浅析矿山机械设备齿轮减速器的润滑.pdf

第 2 4卷第 2期 总第 1 0 7期 V o 1 ． 2 4 N o ． 2 S U M N o ． 1 0 7 机 械管 理开 发 MEC HANI CAL MANA GEME NT AND DEV EL 0P MENT 2 O o 9年 4月 Ap r ． 20 0 9 浅析矿山机械设备齿轮减速器的润滑 董清华 太原理 丁大学 阳泉学院 ， 山西 阳泉0 4 5 0 0 0 【 摘要 】 阐述 了矿 山机械设备齿轮减速器润滑问题的重要性 ， 分析 了齿轮 润滑 的主要状 态和润滑对齿轮传动的 影 响 ， 简述 了矿 山机 械 设 备 齿 轮 减 速机 的 工作 特 点及 对 润 滑 油 性 能 的要 求 和 选 用 。 【 关键词 】 矿 山设备 ； 齿轮减速 器； 润滑 【 中图分类号】 T D 4 0 3 【 文献标识码】 A【 文章编号 】 1 0 0 3 7 7 3 X 2 0 0 9 0 2 0 0 8 4 0 3 0引言 8 ． 矿 山采掘行业用 的齿轮减速器的工作性 能和使 用 寿命不 仅 与 材质 、 几 何参 数设 计 、 加 工方 法 、 热 处理 过 程 、 装 配及 使 用 操 作 等 诸 多 因素 有 关 ． 而 且 和 润 滑 条件 有着重 要 的关系 。润 滑 的 目的不 仅能 够形 成适 当 厚度 的油膜 ， 防止 和减 轻摩 擦 副表 面 之 间直接 接 触 引 起 的危 害 ， 而且 可 以提 高效 率 ， 增 强散 热 ， 防止 锈 蚀 ， 缓 和冲 击 ． 降 低 工 作 时 的 噪声 和 振 动 。 以及 清 除磨 损 的金 属粉 末 ， 最终 保 证 减速 器 的正 常使 用 。据 一 些 国 家资 料显 示 ， 每 年 因磨损 失 效而 引起 的损失 约 占国 民 经济 总产值 l ％． 据美 国研 究 资料 表 明 机 械设 备 的功 能失 效 5 0 ％归 因于磨 损 。因此 ， 要 充分 发 挥 齿轮 的 承 载能力 ， 延长齿轮的寿命 ， 提高齿轮的传动效率 ． 润滑 却 是非 常重 要和值 得 注意 的问题 。 】 齿轮 的润 滑状 态⋯ 减 速器 的润 滑 主要 是 对齿 轮 和轴 承 的 润 滑 ， 根据 弹性 流体 动 力学 润滑 理论 ． 齿 面润 滑 的状态 与 齿 面 的 接 触 应 力 、 滑 动 速 度 和方 向 、 润 滑 油 性 能 有 着 密 切 的 关系。由于齿轮传动的特点是啮合时间非常短促 ， 同 时发 生滑 动 和滚 动 ． 且 滑动 方 向和 大小 都 在 急剧 地 变 化 ， 接 触 面积 很 小 且接 触 应 力 很 高 ． 原 来 的 压 粘 关 系 在 高压 、 高应 力下 已失 效 ， 在此 情 况下 ， 评 定 齿轮 有效 润 滑的 油膜 参数 为 A 式 中 齿 轮 啮合 时 的油膜 厚 度 ， m； 齿 轮 表 面 的综合 粗糙 度 ， m。 而钢 质齿 轮油 膜厚 度 h『 G L P Ⅳ 1 ml柏 1 式中 G 齿轮几何参数 根据齿轮类型查表确定 ； L ， 一润 滑油参 数 ， ￡ P r ／ 0 a x l 0 “ ； 叼 o 常压 下 的动 力 粘 度 ， P a S ； 粘 压 系 数 ， l ／P a ； fV _一一 齿 轮 转 数 ， r ／ m i n ； W， 接 触齿 面单 位宽 度 的负荷 ， N。 而 I 2 式 中 6 。 、 齿 轮 两表 面 中线平均 粗糙 度 。或 式 中 6 、 两 摩擦 表面 的均方 根粗糙 度 。 根据 “ A ” 的试验结果值 ， 齿轮 的润滑状态可分 为 三种 1 A 4为完 整 全油 膜润 滑 。齿 面 完全 被 弹性 流 体动力油膜隔开 ， 轮齿表面的摩擦转变为油膜内部分 子间摩擦 ， 摩擦系数很小。油膜厚度受负荷影响不大． 载荷 全部 由油膜 承 担 ， 发 生点 蚀 、 胶 合 、 磨 损 等 损伤 概 率最小 ， 这 是一种 理想 状态 。 2 A 1为边 界 润滑 。 弹流 动力 润 滑油 膜 厚度 小 于两齿面的综合粗糙度 ， 轮齿间不存 在流动油膜 高 速齿 轮除 外 ， 齿 面只能 靠边 界油 膜 隔开 ， 轮齿 表面 有 较多的凸峰接触 ， 易发生擦伤 、 粘着胶合的磨损。为避 免齿 面 直接 接触 ，应 在基 油 中加 入油 性 剂 和极压 剂 ， 来 改 善润 滑 油 的性 能 ， 形成 吸 附膜 和 极压 润 滑膜 。 边 界润滑 是一 种不 稳定 的润 滑状态 。 3 1 ≤A≤4为 混 合 润 滑状 态 。它 介 于 前 两 者 之 间 ． 齿 面间 既有 弹 流润 滑 ， 又 有边 界 润滑 ， 这 种 润滑 状 态差 异很 大 ， 有 的接 近弹流 润 滑 ， 有 的接 近边 界润滑 。 2 润 滑对 齿轮传 动 的影 响 2 ． 1 边界 润滑 的失效 对粘 着胶合 的影 响 大多 机械装 置存 在着 大量 的边 界润 滑 。例如 油脂 润 滑轴 承 在 重 载 下 的 间 隙振 荡 运 动 时 就 存 在 边 界 润 滑条件 ． 表面上的高点或突起发生接 触 ， 但彼此结合 却被 非常 薄而软 的 固体膜 所 阻止 。这种 固体 膜容 易被 剪 断 。 可 以阻止 金 属 的剥 落或 表 面 的严 重划 伤 。边 界 润 滑 的失 效就 是齿 面 的 润滑 膜 完全 失去 了作用 ， 发 生 金 属直 接接 触 ， 产 生 于磨 擦 ． 局 部温 度 升高 ， 使 金 属熔 化 相互 粘 连而 又撕 开 ， 形 成粘 着 或胶 合 。 粘着 是齿 轮 最常见的磨损现象 。对不含油性剂和极压剂 的矿物 油 ， 若油的粘度愈高 ， 形 成的油膜愈厚 ， 粘 附性愈强 ， 容易阻止齿面 的直接接触 ．抵抗粘着磨损 的能力愈 强。对于在矿物油 中加入油性剂的复合矿物油 ， 可以 用 物理 和 化学 的 吸附 方式 ， 形成 比纯矿 物 油更 牢 固 的 收 稿 日期 2 0 0 8 1 0 1 5 作者简介 董清华 1 9 6 8 一 ， 男， 山西阳泉人 ， 大学本科 ， 工程师 ， 从事机械制造 专业教 学和科研工作 。 8 4 - 第 2 4卷第 2期 总第 1 0 7期 董清华 浅析矿山机械设备齿轮减速 器的润滑 2 0 0 9年 4月 边界 油膜 ， 抵抗 粘着磨 损 的效 果更 显著 ； 对 含有 极压 剂 的极压齿轮油， 它能与齿轮表面发生化学反应 ， 生成无 机物覆盖膜 ． 使粘着磨损失去产生的机会。 极压添加剂 的品种和添 加数量 不同 ， 对粘着 的影响也 不一样 。 一般 来说 。 极 压油 比非极 压油 抗粘性 能好 。 供 油量 和供油 方 式对粘着也有影响。 供油量充足， 可以提高抗粘着的极 限负荷。 喷油方式 比油浴方式的润滑冷却效果好， 油温 低 ， 抗粘着磨 损 的能力强 。从齿轮 啮 出侧 喷油 ， 比啮 人 侧 喷油效果 好 。 2 ． 2润滑对 点蚀 的影 响 疲劳点蚀也是齿轮磨损 的一种常 见现象 。 点蚀 的程 度和发生 的时 间 ， 主要取 决于接 触应力 大小 ， 载荷循 环 次数、 材料硬度 、 表面微观几何形状及润滑状态和润滑 膜厚度。因此 。 如果润滑油选用 不当 ， 或润滑方式不 良， 均会引起或促使疲劳点蚀。使用低粘度油， 因为流动性 较好 ， 容 易渗入表 面裂纹 中 ， 加速 裂纹 的发展 和金属块 的脱落 。 易引起点蚀 。高粘度 的油对 于渗入裂纹 的作用 没有稀油活泼 ， 同时， 粘度高有利于油膜的建立和油膜 厚度的增大 ， 并且油的弹性可缓和冲击 ， 使接触应力的 分布更趋于均匀 。 相对地降低了最大应力值 ． 增强了齿 面的耐点蚀能力。所以适当提高润滑油的粘度， 可以减 缓表面疲劳点 蚀的发 生和扩 展。 润滑油 中的添加剂对点 蚀也有影响， 特别是极压添加剂， 如果使用不当， 往往造 成腐蚀 而加速 点蚀 的生成 。为 了防止 点蚀 。 使用极压添 加剂 必须慎 重考 虑 ， 对添 加剂 的组 分 、 用量 、 齿 轮 的材 质、 接触应力 、 负荷性质 、 速度、 环境温度等都应十分注 意 ， 不能 随便采用 。 润滑方式与供油量对点蚀也有影 响。 从防疲劳点蚀出发， 供油量不宜过多。 供油量过多， 会有 部分油因在啮合的齿面问， 受到挤压。 产生局部高压， 反 而增加接触应力。 同时油在高压作用下渗人裂纹的量也 增多 ， 促进疲劳点蚀 的发生和发展 。 但是为防止粘着 ， 又 必须有充分的浸渍量 ， 所以。 应综合全面考虑供油量的 多少 ， 以取得良好的润滑效果。 2 ． 3润滑荆 失效导致磨损 在依靠润滑剂克服摩擦和避免磨损的机械装置 中， 润滑剂失效的危害性是很大的。例如． 当油因空气 的存在 而发热 时 ， 同时 发生氧化 。 氧化增 加 了粘 度 和矿 物油 的有机 酸浓 度 ，结 果在热金 属表 面上形成胶 性 和 油漆状 的沉积物 而构成 磨屑并 以微切屑 方式不 断在切 碎保护膜 ， 最终造成动力学稳定性的丧失 ， 并使金属接 触表面被 划伤和卡 住 。 另外 ， 润滑剂 的化学 分解 、 污染 、 过分发热以及润滑剂的流失都能造成润滑失效。 2 ． 4润滑对 磨料磨损 的影响 若 是润滑过 程 中混 入 了泥沙 、 灰尘 和铁 屑 、 金 属粉 末等就会产生磨料磨损 ， 且磨损速度较快。 各种润滑油 对磨料磨损不起改善作用 ，油只能把外来杂质从齿面 上冲洗掉 。若磨损微粒悬浮在油中， 将起研磨剂作用 ， 促 使磨料磨损继续发展。为了防止磨料磨损，保持润 滑油的洁净是非常重要的。油浴润滑选用较低粘度 的 油品 ．有利于磨粒沉淀。油品必须经过滤之后才能使 用。要定期对润滑系统油质进行取样化验 。定期进行 净化 。 3 矿 山机械 设备减 速器 的润滑 矿山采掘企业设备复杂、 运转环境 比较恶劣。 总的 工作特点是 1 圆周速度一般较低， 传递功率大， 齿面 接触应力高。2 冲击性负荷较大 ， 常承受很大的过载 负荷。 3 高温下运行或工作环境温度变化大。 4 灰尘 较多 ， 水汽多。要提高润滑效果， 适应使用条件和工况 环境 ， 保证 良好的传动性能和延长使用寿命 ， 齿轮减速 器的润滑需要在以下几方面改进和加强 1 尽量降 低齿面粗糙度， 即相应地提高油膜 比厚度和 值 ， 使齿 轮趋向于弹性流体动压润滑状态。 2 提高齿轮装配 质量 ， 降低局部齿面应力集 中， 使齿面负荷均匀。 3 齿轮装配后最好能在添加硫 、磷型极压添加剂的条件 下进行走合 ， 改善齿 面的粗糙度， 提高润滑效果 。 4 提高润滑油的冷却效果 ，降低齿面的瞬时接触温度。 5 合理地选用润滑剂 ， 加强润滑剂的边界润滑效果 。 多采用复合油与极压齿轮油。提高润滑剂抗疲劳点蚀 和抗粘着的能力。 6 采用合适的润滑方式及供油量 ， 并注意维修保养， 加强润滑管理并保证油品质量。 4 矿 山机械齿轮 减速器 对润滑油 性能的 要求和选 用 4 ． 1 对润 滑的性 能要 求 1 粘度适当。 润滑油的粘度主要根据齿轮的节线 速度 及受力 状况进 行综合 考虑 。如前所述 。弹性 油膜 的厚度主要与油的粘度 、 节线速度及负荷有关。 2 抗磨性能良好。关于齿轮油的抗磨性 ． 大体上 分为 4个等级 1 级 纯基油 ， 不含抗磨添加剂， 适用于 中速中负荷齿轮以及蜗杆蜗轮传动装置。 2级 基础油 加油性添加剂 ， 适用于中速中负荷齿轮 ， 以及蜗杆蜗轮 传动装置。3级 基础油加中等极压添加剂。 适用于中 速高负荷的齿轮传动装置。 4级 基础油加全极压添加 剂，适用于高速高负荷及强烈冲击性载荷的齿轮传动 装 置 。 此外 ，长期循环使用的润滑油则要求用添加抗氧 化剂的抗氧润滑油。有火灾危险的润滑部位则要求用 耐烯或不燃性润滑油， 如磷酸脂油 、 混磷酸脂油或水基 乳化油等。在易进水乳化环境里工作， 则应用抗泡性、 抗乳化性和汽水分离性好的润滑油等。 4 ． 2润滑油 的选用 选择润 滑油 的种类 和粘度可 以参考 经验公式 和图 表 ， 由于齿轮减速器的运转条件和环境差别很大， 而润． 下转第 8 7页 8 5 第 2 4卷第 2期 总第 1 0 7期 樊晓燕 车床主轴箱齿轮 的材料选择及热处理工艺 ． 兰 含碳量 低 所 以塑性 、 韧性好 ， 但强度 、 硬度 低 ， 易变形 ， 不能满足齿轮的性能要求。 高碳钢含碳量高， 因此有较 高的强度 、 硬度和好的耐磨性 。