普通圓柱蝸輪蝸桿傳動(dòng)中的潤(rùn)滑油粘度

王　禹

（天津開發(fā)區(qū)蝸輪傳動(dòng)開發(fā)中心有限公司，天津 300457）

普通圓柱蝸輪蝸桿傳動(dòng)中的潤(rùn)滑油粘度

王禹

（天津開發(fā)區(qū)蝸輪傳動(dòng)開發(fā)中心有限公司，天津 300457）

本文對(duì)潤(rùn)滑粘度在普通圓柱蝸輪蝸桿傳動(dòng)中的重要作用進(jìn)行了初步闡述，給出了潤(rùn)滑油粘度選擇標(biāo)準(zhǔn)。

潤(rùn)滑油粘度 油膜 膜厚比 粘度比 圓柱蝸輪蝸桿

機(jī)械傳動(dòng)中，潤(rùn)滑油選擇合適與否直接影響機(jī)械產(chǎn)品的使用壽命，而潤(rùn)滑油粘度是一個(gè)很重要的指標(biāo)，如何合理選擇潤(rùn)滑油的粘度是本文將要討論的內(nèi)容。本文主要對(duì)采用浸油潤(rùn)滑時(shí)，潤(rùn)滑油粘度對(duì)蝸輪蝸桿的使用壽命及蝸輪蝸桿上軸承壽命的影響進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

1　潤(rùn)滑油粘度對(duì)蝸輪蝸桿使用壽命的影響

許多研究表明，齒面間疲勞點(diǎn)蝕壽命取決于最小油膜厚度hmin和齒面綜合粗糙度σ的比值，即膜厚比λ=hmin/σ。當(dāng)λ≥3時(shí)，通常不會(huì)發(fā)生齒面點(diǎn)蝕和膠合失效，從而有效發(fā)揮蝸輪蝸桿的傳動(dòng)效率。從上述闡述中可見，在保證加工產(chǎn)品齒面粗糙度的同時(shí)，最小油膜厚度hmin將決定產(chǎn)品的使用性能及壽命，而影響最小油膜厚度hmin的最重要參數(shù)為潤(rùn)滑油粘度。

在普通圓柱蝸輪蝸桿傳動(dòng)中，油膜厚度可用下列公式計(jì)算

其中，h*為傳動(dòng)系數(shù)，此系數(shù)與蝸桿齒形、中心距、蝸桿頭數(shù)、蝸輪齒數(shù)、變位系數(shù)、齒寬有關(guān)；ca為潤(rùn)滑油類型系數(shù)，礦物油ca=1.7× 10?8，聚乙二醇ca=1.3× 10?8；為動(dòng)力粘度；n1為蝸桿轉(zhuǎn)速，r/min；a為中心距，mm； Ered為當(dāng)量彈性模量，N mm2；T2為輸出扭矩，Nm；其中，動(dòng)力粘度的計(jì)算為，vm為潤(rùn)滑油在嚙合表面溫度下的運(yùn)動(dòng)粘度，mm2s；為蝸輪副嚙合表面溫度下潤(rùn)滑油密度，kgmm3，；為15度下潤(rùn)滑油密度，kg mm3；k為潤(rùn)滑油類型系數(shù)，礦物油，聚乙二醇。

2　潤(rùn)滑油粘度對(duì)軸承壽命的影響

潤(rùn)滑油粘度不僅對(duì)蝸輪蝸桿齒面嚙合意義重大，而且影響蝸桿副上軸承的壽命。下列介紹計(jì)算軸承壽命方法，并明確闡述這一問題。

國(guó)際上，最新軸承壽命的計(jì)算方法如下：

a1為可靠性修正系數(shù)，最新的可靠性系數(shù)見表1。

表1　可靠性壽命修正系數(shù)a1

aISO為基于壽命計(jì)算系統(tǒng)逼近的壽命修正系數(shù)。此系數(shù)除受軸承型式、疲勞載荷及軸承載荷的影響外，還考慮了如下因素：

（1）潤(rùn)滑（如潤(rùn)滑劑類型、粘度、軸承轉(zhuǎn)速、軸承尺寸，潤(rùn)滑油添加劑）；

（2）環(huán)境（如污染等級(jí)、密封）；

（3）污染物顆粒（與軸承有關(guān)系的硬度及顆粒尺寸、潤(rùn)滑方法、過濾方式）；

（4）安裝（安裝過程中清潔度）；

Cu為疲勞載荷極限，每個(gè)供應(yīng)商的各個(gè)型號(hào)均是不一樣的，使用時(shí)需向軸承供應(yīng)商索取此值；P為當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷；DPW為軸承的平均直徑；n為軸承轉(zhuǎn)速；k為粘度比，v為實(shí)際運(yùn)行溫度下，潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)粘度值；v1為參考運(yùn)動(dòng)粘度值，由下式求得：

