淺談GB/T 19936.2-2024《齒輪 FZG 試驗程序 第2 部分：高極壓油的相對膠合承載能力FZG 階梯加載試驗A10/16.6R/120》

范瑞麗 李海霞 管洪杰 郭情情

摘 要：GB/T 19936.2-2024是通過FZG階梯加載試驗來模擬實際工作條件下的高極壓油環(huán)境，評估齒輪在高極壓油條件下的相對膠合承載能力。本文對GB/T 19936.2-2024標準制定的背景意義及主要解決的問題進行了介紹，對標準的部分要點和試驗參數(shù)進行了研究，并對試驗程序和各載荷級的相關(guān)參數(shù)進行分析，為更好地理解該標準提供參考。

關(guān)鍵詞：齒輪，F(xiàn)ZG試驗程序，高極壓油，相對膠合承載能力，F(xiàn)ZG階梯加載試驗，A10/16.6R/120

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2024.04.018

0 引 言

受潤滑油影響的齒輪損傷類型有膠合、低速磨損和表面點蝕疲勞損傷。膠合[1]是由于高溫和高壓引起齒輪嚙合表面潤滑油油膜的缺失或破壞，造成齒面擦傷或焊合的一種特別嚴重的輪齒表面損傷形式[2，3]，由于其具有發(fā)展過程短、預測難、磨損嚴重、危害性高等特點，嚴重危害高端齒輪傳動裝置的可靠性和壽命[4]。

合適的潤滑油品可以在齒輪接觸區(qū)域形成一層均勻的潤滑膜，減少金屬齒輪的摩擦和磨損，延長齒輪使用壽命。高極壓油主要應(yīng)用于那些需要承受較高壓力、載荷或沖擊的設(shè)備和機械中，用于潤滑和減少齒輪嚙合過程中的摩擦和磨損的一種特殊潤滑劑，在汽車的變速器、傳動系統(tǒng)和差速器等部位有廣泛的應(yīng)用。由于高極壓油的特殊性質(zhì)，故齒輪膠合承載能力成為評估其性能的重要方法。

FZG齒輪試驗機評定潤滑油的承載和抗磨性能是目前實驗室中最有代表性的一種評價方式[4，5]。王金國等[6]通過四球試驗機、Falex、Timkon和FZG 4種試驗機比較了潤滑脂的承載性能，發(fā)現(xiàn)FZG研究方法的結(jié)果和實際工況環(huán)境吻合性最好。

GB/ T 19936.2-2024描述的試驗方法是通過FZG階梯加載的方式，模擬實際工作環(huán)境中齒輪傳動的運行狀態(tài)，評估齒輪在高極壓油環(huán)境下的相對膠合承載能力。該標準規(guī)定了試驗的具體要求和測試過程，包括樣品準備、試驗裝置搭建、試驗參數(shù)設(shè)定等。通過對樣品在特定載荷和潤滑條件下的階梯加載試驗，可以獲得樣品的磨損量和膠合承載能力。

本文將對GB/T 19936.2-2024《齒輪 FZG試驗程序 第2部分：高極壓油的相對膠合承載能力FZG階梯加載試驗A10/16.6R/120》標準部分要點進行分析，為更好地理解該標準的內(nèi)容和使用FZG試驗方法提供參考。

1 標準制定的背景和依據(jù)

20世紀60年代在德國Niemann教授領(lǐng)導下，通過大量的齒輪膠合試驗，設(shè)計出了FZG齒輪試驗機。由于其性能可靠、能耗很低、評價準確，被納入了德國標準DIN 51354。英美等國也相繼承認FZG的可靠性，并將其列入自己的工業(yè)齒輪油規(guī)格標準中。

2004年ISO將DIN 51354轉(zhuǎn)換為ISO 14635標準使其更加全面和通用，使用ISO 14635標準進行測試的結(jié)果更易于被全球范圍內(nèi)的用戶接受和使用。齒輪潤滑油的FZG承載級別已成為用于評價潤滑油在齒輪抗膠合能力方面的一項國際公認的重要指標。

FZG功率封閉試驗機齒輪膠合試驗是一種非常特殊的試驗方法，其目的是減少各種變量因素，得到齒輪潤滑油單一因素對齒輪膠合失效的影響。目前我國很多科研院所和企業(yè)在FZG試驗臺上開展了許多齒輪膠合試驗和理論研究，同時也都在使用ISO 14635標準評價齒輪油品膠合承載能力。

ISO 14635目前分為3個部分：第1部分：油品的相對膠合承載能力FZG試驗方法A/8.3/90；第2部分：高極壓油的相對膠合承載能力FZG階梯加載試驗；第3部分：半流體齒輪潤滑脂相對膠合承載能力和磨損特性的FZG試驗方法A/2.8/50。

