淺談蝸輪蝸桿傳動中的潤滑

楊乾坤

摘 要：輪蝸桿傳動裝置由于結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點，獲得了廣泛應(yīng)用。但由于它的傳動效率偏低，容易發(fā)熱，易發(fā)生膠合等失效問題。一旦潤滑不佳，蝸輪蝸桿副發(fā)生磨損，會造成較軟的蝸輪齒面材料的快速剝落，同時引起功率損失增加，振動、噪聲增大。因此，使用性能優(yōu)良的潤滑油就成為解決問題的關(guān)鍵，它能提高蝸輪蝸桿傳動的效率，并抑制磨損速度。

關(guān)鍵詞：蝸輪蝸桿傳動;潤滑

現(xiàn)代社會，潤滑劑應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，幾乎所有運動的設(shè)備都需要潤滑。國際權(quán)威機構(gòu)測算，世界能源的 30%～50%消耗于摩擦磨損，60%以上的機械材料損耗于磨損，而且 50%以上的機械裝備惡性事故都起因于潤滑失效造成的過度磨損。研究和實踐證明，采用先進(jìn)潤滑技術(shù)，可減少摩擦磨損，降低機械裝備惡性事故的發(fā)生概率，實現(xiàn)直接節(jié)能，為產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)創(chuàng)造價值并提高經(jīng)濟(jì)效益。擦學(xué)在經(jīng)濟(jì)社會具有增效、節(jié)能、節(jié)材，使資源充分利用，優(yōu)化環(huán)境和保障安全的作用，并能產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1蝸輪蝸桿傳動的發(fā)展及其機械特性

蝸輪蝸桿傳動是主要的傳動方式之一，用以傳遞空間交錯的兩軸之間的動力和運動。從二十世紀(jì) 20 年代起，蝸輪蝸桿傳動技術(shù)及其嚙合理論得到了迅速地發(fā)展，對已有的蝸輪蝸桿副進(jìn)行了改進(jìn)，提高了承載能力、使用壽命和傳動效率，同時發(fā)明了很多新型蝸輪蝸桿傳動。如二次包絡(luò)尼曼圓柱蝸桿副、偏置蝸桿副、圓弧圓柱蝸桿及其各種變化形式，為蝸桿傳動技術(shù)的發(fā)展開辟了道路。五十年代初西德 Flender 公司把尼曼教授“凹面齒圓柱蝸桿副”的研究成果以“CAVEX”商標(biāo)投放市場，六十年代日本三菱公司購進(jìn)西德“CAVEX”型蝸輪蝸桿專利，從此兩國對“CAVEX”型蝸輪蝸桿不斷改進(jìn)，水平不斷提高，在國際市場上有較強的競爭力。包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動近年來在我國發(fā)展十分迅速，其中尤以平面一次包絡(luò)和二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動最為突出。1971 年我國冶金部門創(chuàng)制成功的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動，具有承載能力大、傳動效率較高和蝸桿可以磨削等優(yōu)點?，F(xiàn)已大量應(yīng)用于冶金設(shè)備，并在造船、采礦、機械、建筑、天文等各個行業(yè)中使用，受到普遍歡迎。表明我國的蝸桿制造水平已達(dá)到了一個新的階段。

蝸輪蝸桿傳動具有以下的特征：①它是一種特殊的交錯軸斜齒輪傳動，交錯角為Σ=90°，傳動比大，且準(zhǔn)確。②它具有螺旋傳動的某些特點，蝸桿相當(dāng)于螺桿，蝸輪相當(dāng)于螺母，蝸輪部分地包容蝸桿。蝸桿材料、蝸輪材料不僅要求具有足夠的強度，更重要的是要具有良好的跑合性能、耐磨性能和抗膠合性能。蝸輪蝸桿傳動常采用青銅或鑄鐵作蝸輪的齒圈，與淬硬并磨制的鋼制蝸桿相匹配。③傳動平穩(wěn)，無噪聲。因蝸桿與蝸輪齒的嚙合是連續(xù)的，同時嚙合的齒對較多。 ④當(dāng)蝸桿的螺旋升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時，可以實現(xiàn)自鎖。⑤傳動效率比較低。⑥因嚙合處有較大的滑動速度，會產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦磨損，引起發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化，所以蝸輪一般常用青銅等貴重金屬制造。

