黃 清，高中庸，成小飛

（廣西科技大學機械工程學院，廣西柳州 545006）

潤滑條件對齒輪傳動效率的影響?

黃 清，高中庸，成小飛

（廣西科技大學機械工程學院，廣西柳州 545006）

以直齒圓柱齒輪減速器為研究對象，在包括干摩擦在內的不同潤滑條件運用轉矩轉速傳感器測試齒輪傳動效率，對比分析試驗結果可知，潤滑有助于提高齒輪傳動效率，在普通潤滑油中加入合適比例的添加劑可使效率提高更加明顯，加入添加劑的潤滑方法操作簡單，容易實施，應廣泛推廣。

干摩擦；潤滑油；添加劑；轉矩轉速傳感器

1 試驗裝置及原理

齒輪傳動是一種重要的傳動方式，在我們的日常生活中普遍存在。因此提高齒輪的傳動效率具有非常重要的意義。筆者通過試驗的方法驗證不同潤滑條件對直齒圓柱齒輪傳動的嚙合效率［1］的影響。

試驗裝置主要由機械傳動裝置、聯(lián)軸器動力輸出裝置、加載裝置、控制及測試軟件和計算機等組成，本試驗變頻調速、加載均采用程控調節(jié)，扭矩測量卡替代扭矩測量儀、同步采樣輸入輸出端的扭矩、轉速及功率，使得所測試驗數(shù)據(jù)更加精確，其工作原理系統(tǒng)如圖1。

傳感器1用于測量被測傳動機構輸入端的轉速n1和輸入轉矩M1；傳感器2用于測量被測傳動機構輸入端的轉速n2和輸入轉矩M2?？梢酝ㄟ^計算得出被測傳動機構的效率［2－3］，η＝n2·M2／n1·M1。

圖1 效率試驗臺結構簡圖

2 主要技術指標

2.1 動力部分

三相感應變頻電機：額定功率0.55 kW；同步轉速1 500 r／min；輸入電壓380 V。

變頻器：輸入規(guī)格 AC 3PH 380～460 V 50／60 Hz；輸出規(guī)格AC 0～240 V 1.7 kVA 4.5 A；變頻范圍2～200 Hz。

2.2 測試部分

ZJ10型轉矩轉速傳感器：額定轉矩10 N·m；轉速范圍0～6 000 r／min；

ZJ50型轉矩轉速傳感器：額定轉矩50 N·m；轉速范圍0～5 000 r／min；

TC－1轉矩轉速測量卡：扭矩測試精度 ±0.2% FS；轉速測量精度±0.1%；

PC－400數(shù)據(jù)采集控制卡。

2.3 被測部分

直齒圓柱齒輪減速器：減速比1∶5；齒數(shù)Z1＝19，Z2＝95；法向模數(shù)mn＝1.5；中心距a＝85.3 mm。

2.4 加載部分

FZ－5F法蘭式磁粉制動器：額定轉矩50 N·m；激磁電流2 A；也許滑差功率1.1 kW。

3 試驗數(shù)據(jù)

本試驗是研究不同潤滑方式對齒輪傳動機構效率的影響，主要采用三種不同的潤滑條件：干摩擦、68＃潤滑油、68＃潤滑油＋P4、LS［4－5］（P4、LS為添加劑代號）。其中：n1為輸入轉速；M2為輸出轉矩。試驗所測得數(shù)據(jù)如表1～3所列。

表1 干摩擦時機構不同轉矩和轉速的效率／（N·m）

表2 68＃油潤滑時機構不同轉矩和轉速的效率 ／（N·m）

表3 68＃油＋添加劑P4＋LS時機構不同轉矩和轉速的效率 ／（N·m）

4 試驗結果對比分析

采用控制變量的方法對試驗結果進行對比分析，以轉矩的大小作為橫軸，效率的高低作為縱軸建立直角坐標系，將試驗在同一轉速下的數(shù)據(jù)用描點法在坐標軸上描點，繪制曲線，曲線直觀清晰的反映了三種不同潤滑方式對機構效率的影響情況，具體效果如圖2～6所示。

圖2 轉速500 r／min時不同潤滑方式對效率的影響

圖3 轉速750 r／min時不同潤 滑方式對效率的影響

圖4 轉速1 000 r／min時不同潤滑方式對效率的影響

圖5 轉速1 200 r／min時不同 潤滑方式對效率的影響

圖6 轉速1 500 r／min時不同潤滑方式對效率的影響

根據(jù)高中庸教授曾提出輪齒嚙合過程中相對滑行行為的突然產生與消失導致摩擦力突變，可以通過某種潤滑措施來減小摩擦力，從而降低摩擦激勵的幅值，達到抑制齒輪振動，提高傳動效率的目的［6－9］。本研究采用極壓添加劑，其分解出的活性元素與摩擦副表面生成較厚的穩(wěn)定金屬化學反應膜，可防止金屬表面擦傷。由于金屬膜本身剪切強度低，因而減摩性能好，能很好的控制摩擦自激振動提高傳動效率［5］。試驗結果也驗證了高中庸教授認為輪齒在嚙入與嚙出瞬間，最大相對滑動速度所形成的摩擦不僅造成摩擦激勵，而且對傳動效率有很大影響。

5 結 論

通過對比分析直觀反映出用68＃油潤滑的機械效率高于干摩擦時的效率，而在68＃油中添加合適比例的添加劑使得試驗效果更加明顯。

干摩擦是齒輪傳動中絕不允許出現(xiàn)的工作狀態(tài)，摩擦副在無任何潤滑劑時直接接觸，表面間微凸體通常呈局部點接觸狀態(tài)［5］。在外界載荷作用下，接觸點處應力很可能超過材料的屈服強度而發(fā)生塑性變形或局部斷裂，輕則增加機械設備的動力消耗，降低零部件的使用壽命；重則會造成設備報廢，導致難以挽回的經濟損失。最常用的潤滑方式就是使用市場上購買的普通潤滑油，普通潤滑油可以減小像干摩擦那樣對設備的損耗，但在不同的工作環(huán)境工作狀態(tài)下，普通潤滑油對機械傳動效率的提高不是很明顯。在這種情況下，可以根據(jù)不同工況添加適當?shù)奶砑觿?，如添加極壓劑、增黏劑、抗磨劑、抗氧化劑、抗腐蝕劑等。本試驗很好的驗證了合適的添加劑對提高機械效率的顯著作用。

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Influences on the Efficiency of Mechanical Transmission by Lubrication Conditions

HUANG Qing，GAO Zhong－yong，CHENG Xiao－fei
（College of Mechanical Engineering，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou Guangxi 545006，China）

Taking the reducer with straight spur gear as the research object，the efficiency test of the set is conducted by dif?ferent kinds of lubrication conditions，including the conditions of dry friction with the help of torque and revolution speed trans?ducer.The contrastive analysis of experimental results indicates that the lubrication contributes can improve the efficiency of mechanical transmission，much obvious improvement of efficiency on mechanical transmission could be achieved if appropriate additive is added.The kind of method is simple to operate and carriy out easily，which is popularized.

dry friction，lubrication oil，additive，torque and revolution speed transducer

TH117.2

A

1007－4414（2013）04－0064－02

2013－06－05

黃 清（1988－），男，湖北宜昌人，碩士，研究方向：摩擦自激振動與噪聲控制。