這3部分有很大的相同之處，如：試驗齒輪的制造工藝、試驗臺、裝置的準備、試驗臺的維護等。

目前我國采標了2個部分。G B / T 19 9 3 6 .1-2005[7]等同采標ISO 14635-1：2000[8]，主要說明了普通齒輪油的抗膠合承載能力試驗的裝備及過程，適用于一般用途的齒輪傳動。GB/T 19936.2-2024等同采標ISO 14635-2：2023[9]，通過改變試驗條件（采用A10/16.6R/120），約定高加載條件FZG方式，形成了高極壓油的抗膠合承載能力的試驗方法，適用于車輛齒輪和工業(yè)高應(yīng)力齒輪。GB/ T19936.1-20 05與GB/ T 19936.2-2024兩個標準主要差別見表1。

2 標準解決的主要問題

在齒輪傳動系統(tǒng)中，由于極壓條件的存在，齒輪表面可能出現(xiàn)膠合現(xiàn)象，即在高負載和高速運行條件下，齒輪表面形成的接觸區(qū)域出現(xiàn)黏結(jié)現(xiàn)象，導致摩擦系數(shù)增加和潤滑性能下降，進而引發(fā)齒面磨損和齒輪失效。

GB/T 19936.2-2024規(guī)定了FZG階梯加載試驗A10/16.6R/120的具體測試程序和參數(shù)，用于評定齒輪在高負荷、高速度和高極壓油潤滑條件下的相對膠合承載能力。即通過齒輪表面膠合損傷程度來定級評價高極壓油用于齒輪傳動時的抗膠合能力。這種試驗方法適用于車輛齒輪和工業(yè)高應(yīng)力齒輪在高赫茲接觸應(yīng)力條件下油品的性能評估，有助于齒輪制造行業(yè)評估齒輪在實際工作條件下的可靠性和耐久性，以及油潤滑條件下的性能表現(xiàn)。

GB/T 19936.2-2024的主要內(nèi)容包括失效判據(jù)方法、試驗方法、試驗齒輪的規(guī)格尺寸和制造技術(shù)要求、FZG試驗裝置、試驗程序和試驗報告等。

3 試驗設(shè)備及程序

3.1 試驗臺

FZG試驗機是一種背靠背的封閉功率循環(huán)型的齒輪試驗臺，如圖1所示，由一臺最小功率為7. 5kW、轉(zhuǎn)速約為2900r/min的電機驅(qū)動，彌補系統(tǒng)的功率損耗和保證試驗齒輪在高負載下能夠運行。

試驗機包括一個驅(qū)動齒輪箱和一個試驗齒輪箱，通過軸1和軸2連接，形成一個封閉的試驗臺。軸1上安裝一個加載聯(lián)軸器，通過在加載臂上施加轉(zhuǎn)矩載荷（砝碼和施力杠桿）的方式給試驗系統(tǒng)施加不同級別的扭矩。軸2上串聯(lián)一個轉(zhuǎn)矩測量聯(lián)軸器，允許通過校準的扭力軸和一個刻度盤直接讀數(shù)和檢查有效轉(zhuǎn)矩。

試驗齒輪副在浸油潤滑模式下以恒定轉(zhuǎn)速進行試驗。試驗齒輪上施加載荷級數(shù)、小輪轉(zhuǎn)矩和節(jié)點赫茲應(yīng)力關(guān)系見GB/T 19936.2-2024的表4。

3.2 試驗齒輪

試驗采用一對模數(shù)相同的齒輪（具體幾何參數(shù)和制造要求見GB/T 19936.2-2024的表2和表3），其中試驗小輪齒數(shù)為16，試驗大輪齒數(shù)為24。

3.3 精密度

在FZG試驗中，精密度是指測試結(jié)果的準確性和穩(wěn)定性。這意味著在重復測試中，結(jié)果應(yīng)該是一致的，并且與實際情況相符合。精密度是評估測試方法的重要指標，對于確保結(jié)果的可靠性和準確性非常重要。

評價試驗精密度有兩個指標，重復性和再現(xiàn)性。不同標準對符號r、R的定義不同，不統(tǒng)一。

在NB/SH/T 0306-2013[10]中定義r 為重復性，“在同一實驗室，同一操作者使用同一儀器，按照相同方法，對同一試樣連續(xù)測定的兩個試驗結(jié)果之差不能超過2級載荷。r =2”。R 定義為再現(xiàn)性，“在不同實驗室，不同操作者使用不同儀器，按照相同方法，對同一試樣測定的兩個單一、獨立結(jié)果之差不能超過2級載荷。R =2”。