2蝸輪蝸桿傳動對潤滑的要求

蝸桿傳動由于齒面間的滑動較大且齒的接觸時間比齒輪傳動相對較長，摩擦磨損情況突出。因此，不宜采用一般齒輪油來潤滑。一般要求油的粘度較大，并有較高的粘度指數(shù)，油性要好，且含有某些特殊添加劑。總的要求有以下幾點：①潤滑油要有良好的減摩特性，摩擦系數(shù)要小。②在較高溫度時要有好的抗氧化老化性能，油的安定性要好。③添加劑要適合鋼-銅摩擦副的特殊要求。④油在低溫時要有良好的流動性，亦即傾點要低。這一點對于蝸輪蝸桿傳動常用高粘度的潤滑油來說尤其重要，因為當(dāng)環(huán)境溫度低于零度以下時，蝸輪蝸桿傳動起動過程中由于油的凝固，將造成嚙合區(qū)缺油現(xiàn)象，產(chǎn)生嚴(yán)重事故。⑤既要有好的抗極壓性能和減摩、抗磨性能，還要對銅不起腐蝕作用。適用于鋼對鋼齒輪副的極壓潤滑油對鋼制齒面的點蝕和瞬時高溫膠合有抑制作用，但對蝸輪蝸桿副未必有針對性。因為鋼與銅的接觸和膠合機理與之不盡相同，且常用的硫、磷、氯型添加劑對青銅具有很強的腐蝕性，易促使蝸輪齒面產(chǎn)生腐蝕、微孔和白斑、綠斑，反而使磨損增加。因此，蝸輪蝸桿潤滑油在配制時對基礎(chǔ)油和添加劑的復(fù)合、選配就較復(fù)雜些。國外的蝸輪蝸桿潤滑油從一般的含有脂肪油、合成脂肪油來滿足高滑動率傳動的特點之外，還增加了綜合磨損指數(shù)這一項要求和一些特殊添加劑的要求。國外規(guī)格中還明確規(guī)定了硫等元素的含量，以避免對銅蝸輪的腐蝕。

3 蝸輪蝸桿潤滑油的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

目前，國內(nèi)外主要用下列品種的潤滑油供蝸輪蝸桿傳動潤滑：

①復(fù)合油：它是以礦物油為基礎(chǔ)油，加入 3%～10%的動物脂肪油或合成脂肪油復(fù)合而成。它的特點是摩擦系數(shù)小，有利于防止發(fā)熱過高，適用于蝸輪蝸桿傳動的潤滑;②極壓型蝸輪蝸桿潤滑油：它是以礦物油為基礎(chǔ)油，加入極壓抗磨劑、油性劑等添加劑調(diào)配而成。主要適用于承受重負(fù)荷、傳動中有振動和沖擊負(fù)荷的蝸輪蝸桿副的潤滑;③合成型蝸輪蝸桿潤滑油：這類油由聚乙二醇有機化合物合成，具有較低的摩擦系數(shù)，可降低蝸桿、蝸輪的摩擦磨損，提高效率，抗老化能力強，可承受較高的工作溫度， 溫度范圍寬（-30℃～+100℃），傾點低，便于低溫下啟動。此外，合成油的使用壽命較長，可延長換油期;④極壓工業(yè)齒輪油（礦物油系）;其中聚乙二醇潤滑油是國外蝸輪蝸桿生產(chǎn)商主要推薦產(chǎn)品，而國外企業(yè)在設(shè)備維護(hù)過程中也大量的使用此類潤滑油。我國對蝸輪蝸桿潤滑油的研究始于 1977 年，那時的改進(jìn)措施還只是提高油的粘度，后來又進(jìn)行了在基礎(chǔ)油中加入動物脂肪、合成脂肪的研究，先后研制出了具有團(tuán)際水平的蝸輪蝸桿潤滑油系列產(chǎn)品。我國目前將蝸輪蝸桿潤滑油分為普通型（L2CKE）和極壓型（L2CKE/ P） 兩大類。相當(dāng)于國外的復(fù)合油和極壓型蝸輪蝸桿潤滑油。合成型蝸輪蝸桿潤滑油即聚乙二醇潤滑油在國內(nèi)蝸輪蝸桿傳動潤滑中使用還很少。而國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)在設(shè)備維護(hù)方面，由于礦物油價格低廉，從而主要使用它作為蝸輪蝸桿的潤滑油。總體而言，目前，主要的蝸輪蝸桿傳動使用的潤滑油可歸為三種，即礦物油、合成烴和聚乙二醇。

眾所周知，潤滑與機械設(shè)備運轉(zhuǎn)息息相關(guān)，是保證和改進(jìn)機械設(shè)備高效、正常、長期運轉(zhuǎn)的基本手段，是機械運轉(zhuǎn)的命脈。失去了潤滑就沒有機械設(shè)備的存在。因此，各國都十分重視先進(jìn)合理潤滑技術(shù)的開發(fā)和利用。

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