熱,據估計,只有2%-3%的潤滑劑是用來滿足齒輪間的潤滑作用,而余下的97%-98%都是充當冷卻劑。

                  -提高齒輪效率

                  潤滑劑一般可以有液體,脂/聚合物和固體的形式,在我們涉及到的齒輪箱中,行星減速機通常都是用脂/聚合物潤滑劑潤滑的。

                  液體潤滑油一般是礦物油加上用于改善機械和化學特性的添加劑。同樣,潤滑脂主要有兩個成份,即基礎油和能通過毛細作用保持油相的稠化劑,稠化劑能以一定的速率析出潤滑油以滿足齒輪的潤滑需要,同時能吸收多余的油,其工作機理至今不甚明了。聚合物潤滑劑和潤滑脂類似,由基礎油和填充基體組成,但其含油量比脂更高。固體潤滑一般用于真空環境和太空應用。

                  基礎油主要有兩種:礦物油和合成油。稠化劑也分為兩大類:皂基類和非皂基類。皂基指的是脂肪酸和金屬化合物。絕大多數商用潤滑劑使用皂基類,其中鋰基脂使用最廣泛。非皂基類是有機物,包括尿素,

                  胺類,染料類,其高溫性能和氧化穩定性比金屬皂基類好。

                  一般稠化劑的溫度上限為110140℃,而下限為-20℃至-30℃。這也是為什么供應商對使用溫度低于-30℃十分謹慎的原因。

                  另一個值得特別注意的是不同的潤滑劑混合可能導致不相容,使得潤滑失敗。如果把皂基和非皂基或者不同類型的皂基混合在一起,會造成稠度發生很大變化,不是太稠不適宜于做潤滑劑,就是太稀而流失。同樣,把不同基油(比如石油和硅油)的脂混合會造成兩相流體而影響連續潤滑,我們有時需要更換齒輪箱內的潤滑脂以適應客戶的特別需求,務必需要徹底清洗干凈再加入新潤滑脂。

                  對運動控制技術人員來說,這里有太多的新名詞,不解釋一下無法繼續:

                  1.潤滑油膜:

                  這是潤滑理論中非常重要的概念,其實潤滑理論要討論的就是油膜的建立,維持和失效。在一定速度,載荷條件下,一對摩擦體之間存在一層油膜,將接觸表面有效隔開。

                  2.粘度:

                  潤滑劑的粘度是對切應力作用下液體流動阻力的一種度量,它對形成潤滑油膜起到決定性作用。要注意的是,同一牌號的潤滑劑,其粘度隨著壓力的增大呈指數增大,而隨著溫度的減小呈指數下降。

                  良好的潤滑粘度有助于緩沖齒輪間的作用力以及限制運轉噪音.過高粘度的潤滑會導致額外的摩擦阻尼以及潤滑高溫特性的退化.粘度的選擇取決于工作的速度

                  粘度是潤滑最重要的特性指標,它必須是高到足夠滿足載荷的需求而即使在低溫環境下還要保持一定的流動性。

                  3.傾點:

                  傾點與潤滑劑將要開始流動的最低溫度有關,這個值和低溫粘度一起代表了油的耐低溫特性。在低溫環境下,潤滑劑的傾點下限值必須要低于環境溫度.通常要低5

                  4.閃點:

                  閃點指使潤滑劑中的油蒸發變成可燃氣體的最低溫度。

                  5.滴點:

                  滴點指脂變為液體時的溫度,也稱熔點。

                  6.油膜強度:

                  良好的油膜強度,有助于防止金屬齒輪間的接觸而導致的刮痕

                  7.附著劑:

                  能幫助防止因重力或離心力作用而損失潤滑,特別是在高速運動狀態下

                  8.極壓(EP):

                  EP潤滑為重載荷齒輪提供額外的磨損保護,特別當油膜失效時。EP潤滑也可用于苛刻的(雙曲面齒輪)的應用

                  9.極壓潤滑:Extreme Pressure Gear Oils (EP)

                  EP齒輪潤滑通常被推薦于:高載荷工況下,高滑動摩擦,高功率輸出條件下的正之論,螺旋傘齒輪,斜齒輪以及雙曲面型的齒輪機構。

                  需要注意的是,EP潤滑劑通常含有某些化學活性的添加劑,所以當用于重載荷的渦輪蝸桿系統時,特別要注意他對青銅或者黃銅的腐蝕。

                  由于EP潤滑還可能包含固體懸浮物,諸如石墨或者二硫化鉬等,所以EP潤滑不適用于需要制動的場合。當離合(抱閘)作用是,EP潤滑的化學物質會引起齒輪咬合的滑動從而導致機械機構的滑動,容易引起安全事故。