在NB/SH/T 0518-2016[11]中R 定義為再現(xiàn)性限值，“在再現(xiàn)性條件下長時間運轉(zhuǎn)，使用正常和正確試驗方法獲得的兩個單一、獨立的試驗結(jié)果之差。”

在G B / T 6 3 7 9 -2 [ 1 2 ]規(guī)范性附錄A中，定義r為重復性限（repeatability limit），R 為再現(xiàn)性限（reproducibility limit），只有在作為下角標的時候r為重復性，R 為再現(xiàn)性。

GB/T 19936.2-2024規(guī)范性引用了ISO 5725-2[13]（等同的國標為GB/T 6379-2），故“r ”為重復性限，指在相同實驗條件下，進行多次實驗所得結(jié)果的一致性。重復性限為1個載荷級意味著在同一實驗條件下，重復進行實驗多次，得到的結(jié)果的變化范圍為1個載荷級，即結(jié)果的差異很小。

說明實驗結(jié)果在相同實驗條件下具有較好的穩(wěn)定性和一致性?！癛 ”為再現(xiàn)性限，指在不同實驗條件下，進行多次實驗所得結(jié)果的一致性。再現(xiàn)性限為2個載荷級意味著在不同實驗條件下，進行多次實驗，得到的結(jié)果的變化范圍為2個載荷級，即結(jié)果的差異較大。說明實驗結(jié)果在不同實驗條件下的一致性較差。

3.4 試驗程序

FZG試驗是一種用于評估齒輪潤滑油性能的實驗方法，從第1載荷級開始，采用逐級加載的方式。

施加第1載荷級：在加載聯(lián)軸器上施加加載力臂H1，啟動電機，以逆時針方向驅(qū)動，試驗機以設(shè)定7.5min旋轉(zhuǎn)試驗齒輪，關(guān)閉電機。

施加第2級載荷：在加載聯(lián)軸器上施加加載力臂H 2 ，啟動電機，以逆時針方向驅(qū)動，試驗機以設(shè)定7.5min旋轉(zhuǎn)試驗齒輪，關(guān)閉電機。

施加第3級載荷：在加載聯(lián)軸器上施加加載力臂H 2 和托盤，啟動電機，以逆時針方向驅(qū)動，試驗機以設(shè)定7.5min旋轉(zhuǎn)試驗齒輪，關(guān)閉電機。

施加第4 級載荷：在加載聯(lián)軸器上施加加載力臂H 2 、托盤和砝碼W 1 ，初始油溫要控制在117～123℃之間。啟動電機，以逆時針方向驅(qū)動，試驗機以設(shè)定7.5min旋轉(zhuǎn)試驗齒輪后，關(guān)閉電機。

從第4載荷級開始，每一級的初始油溫要控制在117～123℃之間。在每個載荷級的試驗中，允許油溫自由上升。

加載聯(lián)軸器上的加載組合方式見G B / T19936.2-2024表4。

從第5載荷級開始以上每一級加載結(jié)束后，檢查小輪的齒面損傷，標記出表面的全部變化。當損傷達到失效準則，或者當?shù)?0級載荷運轉(zhuǎn)后仍未達到失效準則時，認定試驗完成。根據(jù)試驗結(jié)果和評價標準，對試驗樣品的高極壓性能進行評估。

每一級開始與結(jié)束，都要對小輪轉(zhuǎn)矩進行觀察記錄，如果兩次結(jié)果一致說明此次試驗有效，方可進行下一級試驗。

各級計算轉(zhuǎn)矩、計算輪齒載荷、計算節(jié)點赫茲應(yīng)力見表3。由于每種方法每一步選取值的近似位數(shù)不同，導致計算結(jié)果會有誤差，國內(nèi)某型FZG試驗機的計算結(jié)果與ISO 14635-2：2023表中的計算誤差不到1%。

5 結(jié) 語

ISO 14635-2：2023的采標引進，可以幫助大部分的齒輪制造和應(yīng)用行業(yè)選擇最為合適的潤滑條件，以使齒輪箱產(chǎn)品可以最大限度地延長服役壽命。同時，確保國內(nèi)不同企業(yè)和組織在測試和評估產(chǎn)品時使用相同的方法和程序，以達到潤滑油試驗結(jié)果的一致性和可比性。

本文件通過對GB/T 19936.2-2024標準的立項背景和確定依據(jù)及標準解決的主要問題進行了介紹，對試驗設(shè)備和試驗程序進行了分析，并對國內(nèi)試驗機的準確性進行了驗證，進一步證明了標準的適應(yīng)性和一致性，為標準的使用者更方便地理解該標準提供了思路。

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