潤滑條件對齒輪傳動效率的影響?

黃 清，高中庸，成小飛

（廣西科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西柳州 545006）

潤滑條件對齒輪傳動效率的影響?

黃 清，高中庸，成小飛

（廣西科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，廣西柳州 545006）

以直齒圓柱齒輪減速器為研究對象，在包括干摩擦在內(nèi)的不同潤滑條件運(yùn)用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測試齒輪傳動效率，對比分析試驗(yàn)結(jié)果可知，潤滑有助于提高齒輪傳動效率，在普通潤滑油中加入合適比例的添加劑可使效率提高更加明顯，加入添加劑的潤滑方法操作簡單，容易實(shí)施，應(yīng)廣泛推廣。

干摩擦；潤滑油；添加劑；轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器

1 試驗(yàn)裝置及原理

齒輪傳動是一種重要的傳動方式，在我們的日常生活中普遍存在。因此提高齒輪的傳動效率具有非常重要的意義。筆者通過試驗(yàn)的方法驗(yàn)證不同潤滑條件對直齒圓柱齒輪傳動的嚙合效率［1］的影響。

試驗(yàn)裝置主要由機(jī)械傳動裝置、聯(lián)軸器動力輸出裝置、加載裝置、控制及測試軟件和計(jì)算機(jī)等組成，本試驗(yàn)變頻調(diào)速、加載均采用程控調(diào)節(jié)，扭矩測量卡替代扭矩測量儀、同步采樣輸入輸出端的扭矩、轉(zhuǎn)速及功率，使得所測試驗(yàn)數(shù)據(jù)更加精確，其工作原理系統(tǒng)如圖1。

傳感器1用于測量被測傳動機(jī)構(gòu)輸入端的轉(zhuǎn)速n1和輸入轉(zhuǎn)矩M1；傳感器2用于測量被測傳動機(jī)構(gòu)輸入端的轉(zhuǎn)速n2和輸入轉(zhuǎn)矩M2?？梢酝ㄟ^計(jì)算得出被測傳動機(jī)構(gòu)的效率［2－3］，η＝n2·M2／n1·M1。

圖1 效率試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)簡圖

2 主要技術(shù)指標(biāo)

2.1 動力部分

三相感應(yīng)變頻電機(jī)：額定功率0.55 kW；同步轉(zhuǎn)速1 500 r／min；輸入電壓380 V。

變頻器：輸入規(guī)格 AC 3PH 380～460 V 50／60 Hz；輸出規(guī)格AC 0～240 V 1.7 kVA 4.5 A；變頻范圍2～200 Hz。

2.2 測試部分

ZJ10型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器：額定轉(zhuǎn)矩10 N·m；轉(zhuǎn)速范圍0～6 000 r／min；

ZJ50型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器：額定轉(zhuǎn)矩50 N·m；轉(zhuǎn)速范圍0～5 000 r／min；

TC－1轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量卡：扭矩測試精度 ±0.2% FS；轉(zhuǎn)速測量精度±0.1%；

PC－400數(shù)據(jù)采集控制卡。

2.3 被測部分

直齒圓柱齒輪減速器：減速比1∶5；齒數(shù)Z1＝19，Z2＝95；法向模數(shù)mn＝1.5；中心距a＝85.3 mm。

2.4 加載部分

FZ－5F法蘭式磁粉制動器：額定轉(zhuǎn)矩50 N·m；激磁電流2 A；也許滑差功率1.1 kW。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本試驗(yàn)是研究不同潤滑方式對齒輪傳動機(jī)構(gòu)效率的影響，主要采用三種不同的潤滑條件：干摩擦、68＃潤滑油、68＃潤滑油＋P4、LS［4－5］（P4、LS為添加劑代號）。其中：n1為輸入轉(zhuǎn)速；M2為輸出轉(zhuǎn)矩。試驗(yàn)所測得數(shù)據(jù)如表1～3所列。

表1 干摩擦?xí)r機(jī)構(gòu)不同轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的效率／（N·m）

表2 68＃油潤滑時機(jī)構(gòu)不同轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的效率 ／（N·m）

表3 68＃油＋添加劑P4＋LS時機(jī)構(gòu)不同轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的效率 ／（N·m）

4 試驗(yàn)結(jié)果對比分析

采用控制變量的方法對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，以轉(zhuǎn)矩的大小作為橫軸，效率的高低作為縱軸建立直角坐標(biāo)系，將試驗(yàn)在同一轉(zhuǎn)速下的數(shù)據(jù)用描點(diǎn)法在坐標(biāo)軸上描點(diǎn)，繪制曲線，曲線直觀清晰的反映了三種不同潤滑方式對機(jī)構(gòu)效率的影響情況，具體效果如圖2～6所示。