                  齒輪箱絕大多數的損耗來自于三個部分:潤滑油()攪動損耗,密封阻力以及齒輪間的摩擦,在一定程度上這三個要素都取決于潤滑。

                  密封圈潤滑通常采用輕質油,在考慮齒輪箱潤滑劑時,要注意其相容性。

                  我們重點來看看齒輪間的摩擦和潤滑的關系。

                  我們知道漸開線齒形在嚙合過程中并不是完全的滾動關系,同時帶有微量的滑動,磨耗主要和這種滑動相關。

                  油膜起到分隔的作用,這種分隔可以是全部的和部分的。全部分隔是,摩擦力主要取決于接觸溫度和壓力條件下潤滑劑的性能,部分分隔時,滾動/滑動表面的波峰在邊界潤滑條件下相互接觸??傊?,在接觸表面建立潤滑油膜是很重要的。

                  20世紀60年代,引入了潤滑油膜參數(相對油膜厚度)Λ,用來表示潤滑膜隔開接觸表面的程度。Λ≥3為完全油膜隔離。

                  h為油膜厚度,為兩個接觸表面的粗糙度均方根值。

                  先討論一下不同的接觸狀態和油膜的關系

                  Stribeck曲線

                  斯特里白克曲線清楚顯示承載表面之間的摩擦和相對油膜厚度(Λ)及潤滑體系之間的關系。

                  參數Λ指出了在一定油膜厚度下粗糙的表面相互接觸的可能性。

                  具體分為:

                  1)  邊界摩檫

                  邊界摩擦指承載面互相嚙合的情況,當嚙合表面的相對速度較低,而且有較大的載荷和改變運動方向時,容易有這種情況發生。

                  此時,應該選擇含抗磨損(AW)或者極壓(EP)添加劑的潤滑,可以減少摩擦力。

                  2)  全油膜隔離下的摩擦力(Λ≥3

                  當潤滑油膜完全隔離了兩個承載面,這時沒有機械與機械的接觸,機械的壽命取決于潤滑的純凈度,摩擦力隨著油膜厚度的增加而相應增加

                  3)  部分油膜情況下的摩檫(Λ<3

                  此種情況是指當潤滑油膜不足以完全隔開接觸面,表面的一些凸峰會穿透油膜而彼此接觸,這時油膜的厚度高于邊界潤滑,而介乎于邊界潤滑和全油膜潤滑之間。

                  齒輪在運動過程中是一個滑動和滾動相結合的過程,這兩種運動到底哪一種占據主導地位?是由齒輪的機構類型決定的

                  齒輪類型

                  特性

                  主導運動模式

                  直輪(含齒輪齒條)

                  非常常用,在齒輪交合與非咬合狀態時呈現滑動摩擦。高速狀態下可能產生高噪音

                  滾動

                  雙曲面齒

                  除了軸中心線不相交外,雙曲面齒和螺旋傘齒輪相近。此類全金屬機構的傳動齒輪需求特殊的潤滑條件,即含有油性添加劑以及抗抱軸(antiweld)添加劑的潤滑,以承受高齒壓以及高摩擦速度

                  滑動

                  渦輪蝸桿

                  渦輪蝸桿的工作原理類似于螺釘。齒面的壓力被均勻分布,因此可以選擇相對摩擦系數較小的青銅作為渦輪。其潤滑依靠流體膜的形成,同時需求大量的潤滑以提升潤滑性能以及防止金屬間的接觸。所以Dynabox使用液體潤滑劑

                  滑動

                  螺旋齒

                  相對于直齒輪,更低的噪音和震動。在任何狀態下,螺旋齒輪上的載荷被分布于多個齒牙從而降低齒輪磨損;但齒輪咬合時產生的軸向力需要止推軸承來消化。

                  滾動+滑動

                  齒輪的種類,特性以及潤滑的注意事項

                  因素

                  需求

                  齒輪類型

                   

                  1,直齒輪,傘齒;

                  低速滑動

                  2,螺旋齒

                  中速滑動,中高帶載能力

                  3,雙曲面齒輪

                  高速滑動,高載荷能力

                  4,渦輪蝸桿

                  極高滑動速度,中高帶載能力

                   

                   

                  載荷能力

                  高載荷工業齒輪需要EP潤滑,即極壓(extreme pressure)潤滑

                  表面粗糙度

                  表面粗糙,需要高粘度的潤滑而平滑的齒輪表面僅需低粘度潤滑

                  功率傳遞

                  隨著負載的增大,粘度上升

                  齒輪速度

                  速度要求越高,粘度越低

                  添加劑的兼容性

                  有些極壓潤滑含有的添加劑會腐蝕黃銅,青銅類部件

                  溫度

                  工業潤滑粘度的選擇必須要依據實際工作中的高低溫條件。

                  潤滑選擇總的原則:

                  對齒輪箱的使用者來說,其實我們并沒有很多機會來選擇內部的潤滑劑。我們只有在特別環境(通常是特別溫度)下,以及因為高速低扭矩導致齒輪箱效率很低時,才有可能涉及,所以在這里不需要進行詳細的討論,只需要大概了解就可以了。

                  1)  根據齒輪箱的類型,傳遞功率選擇潤滑類型

                  2)  根據線速度選擇潤滑劑粘度,齒輪的線速度是選擇潤滑粘度的非常重要的因素,齒輪線速度決定了齒輪與齒輪接觸的時間長短,即高的線速度對應于齒輪較輕的載荷以及較短的接觸時間,對于這類齒輪,低粘度的潤滑是優先選擇的;而低的線速度通常對應于較高的齒輪載荷及較長的齒輪接觸時間,對于這類齒輪,高粘度的潤滑優先選擇,當負載非常高時,應該考慮EP(極壓)添加劑。

                  3)溫度

                  環境和齒輪的工作溫度也決定了齒輪潤滑的選擇。通常情況下,工業齒輪潤滑的工作溫度范圍從50550不等,一般高于環境的溫度。當在高溫應用是,需要潤滑具有良好的粘度,極強的抗氧化和抗起泡特性。必須要考慮非正常情況下的高溫環境,潤滑粘度過大,過多的潤滑,非正常的過載都有可能引起溫度的升高。低溫應用時,需要潤滑具有高流動性的同時還必須提供足夠的粘度,因此,這些潤滑必須具有高粘度指數和低傾點。

                  4)化學穩定性和抗氧化能力

                  防止潤滑稠化以及油污的形成。特別在齒輪高速運轉時,這個要求顯得特別重要。

                  潤滑選型的總覽:

                  潤滑類型

                  直齒輪

                  螺旋齒

                  渦輪蝸桿

                  傘齒

                  防銹抗氧化劑潤滑

                  標配

                  標配

                  輕載荷,低速

                  標配

                  極壓(EP)潤滑

                  重載&沖擊載荷

                  重載&沖擊載荷

                  最常用

                  最常用

                  混合潤滑油

                  不常用

                  不常用

                  nc

                  輕載荷

                  合成潤滑

                  重載&沖擊載荷

                  工作溫度超過82

                  重載&沖擊載荷

                  nc

                  潤滑選擇總結:

                  1)選擇齒輪潤滑劑時,需要考慮載荷,線速度,溫度,齒輪的類型,齒輪表面光潔度以及應用類型.

                  一般情況下,高粘度的潤滑通常針對于:

                  -高載荷

                  -高溫度

                  -低速度

                  -齒輪表面粗糙

                  -渦輪蝸桿應用

                  EP極壓潤滑通常用于重載荷,中等溫度環境,但不適用于黃色金屬(青銅,黃銅)

                  2)在工業用途的粘度等級選擇上,寧愿選擇高一粘度等級的潤滑而不要選擇低一粘度等級的潤滑,因為高粘度的潤滑可以提供相對較高的帶載能力并保持較好的油膜強度;粘度較低的潤滑可能導致粘著磨損,低的帶載能力以及加快齒輪的磨損.確保潤滑不是非常的粘稠足以分布于各個齒輪嚙合出處.

                  3)注意齒輪箱體的密封,控制空氣中的粉塵進入殼體,至少可以減速50%的齒輪磨損

                  4)過量的添加潤滑也不可取.過量的潤滑會導致潤滑氣泡,齒輪過熱而導致潤滑的泄漏,隨著時間的推移,可能產生潤滑氧化.

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