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        殼牌TCO專(zhuān)刊:開(kāi)式齒輪的傳動(dòng)與潤(rùn)滑

        2018-05-10 06:14:23
        中國(guó)水泥 2018年1期
        關(guān)鍵詞:開(kāi)式潤(rùn)滑脂齒面

        本刊記者 沈 穎

        1 齒輪傳動(dòng)

        齒輪傳動(dòng)是 機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一,形式很多,應(yīng)用廣泛,傳遞的功率可達(dá)數(shù)十萬(wàn)千瓦,圓周速度可達(dá)150m/s(最高達(dá)300m/s),直徑能做到10m以上。

        齒輪傳動(dòng)分為三種,即開(kāi)式,半開(kāi)式和閉式。齒輪傳動(dòng)沒(méi)有防塵罩或機(jī)殼,齒輪完全暴露在外面,這叫開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。這種傳動(dòng)不僅外界雜物極易侵入,而且潤(rùn)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(dòng)。當(dāng)齒輪傳動(dòng)裝有簡(jiǎn)單的防護(hù)罩,有時(shí)還把大齒輪部分浸入油池中,則稱(chēng)為半開(kāi)式齒輪傳動(dòng)。它的工作條件雖有改善,但仍不能做到嚴(yán)密防止外界雜物侵入,潤(rùn)滑條件也不算最好。而汽車(chē)、 機(jī)床、航空 發(fā)動(dòng)機(jī)等所用的齒輪傳動(dòng),都是裝在經(jīng)過(guò)精確加工而且封閉嚴(yán)密的箱體(機(jī)匣)內(nèi),這稱(chēng)為閉式齒輪傳動(dòng)(齒輪箱)。它與開(kāi)式或半開(kāi)式的相比,潤(rùn)滑及防護(hù)等條件最好,多用于重要的場(chǎng)合。但由于開(kāi)式傳動(dòng)方式具備傳送巨大力矩的優(yōu)勢(shì),因此多為大型水泥設(shè)備所采用,如球磨機(jī)、管磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯等。當(dāng)然較大的力矩傳送勢(shì)必使齒圈承受較高應(yīng)力,為保證設(shè)備正常的工作,對(duì)使用單位而言,潤(rùn)滑劑、潤(rùn)滑劑用量以及潤(rùn)滑方式的選擇是極其重要的。

        開(kāi)式齒輪傳動(dòng)中易落入灰塵、屑等外部介質(zhì)而造成潤(rùn)滑油污染,齒輪易于產(chǎn)生磨料磨損。當(dāng)對(duì)開(kāi)式齒輪給以覆蓋時(shí),在相同的工作條件下,開(kāi)式齒輪的潤(rùn)滑要求與閉式齒輪相同。

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

        2 開(kāi)式齒輪傳動(dòng)設(shè)備易出現(xiàn)的問(wèn)題

        水泥行業(yè)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的大型設(shè)備,一般都長(zhǎng)期處于高溫、重負(fù)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(fèi)用高,停機(jī)損失大,對(duì)潤(rùn)滑油品的要求也特別高。如果潤(rùn)滑不當(dāng),設(shè)備表面會(huì)出現(xiàn)不同程度的損傷,主要表現(xiàn)在過(guò)度磨損、擦傷、膠合、點(diǎn)蝕、塑性變形等,繼而導(dǎo)致齒面金屬材料遺失,改變齒輪幾何尺寸,嚴(yán)重影響齒輪副的使用壽命,降低設(shè)備連續(xù)運(yùn)行,對(duì)生產(chǎn)造成影響。

        過(guò)度磨損:是指由于長(zhǎng)期使用性能與工況條件不符的潤(rùn)滑劑,由于潤(rùn)滑劑本身抗磨損性能差,摩擦系數(shù)過(guò)高,大的滑動(dòng)摩擦力會(huì)使齒輪表面快速磨損,從而使齒輪副達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命,主要表現(xiàn)為齒輪表面明顯粗糙,嚴(yán)重時(shí)齒廓失去漸開(kāi)線形狀。

        擦傷:由于齒輪表面承受過(guò)大的接觸應(yīng)力所致。潤(rùn)滑劑如果擠壓性能不足或齒面缺少足夠的潤(rùn)滑劑,導(dǎo)致潤(rùn)滑油膜不能及時(shí)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(dòng)方向出現(xiàn)溝槽,分布在滑動(dòng)速度較快的齒頂、齒根區(qū)域。

        膠合:膠合是由于齒輪承受過(guò)大的接觸應(yīng)力或較高的齒面溫度,導(dǎo)致油膜不能建立,齒面上峰谷接觸時(shí)發(fā)生局部熔焊,而后伴隨齒面的相對(duì)運(yùn)動(dòng),促使節(jié)點(diǎn)發(fā)生塑性變形和破裂,導(dǎo)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(yán)重時(shí)可能覆蓋整個(gè)齒寬。

        點(diǎn)蝕和剝落:點(diǎn)蝕的初期形貌變現(xiàn)為疲勞破壞。隨著裂紋擴(kuò)展、連接,最終造成齒面金屬材料脫落,形成初期點(diǎn)蝕,并可能持續(xù)發(fā)展為擴(kuò)展性點(diǎn)蝕、片蝕或剝落。點(diǎn)蝕損傷對(duì)齒輪的使用壽命有較大影響,嚴(yán)重時(shí)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(shí)一種卸去外部載荷后不能恢復(fù)的變形,其產(chǎn)生的主要原因是齒輪受到過(guò)大載荷沖擊所致。主要表現(xiàn)為齒輪材料在齒表上流動(dòng),齒面上出現(xiàn)類(lèi)似山雞蛋形狀,平行于齒輪的嚙合線,嚴(yán)重時(shí)可以延伸到整個(gè)齒寬分布。

        3 潤(rùn)滑劑的要求

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

        良好的粘附性能。潤(rùn)滑劑只有具備較強(qiáng)的粘附性能才不至于在工作過(guò)程中被甩落導(dǎo)致?lián)p耗,從而保證潤(rùn)滑劑具備足夠的量,實(shí)現(xiàn)設(shè)備的潤(rùn)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(lèi)型的傳動(dòng)裝置需要傳遞較大的力矩,這就要求潤(rùn)滑劑本身具備FZG測(cè)試級(jí)別12,四球燒結(jié)負(fù)荷800kg,只有具備上述技術(shù)要求才不至于潤(rùn)滑劑從齒輪副間被擠出或潤(rùn)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(mