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潤滑的功能

不管采用何種齒輪機(jī)構(gòu)，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(jù)估計(jì)，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(dāng)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(jī)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(jī)械和化學(xué)特性的添加劑。同樣，潤滑脂主要有兩個(gè)成份，即基礎(chǔ)油和能通過毛細(xì)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(shí)能吸收多余的油，其工作機(jī)理至今不甚明了。聚合物潤滑劑和潤滑脂類似，由基礎(chǔ)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(huán)境和太空應(yīng)用。

基礎(chǔ)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(shù)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(jī)物，包括尿素，酰

胺類，染料類，其高溫性能和氧化穩(wěn)定性比金屬皂基類好。

一般稠化劑的溫度上限為110℃至140℃，而下限為-20℃至-30℃。這也是為什么供應(yīng)商對(duì)使用溫度低于-30℃十分謹(jǐn)慎的原因。

另一個(gè)值得特別注意的是不同的潤滑劑混合可能導(dǎo)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(huì)造成稠度發(fā)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(huì)造成兩相流體而影響連續(xù)潤滑，我們有時(shí)需要更換齒輪箱內(nèi)的潤滑脂以適應(yīng)客戶的特別需求，務(wù)必需要徹底清洗干凈再加入新潤滑脂。

對(duì)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)人員來說，這里有太多的新名詞，不解釋一下無法繼續(xù)：

1.潤滑油膜：

這是潤滑理論中非常重要的概念，其實(shí)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(duì)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(duì)切應(yīng)力作用下液體流動(dòng)阻力的一種度量，它對(duì)形成潤滑油膜起到?jīng)Q定性作用。要注意的是，同一牌號(hào)的潤滑劑，其粘度隨著壓力的增大呈指數(shù)增大，而隨著溫度的減小呈指數(shù)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(yùn)轉(zhuǎn)噪音.過高粘度的潤滑會(huì)導(dǎo)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(biāo)，它必須是高到足夠滿足載荷的需求而即使在低溫環(huán)境下還要保持一定的流動(dòng)性。

3.傾點(diǎn)：

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

4.閃點(diǎn)：

閃點(diǎn)指使?jié)櫥瑒┲械挠驼舭l(fā)變成可燃?xì)怏w的最低溫度。

5.滴點(diǎn)：

滴點(diǎn)指脂變?yōu)橐后w時(shí)的溫度，也稱熔點(diǎn)。

6.油膜強(qiáng)度：

良好的油膜強(qiáng)度，有助于防止金屬齒輪間的接觸而導(dǎo)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)下

8.極壓（EP）：

EP潤滑為重載荷齒輪提供額外的磨損保護(hù)，特別當(dāng)油膜失效時(shí)。EP潤滑也可用于苛刻的（雙曲面齒輪）的應(yīng)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(dòng)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(jī)構(gòu)。

需要注意的是，EP潤滑劑通常含有某些化學(xué)活性的添加劑，所以當(dāng)用于重載荷的渦輪蝸桿系統(tǒng)時(shí)，特別要注意他對(duì)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(dòng)的場合。當(dāng)離合（抱閘）作用是，EP潤滑的化學(xué)物質(zhì)會(huì)引起齒輪咬合的滑動(dòng)從而導(dǎo)致機(jī)械機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)，容易引起安全事故。

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

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

我們重點(diǎn)來看看齒輪間的摩擦和潤滑的關(guān)系。

我們知道漸開線齒形在嚙合過程中并不是完全的滾動(dòng)關(guān)系，同時(shí)帶有微量的滑動(dòng)，磨耗主要和這種滑動(dòng)相關(guān)。

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(shí)，滾動(dòng)/滑動(dòng)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。

在20世紀(jì)60年代，引入了潤滑油膜參數(shù)（相對(duì)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(gè)接觸表面的粗糙度均方根值。

先討論一下不同的接觸狀態(tài)和油膜的關(guān)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(duì)油膜厚度（Λ）及潤滑體系之間的關(guān)系。

參數(shù)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(dāng)嚙合表面的相對(duì)速度較低，而且有較大的載荷和改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，容易有這種情況發(fā)生。

此時(shí)，應(yīng)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(dāng)潤滑油膜完全隔離了兩個(gè)承載面，這時(shí)沒有機(jī)械與機(jī)械的接觸，機(jī)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(yīng)增加

