齒輪油承載性能模擬試驗(yàn)研究

李小剛，王愛香，李旭

(中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

由于齒輪傳動可以在任意兩軸之間傳遞運(yùn)動和動力，且傳遞功率范圍大、效率高, 廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)重要工業(yè)部門的機(jī)械傳動，例如礦山機(jī)械、交通運(yùn)輸、電力、化工機(jī)械及軍事工業(yè)的各種傳動機(jī)械。齒輪油是保證齒輪傳動工作效率和延長齒輪使用壽命的重要潤滑材料[1]。隨著工業(yè)的發(fā)展，齒輪油的發(fā)展方向是低黏化，長壽命和減摩性能最佳化。降低潤滑油黏度有利于節(jié)約燃油和動力消耗[2]。

齒輪油品中含有的極壓抗磨添加劑在接觸區(qū)的高壓、高溫條件下，添加劑分子裂解，放出硫、磷、氯等活性元素，這些活性元素在新生金屬表面和外激電子的作用下與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成抗壓強(qiáng)度大、抗剪切強(qiáng)度低的無機(jī)化合物膜，把接觸的金屬表面隔開，保護(hù)了金屬表面[3]。目前評定工業(yè)齒輪油承載能力的方法有:(1)四球機(jī)的PB、PD值法；(2)Timken 的OK值法；(3)FZG 齒輪試驗(yàn)機(jī)法。四球機(jī)是1933年開始使用的；Timken 試驗(yàn)機(jī)是1932年開始使用的；FZG 齒輪試驗(yàn)機(jī)是60年代在德國Niemann教授領(lǐng)導(dǎo)下設(shè)計(jì)出來的一種齒輪試驗(yàn)機(jī)，由于它具有多方面的優(yōu)越性，已納入德國國家標(biāo)準(zhǔn)(DIN 51354)。英美等國也相繼承認(rèn)FZG 的可靠性，并列為自己的工業(yè)齒輪油規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)[4]。解生澤、周朝梅等人研究表示：四球試驗(yàn)PB和Timken試驗(yàn)OK值在評定齒輪油承載能力方面是不可靠的[5]。

因此，目前評價齒輪油承載能力的方法主要還是FZG臺架試驗(yàn)，而臺架試驗(yàn)周期長、需要的試驗(yàn)油量較大、試驗(yàn)件成本也較高，因此，開發(fā)評價齒輪油承載性能的模擬試驗(yàn)方法具有重要的意義。本文采用SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)研究建立模擬齒輪油承載能力試驗(yàn)(FZG臺架試驗(yàn))的試驗(yàn)方法，為油品配方篩選提供一定的技術(shù)支持。

1 SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)簡介和控制參數(shù)

SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)是由德國OPTIMOL公司研制并生產(chǎn)的研究潤滑油脂和材料涂層摩擦磨損性能的高頻往復(fù)試驗(yàn)機(jī)，它以可以實(shí)現(xiàn)摩擦副點(diǎn)、線、面接觸模式的優(yōu)勢而被全球摩擦學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、試驗(yàn)腔體及本文所涉及到的摩擦副接觸形式如圖1所示。

圖1 SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、試驗(yàn)腔體及摩擦副

SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)控制參數(shù)如表1所示。

表1 SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)控制參數(shù)

2 模擬試驗(yàn)方法研究

2.1 模擬試驗(yàn)條件確定

本試驗(yàn)方法根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備特點(diǎn)和模擬齒輪運(yùn)行工況的要求來確定試驗(yàn)參數(shù)。因?yàn)辇X輪嚙合過程既有滑動也有滾動，因此，我們在模擬試驗(yàn)中選擇試驗(yàn)柱-試驗(yàn)圓盤的往復(fù)運(yùn)動來模擬齒輪的運(yùn)行工況。

結(jié)合齒輪油承載能力評定FZG齒輪機(jī)法中的試驗(yàn)條件，研究確定模擬試驗(yàn)頻率為50 Hz，行程為2～4 mm，負(fù)荷級根據(jù)FZG齒輪機(jī)的負(fù)荷換算得到并用相同的加載方式進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

2.2 參比油簡介

本文選用的參比油在FZG試驗(yàn)臺架上試驗(yàn)結(jié)果為：參比油A失效級7級，參比油B失效級大于12級，參比油C失效級10級。

2.3 參比油試驗(yàn)結(jié)果

將參比油A、B、C在研究確定的模擬試驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，摩擦系數(shù)如圖2所示。

表2 參比油試驗(yàn)結(jié)果

圖2 參比油摩擦系數(shù)

從表2可以看到：參比油模擬試驗(yàn)結(jié)果和臺架試驗(yàn)結(jié)果一致，并且重復(fù)性較好。同時通過圖2 中摩擦系數(shù)對比可以同時評價三種參比油的抗磨損性能以及重復(fù)性試驗(yàn)的穩(wěn)定性。

2.3 模擬方法的應(yīng)用

為了能更好地建立SRV模擬試驗(yàn)和FZG臺架試驗(yàn)的相關(guān)性，本文選取了6種不同黏度級別做過FZG臺架試驗(yàn)的油品進(jìn)行模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 模擬方法應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果

表3(續(xù))

對表3的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行線性回歸計(jì)算，計(jì)算出相關(guān)系數(shù)r=0.92，相關(guān)性較好，表明建立的SRV模擬試驗(yàn)方法可以作為潤滑油承載能力FZG試驗(yàn)機(jī)法的篩選措施，為油品研發(fā)提供技術(shù)支持。

3 結(jié)論

(1)以SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)為試驗(yàn)平臺，模擬潤滑油承載能力FZG臺架試驗(yàn)，自主研究建立的模擬評定方法能較好地區(qū)分出不同承載性能的傳動系潤滑油品，為油品研發(fā)提供一定的數(shù)據(jù)支撐；

(2)建立的模擬試驗(yàn)方法重復(fù)性較好，同時與FZG臺架試驗(yàn)的相關(guān)性較好，建議作為潤滑油承載能力試驗(yàn)法(FZG試驗(yàn)機(jī)法)的篩選手段，為油品研發(fā)提供技術(shù)支持。