殼牌TCO專刊：開式齒輪的傳動與潤滑

本刊記者 沈 穎

1 齒輪傳動

齒輪傳動是 機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可達數(shù)十萬千瓦，圓周速度可達150m/s（最高達300m/s），直徑能做到10m以上。

齒輪傳動分為三種，即開式，半開式和閉式。齒輪傳動沒有防塵罩或機殼，齒輪完全暴露在外面，這叫開式齒輪傳動。這種傳動不僅外界雜物極易侵入，而且潤滑不良，因此工作條件不好，輪齒也容易磨損，故只宜用于低速傳動。當齒輪傳動裝有簡單的防護罩，有時還把大齒輪部分浸入油池中，則稱為半開式齒輪傳動。它的工作條件雖有改善，但仍不能做到嚴密防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好。而汽車、 機床、航空 發(fā)動機等所用的齒輪傳動，都是裝在經(jīng)過精確加工而且封閉嚴密的箱體（機匣）內(nèi)，這稱為閉式齒輪傳動（齒輪箱）。它與開式或半開式的相比，潤滑及防護等條件最好，多用于重要的場合。但由于開式傳動方式具備傳送巨大力矩的優(yōu)勢，因此多為大型水泥設(shè)備所采用，如球磨機、管磨機、回轉(zhuǎn)窯等。當然較大的力矩傳送勢必使齒圈承受較高應(yīng)力，為保證設(shè)備正常的工作，對使用單位而言，潤滑劑、潤滑劑用量以及潤滑方式的選擇是極其重要的。

開式齒輪傳動中易落入灰塵、屑等外部介質(zhì)而造成潤滑油污染，齒輪易于產(chǎn)生磨料磨損。當對開式齒輪給以覆蓋時，在相同的工作條件下，開式齒輪的潤滑要求與閉式齒輪相同。

開式齒輪傳動通常使用高粘度油、瀝青質(zhì)潤滑劑或潤滑脂，并在比較低的速度下能有效工作?，F(xiàn)有三個檔次的分類，即普通開式齒輪油（CKH）、極壓開式齒輪油（CKJ）及溶劑稀釋型開式齒輪油（CKM）。

2 開式齒輪傳動設(shè)備易出現(xiàn)的問題

水泥行業(yè)連續(xù)運轉(zhuǎn)的大型設(shè)備,一般都長期處于高溫、重負荷、潮濕、多塵的苛刻環(huán)境下,設(shè)備比較龐大且投資較高,因此維修費用高,停機損失大,對潤滑油品的要求也特別高。如果潤滑不當，設(shè)備表面會出現(xiàn)不同程度的損傷，主要表現(xiàn)在過度磨損、擦傷、膠合、點蝕、塑性變形等，繼而導致齒面金屬材料遺失，改變齒輪幾何尺寸，嚴重影響齒輪副的使用壽命，降低設(shè)備連續(xù)運行，對生產(chǎn)造成影響。

過度磨損：是指由于長期使用性能與工況條件不符的潤滑劑，由于潤滑劑本身抗磨損性能差，摩擦系數(shù)過高，大的滑動摩擦力會使齒輪表面快速磨損，從而使齒輪副達不到設(shè)計壽命，主要表現(xiàn)為齒輪表面明顯粗糙，嚴重時齒廓失去漸開線形狀。

擦傷：由于齒輪表面承受過大的接觸應(yīng)力所致。潤滑劑如果擠壓性能不足或齒面缺少足夠的潤滑劑，導致潤滑油膜不能及時建立，齒輪處于干摩擦或臨界摩擦狀態(tài)，嚙合齒面直接接觸，造成齒輪材料的移除。主要表現(xiàn)為齒面上沿滑動方向出現(xiàn)溝槽，分布在滑動速度較快的齒頂、齒根區(qū)域。

膠合：膠合是由于齒輪承受過大的接觸應(yīng)力或較高的齒面溫度，導致油膜不能建立，齒面上峰谷接觸時發(fā)生局部熔焊，而后伴隨齒面的相對運動，促使節(jié)點發(fā)生塑性變形和破裂，導致齒面材料損傷或遷移。主要表現(xiàn)為相互嚙合齒面間齒面表層材料發(fā)生撕裂，形成連續(xù)的、一定面積、一定深度的凹坑，嚴重時可能覆蓋整個齒寬。

點蝕和剝落：點蝕的初期形貌變現(xiàn)為疲勞破壞。隨著裂紋擴展、連接，最終造成齒面金屬材料脫落，形成初期點蝕，并可能持續(xù)發(fā)展為擴展性點蝕、片蝕或剝落。點蝕損傷對齒輪的使用壽命有較大影響，嚴重時齒輪厚度大大減少，甚至出現(xiàn)斷齒。主要表現(xiàn)為齒面金屬材料的遺失、出現(xiàn)凹坑、且凹坑的邊緣較為尖銳。