但塑性 、 韧性差 ， 易断 裂 ． 也不太适合。 中碳钢的含碳量在低碳钢和高碳钢之 间， 兼具有低碳钢和高碳钢的性能， 有较好的综合力学 性能， 能满足齿轮的性能要求 ， 因此选用中碳钢比较合 适 ． 价格相对于合金钢便宜 。生产中通常选用 4 5 钢 。 此外 ， 在生产 中也常常选用 4 O C t合金钢制造齿轮 ， 但 合 金钢相 对碳钢 而言价格 要 贵。本文 以 4 5 钢为例 对 齿 轮 的热 处理工艺 作一 简要分 析 。 4热处 理工艺 齿轮的加工工艺路线下料一锻造一正火一机加 工一表面淬火 回火一精磨。 1 锻造 。齿轮 通常是 锻造成形 。 2 正火 。 工艺 将齿轮放人炉 中加热到 8 4 0 - 8 8 0 o C ， 保温约 3 h ． 出炉空气中分散冷却。目的是充分消除锻造 引起 的内应力 。 细化 晶粒 ， 适 当提高齿轮 的硬 度 ， 为 以后 的机加工作性能准备 。 同时为后序的热处理作组织准备。 3 机加工 主要是车外圆、 滚齿。 4 表面淬火 回火 。 1 表 面淬火 通 常利用 感应 加热淬火装置，只对轮齿部位进行局部感应加热表面 淬火 。 工艺 将齿轮 置于感应 器 内 ， 通 人交 流电 ， 轮齿温 度 达 到 8 6 0 ～ 9 0 0℃后 ． 随后 用 水 快速 冷 却 ， 淬火 后 表 面不得有裂 纹 。 目的是提 高轮齿 表面硬度 和耐磨 性 ， 淬 火 后 表 面硬 度 可 达 到 4 8 ～ 5 3 H R C，淬 硬 层 可 达3 - 4 mm。 2 回火工艺 将齿轮放入回火炉中加热到2 0 0 - 2 4 0 C． 保 温约1 h ， 出炉空气中冷却。 目的是消除在淬火 时产生的内应力， 防止齿轮在工作中的变形和开裂； 获 得稳定的组织 。 保证尺寸的稳定性 ； 提高齿轮的韧性 ， 调整齿轮的强度和硬度 ， 获得较好的综合力学性能翻 。 5 精磨。主要是磨齿、 推孔等处理 回火过程中轮 齿、 孔径会发生微变形， 因此要进行精磨处理， 保证齿轮 尺寸的精确 。 以满足精度要求。 经过这样的热处理以后 ， 齿轮的轮齿表面可获得高的硬度和耐磨性， 而心部仍有 较好的塑性和韧性 ， 从而满足了齿轮的工作性能要求。 5 结束语 对一些受力复杂 、 大型的重要齿轮而言 ， 在正火之 后还需进行调质处理 。以满足性能要求。所谓调质处 理即淬火 高温回火。 淬火是将齿轮加热到约8 6 0 8 8 0 ℃． 保温一定时间后 ， 用盐水冷却。随后置于回火炉中 加热到 5 5 0 6 0 0℃． 保温约 2 h出炉空冷。经调质后 的齿轮其力学性能优 良。具有高强度的同时又有良好 的塑性和韧性 ， 能充分满足齿轮的性能要求。 参考文献 【 1 】 陈海魁 ， 郭晓春， 纪武瑜． 机械基础【 M 】 ． 北京 中国劳动社会 保障出版杜 ， 2 0 0 4 3 5 5 0 ． 【 2 】 孙学强． 机械制造基础【 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 8 2 5 1 - 2 5 3 ． 【 3 】 单小君 ， 金属材料与热处理【 M 】 ． 北京 中国劳动社会保障出 版 社 ． 2 0 01 6 2 7 8 ． Ma t e r i a l S e l e c t i o n a n d He a t Tr e a t me n t o f La t h e He a d s t o c k Ge a r s ’ FAN xi a o -y 粕 T a i y u a n T e c h n i c i a n Co l l e g e ， T a i y u a n 0 3 0 0 21 ， S h a n x i [ A b s t r a c t ]B a s e d o n t h e a n a l y s i s o f t h e g e a r s w o r k i n g c o n d i t i o n a n d f a i l u r e m o d e ， t h i s p a p e r p u t s f o r w a r