從上面參數(shù)描述可以看出，潤(rùn)滑油粘度對(duì)于軸承壽命修正系數(shù)乃至軸承壽命都有著很重要的作用。根據(jù)蝸輪蝸桿傳動(dòng)常用結(jié)構(gòu)，一般常選用向心滾子類軸承，包括圓柱滾子軸承及圓錐滾子軸承。通過上述參數(shù)可以具體推導(dǎo)出下列公式并進(jìn)行計(jì)算，從而更明確地知道潤(rùn)滑油粘度及粘度比和軸承壽命修正系數(shù)的關(guān)系。

表2　污染系數(shù)ec

當(dāng)采用其他類型軸承時(shí)，ISOa的計(jì)算公式請(qǐng)參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO281或者國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6391，此處不再贅述。

對(duì)于k＞4的情況，計(jì)算時(shí)按k=4進(jìn)行；

考慮到實(shí)際運(yùn)用，aISO的最大極限值不應(yīng)超過50，即aISO≤50。

3　潤(rùn)滑油粘度在實(shí)際中的應(yīng)用

3.1對(duì)蝸輪蝸桿磨損的影響

由于蝸輪最終序一般為滾齒序，相對(duì)于齒輪磨齒工序的劣勢(shì)，使得其表面粗糙度較低。天津開發(fā)區(qū)蝸輪傳動(dòng)開發(fā)中心有限公司目前最高的加工粗糙度可達(dá)到Ra1.6。因此，對(duì)于蝸輪蝸桿嚙合來(lái)講，潤(rùn)滑油一般需要選擇至少粘度在VG220以上的蝸輪蝸桿合成潤(rùn)滑油，并且在減速器出廠或使用前進(jìn)行初期跑合，從而使減速器達(dá)到最佳的使用性能。粘度較高減少了齒面粗糙度較低帶來(lái)的直接磨損，有利于形成較厚的油膜，但同時(shí)需要注意潤(rùn)滑油粘度較高會(huì)伴隨攪油損失，降低減速器的效率。所以，合理選擇潤(rùn)滑油及潤(rùn)滑油粘度對(duì)于蝸輪蝸桿傳動(dòng)具有重要意義。

3.2對(duì)于軸承壽命的影響

SKF軸承NU2210ECP的基本額定動(dòng)負(fù)荷C為90kN，軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P為20kN，轉(zhuǎn)速n為600r/min，軸承樣本可查的疲勞負(fù)荷極限Cu為11.4kN，采用VG220潤(rùn)滑油，油溫為100℃，一般清潔狀況，可靠度按90%計(jì)算。

按常規(guī)方法計(jì)算（不考慮任何壽命修正系數(shù)），

如果考慮壽命修正系數(shù)，Mobile Glygoyle220潤(rùn)滑油在100℃時(shí)，運(yùn)動(dòng)粘度可通過樣本查得。

通過公式，求得

計(jì)算得出的軸承壽命為：Lnm=a1?aISO?L10=171 百萬(wàn)轉(zhuǎn)（4750h）。

如果采用Mobile Glygoyle460，100℃時(shí)，其運(yùn)動(dòng)粘度可通過樣本查得

計(jì)算可得aISO=1.75；軸承壽命Lnm=a1?aISO?L10= 262.5百萬(wàn)轉(zhuǎn)（7292h）。

4　結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械傳動(dòng)中，選擇合適粘度的潤(rùn)滑油可以很大程度提高蝸輪蝸桿的承載能力，大幅延長(zhǎng)傳動(dòng)件的使用壽命。尤其對(duì)于軸承及蝸輪蝸桿傳動(dòng)，需要設(shè)計(jì)者在選用時(shí)進(jìn)行必要的計(jì)算。

合適的潤(rùn)滑油除了能提高傳動(dòng)件的承載能力外，還有散發(fā)摩擦熱的效果，此外還能保護(hù)傳動(dòng)件不受腐蝕。必須說(shuō)明的是，選擇粘度較高的潤(rùn)滑油雖然能在很大程度上提高蝸輪蝸桿的承載能力及延長(zhǎng)各主要傳動(dòng)件的使用壽命，但是一味提高潤(rùn)滑油粘度會(huì)增大傳動(dòng)過程中攪油功率的損失，造成傳動(dòng)效率下降，而油溫的升高將加速潤(rùn)滑油及密封件的老化。

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T6391-2010/ISO281：2007，滾動(dòng)軸承額定動(dòng)載荷和額定壽命[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

[2]G.尼曼，H.溫特爾.機(jī)械零件[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

Analysis of Lubricating Oil Viscosity in Ordinary Cylindrical Worm Gear Transmission

WANG Yu
(Tianjin Development Center Co., Ltd., Tianjin 300457)

In t his paper, the important role of lubricating viscosity in ordinary cylindrical worm gear trans mission is described, and the se lection criteria of lubricating oil viscosity is given.

lubricating oil viscosity, oil film, film thickness ratio, viscosity ratio, cylinder worm gear