圖2 轉(zhuǎn)速500 r／min時不同潤滑方式對效率的影響

圖3 轉(zhuǎn)速750 r／min時不同潤 滑方式對效率的影響

圖4 轉(zhuǎn)速1 000 r／min時不同潤滑方式對效率的影響

圖5 轉(zhuǎn)速1 200 r／min時不同 潤滑方式對效率的影響

圖6 轉(zhuǎn)速1 500 r／min時不同潤滑方式對效率的影響

根據(jù)高中庸教授曾提出輪齒嚙合過程中相對滑行行為的突然產(chǎn)生與消失導(dǎo)致摩擦力突變，可以通過某種潤滑措施來減小摩擦力，從而降低摩擦激勵的幅值，達(dá)到抑制齒輪振動，提高傳動效率的目的［6－9］。本研究采用極壓添加劑，其分解出的活性元素與摩擦副表面生成較厚的穩(wěn)定金屬化學(xué)反應(yīng)膜，可防止金屬表面擦傷。由于金屬膜本身剪切強(qiáng)度低，因而減摩性能好，能很好的控制摩擦自激振動提高傳動效率［5］。試驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了高中庸教授認(rèn)為輪齒在嚙入與嚙出瞬間，最大相對滑動速度所形成的摩擦不僅造成摩擦激勵，而且對傳動效率有很大影響。

5 結(jié) 論

通過對比分析直觀反映出用68＃油潤滑的機(jī)械效率高于干摩擦?xí)r的效率，而在68＃油中添加合適比例的添加劑使得試驗(yàn)效果更加明顯。

干摩擦是齒輪傳動中絕不允許出現(xiàn)的工作狀態(tài)，摩擦副在無任何潤滑劑時直接接觸，表面間微凸體通常呈局部點(diǎn)接觸狀態(tài)［5］。在外界載荷作用下，接觸點(diǎn)處應(yīng)力很可能超過材料的屈服強(qiáng)度而發(fā)生塑性變形或局部斷裂，輕則增加機(jī)械設(shè)備的動力消耗，降低零部件的使用壽命；重則會造成設(shè)備報(bào)廢，導(dǎo)致難以挽回的經(jīng)濟(jì)損失。最常用的潤滑方式就是使用市場上購買的普通潤滑油，普通潤滑油可以減小像干摩擦那樣對設(shè)備的損耗，但在不同的工作環(huán)境工作狀態(tài)下，普通潤滑油對機(jī)械傳動效率的提高不是很明顯。在這種情況下，可以根據(jù)不同工況添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?，如添加極壓劑、增黏劑、抗磨劑、抗氧化劑、抗腐蝕劑等。本試驗(yàn)很好的驗(yàn)證了合適的添加劑對提高機(jī)械效率的顯著作用。

［1］ 楊武山，廖漢元.直齒圓柱齒輪傳動的嚙合效率分析［J］.武漢交通科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1998（6）：617－619.

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［3］ 曹仁軍，楊化書，張偉軍.齒輪嚙合側(cè)隙對系統(tǒng)的靜差影響［J］.機(jī)械，2006（6）：9－11.

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［6］ 羅玉軍，高中庸，朱 萍.基于潤滑降噪實(shí)驗(yàn)的車床掛輪噪聲分析［J］.潤滑與密封，2006，179（7）：155－157.

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［8］ 韓永杰.齒輪潤滑試驗(yàn)臺研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)：2009.

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Influences on the Efficiency of Mechanical Transmission by Lubrication Conditions

HUANG Qing，GAO Zhong－yong，CHENG Xiao－fei
（College of Mechanical Engineering，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou Guangxi 545006，China）

Taking the reducer with straight spur gear as the research object，the efficiency test of the set is conducted by dif?ferent kinds of lubrication conditions，including the conditions of dry friction with the help of torque and revolution speed trans?ducer.The contrastive analysis of experimental results indicates that the lubrication contributes can improve the efficiency of mechanical transmission，much obvious improvement of efficiency on mechanical transmission could be achieved if appropriate additive is added.The kind of method is simple to operate and carriy out easily，which is popularized.

dry friction，lubrication oil，additive，torque and revolution speed transducer

TH117.2

A

1007－4414（2013）04－0064－02

2013－06－05

黃 清（1988－），男，湖北宜昌人，碩士，研究方向：摩擦自激振動與噪聲控制。