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1、http://www.gtjia.com齿轮的润滑与冷却分析丁筱轩(宝钢苏冶重工有限公司,江苏苏州 215151)摘要:介绍了齿轮的润滑方式及使用范围,分析了齿轮功率损耗和冷却功率之间的关系。关键词:齿轮润滑;油膜;功率损耗;散热引 言齿轮是工业齿轮箱的重要组成部分,是啮合的齿面相互摩擦传递动力和运动的重要零件。由于齿轮润滑设计的不当造成齿轮早期失效,未达到设计寿命的情况占很大比例。齿轮的传动有不同的形式,不论哪种形式都存在齿面摩擦、发热、烧伤甚至焊合,因而齿轮润滑、箱体冷却结构的设计是工业齿轮箱设计的重要组成部分。它的作用是使相互啮合的接触齿面之间形成润滑油
2、膜隔开啮合齿面,使啮合齿面的运动摩擦变为润滑膜的内摩擦,由润滑膜产生的动压力平衡齿面载荷;同时润滑系统吸收了齿轮箱中所产生的热量,并使其逸散,从而避免了高温对零件的使用影响。1 润 滑闭式工业齿轮箱齿轮的润滑主要有两种形式:浸油润滑和强制(喷油)润滑。两者在结构设计、成本、润滑效果上都各有特点。在方式选用上,应根据齿轮箱周边的工作环境、工况条件及各级传动的要求和具体情况,确定是单独使用或是混用,而不应将这两种方法机械地分割开。1.1 浸油润滑浸油润滑简单、可靠、成本低,是经常采用的一种润滑方式,广泛应用于齿轮分度圆周切向速度≤10m/s的工业齿轮箱。1.1.1
3、 齿轮的浸油润滑方式(1)卧式齿轮箱为减少齿轮运动的阻力和油的温升,卧式齿轮箱浸入油中的齿轮深度以1～2倍齿全高为宜,速度高时,可减至0.7倍齿高,但不应小于10mm。速度低时(0.5～0.5m/s)可增至1/6～1/3齿轮半径,锥齿轮为齿宽高度。(2)立式齿轮箱立式齿轮箱入油中的齿轮深度以1～1/3倍齿宽为宜。(3)多级齿轮传动对于多级齿轮传动,可采用下列方法润滑各级啮合齿轮:调整传动比,使各级大齿轮的浸油深度近于相等;将各级大齿轮分别浸在箱体中高度不同的可以溢流的隔室中;润滑不到的啮合齿轮采用惰轮蘸油或甩油环润滑;将箱体结合面做成倾斜式,从而使各级传动的浸
4、油深度大致相等;注意箱体设计,使被离心力甩出的油能沿筋或导板流入啮合齿面;润滑不到的啮合齿轮采用喷油润滑。1.1.2 浸油润滑注意事项(1)在齿轮箱里,润滑对于滚动轴承具有重要意义,好的结构方式润滑轴承不仅可以降低摩擦阻力。还可以起着散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用。(2)润滑油粘度与浸没油中的齿轮切向速度和本体温度不协调时,油将被离心力甩掉,齿轮进入啮合时没有足够的润滑油,齿面将处于边界润滑或干摩擦状态,长期如此就会使两齿面直接接触,啮合温度急剧上升,两啮合齿面相互粘撕,形成胶合损伤。因此,在选用浸油润滑时,要考虑润滑油粘度。(3)浸没油中的齿轮
5、相当于搅油器,不但会使油碰撞箱体产生冲击噪声,过大还会引起箱体振动,且会使减速机的温升增加,功率损失增加。1.2 强制(喷油)润滑http://www.gtjia.com强制(喷油)润滑,是将润滑油以0.05～0.2MPa的压力喷入需要润滑的部位,没有搅拌现象,且可以提供充足的供油量,并将啮合发热带走,能很好地控制啮合齿轮的本体温度,易于实现弹性油膜动力润滑,可以有效地减低震动噪声,同时浸油时的搅油现象也会消失。所以当圆周速度>15m/s时,采用喷油润滑。1.2.1 齿轮的强制(喷油)润滑方式(1)直齿齿轮喷油压力约为0.05～0.20MPa,当直齿齿轮圆周速
6、度≤20m/s,油应喷至轮齿的啮入端。(2)斜齿轮喷油压力约为0.05～0.20MPa,斜齿轮圆周速度≤50m/s时,油应喷至轮齿的啮出端。1.2.2 强制(喷油)润滑注意事项(1)啮合点的喷油量可按单位齿宽所需喷油量来确定,通常取每毫米齿宽0.08～0.1L/min。贮油量为喷油量乘以循环冷却时间,工业齿轮箱的循环冷却至少为4～5min。(2)在选择润滑方式时,除了考虑润滑油牌号、粘度,还要考虑环境温度,必须保证润滑油能自由循环流动。(3)在使用中要保证齿轮正常工作时的油温,当油温度超过45°C时,应安置冷却器降温。(4)在使用过程中要注意油的清洁度,及时更
7、换变质的润滑油。2 冷 却2.1 功率损耗 润滑油的粘度和寿命都直接与油温有关,油温升高的热量来源于功率损耗,其值是设计冷却结构的基础。PV=PVZ+PVB+PVD(1)式中 PV为功率损耗;PVZ为齿轮功率损耗;PVB为轴承功率损耗。其中齿轮功率损耗主要包括齿廓滑动-滚动引起的摩擦损耗和油浴润滑时的搅油损耗或喷油润滑时的挤压损耗和风阻损耗;轴承功率损耗约占传动功率的0.1%;密封的摩擦损耗主要发生在接触式密封,其值较小,估算时忽略不计。在圆周速度≤20m/s,且经过磨削的啮合时PVZ≈PaKA[0.1/(Z1cosB)+0.03/(Vw+2)]式中 Pa为
8、输入功率(kW),KA为使用系数(见表