3）  部分油膜情況下的摩檫（Λ＜3）

此種情況是指當(dāng)潤滑油膜不足以完全隔開接觸面，表面的一些凸峰會(huì)穿透油膜而彼此接觸，這時(shí)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(yùn)動(dòng)過程中是一個(gè)滑動(dòng)和滾動(dòng)相結(jié)合的過程，這兩種運(yùn)動(dòng)到底哪一種占據(jù)主導(dǎo)地位？是由齒輪的機(jī)構(gòu)類型決定的

齒輪類型	特性	主導(dǎo)運(yùn)動(dòng)模式
直輪（含齒輪齒條）	非常常用，在齒輪交合與非咬合狀態(tài)時(shí)呈現(xiàn)滑動(dòng)摩擦。高速狀態(tài)下可能產(chǎn)生高噪音	滾動(dòng)
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(jī)構(gòu)的傳動(dòng)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(dòng)
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(duì)摩擦系數(shù)較小的青銅作為渦輪。其潤滑依靠流體膜的形成，同時(shí)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(dòng)
螺旋齒	相對(duì)于直齒輪，更低的噪音和震動(dòng)。在任何狀態(tài)下，螺旋齒輪上的載荷被分布于多個(gè)齒牙從而降低齒輪磨損；但齒輪咬合時(shí)產(chǎn)生的軸向力需要止推軸承來消化。	滾動(dòng)+滑動(dòng)

齒輪的種類,特性以及潤滑的注意事項(xiàng)

因素	需求
齒輪類型
1，直齒輪，傘齒；	低速滑動(dòng)
2，螺旋齒	中速滑動(dòng)，中高帶載能力
3，雙曲面齒輪	高速滑動(dòng)，高載荷能力
4，渦輪蝸桿	極高滑動(dòng)速度，中高帶載能力
載荷能力	高載荷工業(yè)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(fù)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(huì)腐蝕黃銅，青銅類部件
溫度	工業(yè)潤滑粘度的選擇必須要依據(jù)實(shí)際工作中的高低溫條件。

潤滑選擇總的原則：

對(duì)齒輪箱的使用者來說，其實(shí)我們并沒有很多機(jī)會(huì)來選擇內(nèi)部的潤滑劑。我們只有在特別環(huán)境（通常是特別溫度）下，以及因?yàn)楦咚俚团ぞ貙?dǎo)致齒輪箱效率很低時(shí)，才有可能涉及，所以在這里不需要進(jìn)行詳細(xì)的討論，只需要大概了解就可以了。

1）  根據(jù)齒輪箱的類型，傳遞功率選擇潤滑類型

2）  根據(jù)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(shí)間長短，即高的線速度對(duì)應(yīng)于齒輪較輕的載荷以及較短的接觸時(shí)間，對(duì)于這類齒輪，低粘度的潤滑是優(yōu)先選擇的；而低的線速度通常對(duì)應(yīng)于較高的齒輪載荷及較長的齒輪接觸時(shí)間，對(duì)于這類齒輪，高粘度的潤滑優(yōu)先選擇，當(dāng)負(fù)載非常高時(shí)，應(yīng)該考慮EP（極壓）添加劑。

3）溫度

環(huán)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(yè)齒輪潤滑的工作溫度范圍從50到550不等，一般高于環(huán)境的溫度。當(dāng)在高溫應(yīng)用是，需要潤滑具有良好的粘度，極強(qiáng)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(huán)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(yīng)用時(shí)，需要潤滑具有高流動(dòng)性的同時(shí)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(shù)和低傾點(diǎn)。

4）化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化能力

防止?jié)櫥砘约坝臀鄣男纬?。特別在齒輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，這個(gè)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(biāo)配	標(biāo)配	輕載荷，低速	標(biāo)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度	重載&沖擊載荷	nc

潤滑選擇總結(jié)：

1）選擇齒輪潤滑劑時(shí),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(yīng)用類型.

一般情況下,高粘度的潤滑通常針對(duì)于:

-高載荷

-高溫度

-低速度

-齒輪表面粗糙

-渦輪蝸桿應(yīng)用

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

2）在工業(yè)用途的粘度等級(jí)選擇上,寧愿選擇高一粘度等級(jí)的潤滑而不要選擇低一粘度等級(jí)的潤滑,因?yàn)楦哒扯鹊臐櫥梢蕴峁┫鄬?duì)較高的帶載能力并保持較好的油膜強(qiáng)度;粘度較低的潤滑可能導(dǎo)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(gè)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(jìn)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(huì)導(dǎo)致潤滑氣泡,齒輪過熱而導(dǎo)致潤滑的泄漏,隨著時(shí)間的推移,可能產(chǎn)生潤滑氧化.