d the r e q u i r e m e n t s o n m e c h a n i c al p r o p e r t y o f l a t h e h e a d s t o c k g e a r s ， a n d a c c o r d i n g l y s e l e c t s t h e me t a l m a t e ria1． Re a s o n a b l e ma c h i n i n g a n d h e a t t r e a t me n t me t h od s i s p l a n e d t o me e t t h e a pp l i c a t i o n r e q ui r e me nts． [ Ke y w o r d s ]L a t h e h e a d s t o c k g e a r s ； Me t al ma t e ri a l ； H e a t t rea t me n t E S S E S ． 毫要 葛 S E S S ￡ S E． s 芒． 昱 E E E 蔓 S ￡ S 毫 艇 『． ． 昱 蔓． 衄 上接第 8 5页 表 1 润滑油种类的推荐和选择 齿轮种类 负荷 推荐使用的润滑油 一 般机械油 ， 对于重要的传动可添 低负荷 加防锈剂的抗氧化剂 直斜齿轮 中等负荷 汽缸油 、 齿轮油、 中负荷工业齿轮油 和锥 齿轮 高负荷 重负荷 极压 齿轮 油， 重负荷蜗轮 蜗 杆 油 复合型润滑油 即在 矿物 油中填加 蜗轮传动 3 ％～ 1 0 ％的脂肪油 ， 对通常的传动 可 用 汽缸 油 、 蜗 杆 油 双 曲线锥齿轮 高极压型的双曲线齿轮油 滑油又直接影响减速器的运行， 因此 ， 必须根据实际条 件反复试验提出润滑油的技术要求 ， 即适当的粘度， 良 好的抗磨性 ． 一定 的油膜强度 和稳定性 、 无腐蚀作用 等。根据齿轮的种类和负荷条件来选择润滑油油种见 表 l ， 仅供参考。 参 考 文 献 【 l 】 董浚修主编． 润滑原理及润滑油【 M 】 ． 北京 中国石化出版社。 1 9 87 ． 【 2 1 王修斌 ， 程良骏 主编． 机械修理大全【 M 】 ． 辽宁 辽宁科学技术 出版 社 ． 1 9 9 3 ． 【 3 】 冶金部钢铁企业设备管理与维修技术交流 中心润滑组． 冶 金设备润滑技术基础知识【 M 】 ． 北京 中国石化 出版社 ， 1 9 9 1 ． An aly s i s o n Lu b r i c a ti o n o f Ge a r De c e l e r a t o r i n Mi n i n g M e c h a nic a l Eq u i p me n t D ONG Qi n g - h u a Y ang q u an C o l l e g e ， T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y S h a n x i Y a n g q u an 0 4 5 0 0 0 ， S h a n x i [ A b s t r a c t ] T h e s e l e c t i o n and i m p o r t a n c e o f l u b ri c a t i o n o f g e a r d e c e l e r a t o r i n m i n i n g m a c h i n e e q u i p m e n t a r e d i s c u s s e d ． Ma i n s t a t e s o f g e a r l u b ric a ti o nan di n f l u e n c e o fl u b ri c a ti o nf o rthe g e ar a r ean aly z e d ． 【 K e y wo r d s M i n i n g m a c h i n e ； G e ar d e c e l e r a t o r ； L u b r i c a t i o n 87