塑性變形：塑性變形時一種卸去外部載荷后不能恢復的變形，其產(chǎn)生的主要原因是齒輪受到過大載荷沖擊所致。主要表現(xiàn)為齒輪材料在齒表上流動，齒面上出現(xiàn)類似山雞蛋形狀，平行于齒輪的嚙合線，嚴重時可以延伸到整個齒寬分布。

3 潤滑劑的要求

為避免水泥設(shè)備出現(xiàn)上述問題，就要求潤滑劑具備以下特點：

良好的粘附性能。潤滑劑只有具備較強的粘附性能才不至于在工作過程中被甩落導致?lián)p耗，從而保證潤滑劑具備足夠的量，實現(xiàn)設(shè)備的潤滑及帶走由于齒輪間摩擦產(chǎn)生的熱量。

優(yōu)異的抗磨損性和抗擠壓性。由于該類型的傳動裝置需要傳遞較大的力矩，這就要求潤滑劑本身具備FZG測試級別12，四球燒結(jié)負荷800kg，只有具備上述技術(shù)要求才不至于潤滑劑從齒輪副間被擠出或潤滑性能失效。

應(yīng)采用 含有一定比例的固體添加劑和一定量的擠壓抗磨添加劑，以滿足由于邊界潤滑和緊急潤滑的要求。固體添加劑和擠壓抗磨添加劑的加入有助于潤滑劑性能最大的發(fā)揮，但不當?shù)募尤霑A(chǔ)用油產(chǎn)生負面影響，對潤滑劑的初始粘度和流動性等存在抑制作用。

應(yīng)具備良好的油膜強度。由于設(shè)備在運行過程中，尤其熱工設(shè)備，比如水泥設(shè)備回轉(zhuǎn)窯受具體操作條件和環(huán)境因素影響較大，齒輪副間產(chǎn)生交變應(yīng)力和沖擊負荷的情況是經(jīng)常性的，最大限度減弱這些沖擊對嚙合面的影響是選擇合適潤滑劑的基礎(chǔ)。

由于開式齒輪油一般粘度較大，不利于更換，因此要求潤滑劑使用條件或使用溫度應(yīng)用范圍較廣，避免因季節(jié)的變換產(chǎn)生環(huán)境溫度的變化而變質(zhì)或失效，這就要求潤滑劑中添加適當?shù)姆栏瘎瑢τ谑褂脟姙⒒蛴统貪櫥南到y(tǒng)，要求潤滑劑具有合理的流動性。

3.1 潤滑油的選擇

在決定開式齒輪傳動潤滑油時，應(yīng)考慮下列因素：

(1) 封閉程度；

(2) 圓周速度；

(3）齒輪直徑尺寸；

(4）環(huán)境；

(5）潤滑油的使用方法；

(6）齒輪的可接近性。

開式齒輪傳動的潤滑方法一般是全損耗型的，而任何全損耗型潤滑系統(tǒng)，最終在其齒輪表面只有薄層覆蓋膜，它們常處在邊界潤滑條件下，因為當新油或脂補充到齒面時，由于齒面壓力、齒輪回轉(zhuǎn)時離心力等的綜合作用，只能在齒面上留下一層薄油膜，加上考慮齒輪磨合作用，因此潤滑油必須具備高粘度或高稠度和較強的粘附性，以確保有一層連續(xù)的油膜保持在齒輪表面上。

3.2 潤滑脂的選擇

最通用類型的開式齒輪傳動潤滑脂是一種像焦油瀝青那樣具有黑色、膠粘的極重石油殘渣材料，這種材料對齒輪起保護作用，要使用它們，必須加熱軟化?，F(xiàn)在一般是通過供油者加一種溶劑，使它們變成一種液體，這種溶劑是一種揮發(fā)性無毒的碳氫化合物，使用時直涂上或噴上，當其溶劑揮發(fā)后，有一層塑性的類似橡膠膜覆蓋在齒面上，以達到阻止磨損、灰塵和水的損害，最終達到保護齒輪的目的。某些類型的開式齒輪潤滑劑要加入極壓抗磨添加劑，當它們與大氣接觸后，就能較稠而牢固地附著在齒輪表面，以阻止灰塵的沉積和水的侵蝕。在考慮潤滑方式時，應(yīng)該知道：循環(huán)油比周期性加油對齒輪潤滑更有效和方便。對于小開式齒輪和齒輪輪系可使用比較軟的潤滑脂。

基礎(chǔ)油和添加劑對潤滑脂配方至關(guān)重要。殼牌公司特別指出，潤滑脂增稠劑是潤滑脂的重要成分，并影響潤滑脂的質(zhì)量。在大多數(shù)國家，鋰基或復合鋰基增稠劑用于大多數(shù)設(shè)備（80%左右），這些潤滑脂提供出色的抗水性、卓越的機械穩(wěn)定性、抗腐蝕性和高低溫條件下保持觸變性（充分的粘性）。對于高度專業(yè)的應(yīng)用，比如開式齒輪，像皂土或復合鋁基增稠劑可以用于實現(xiàn)固有的耐溫性和負荷能力。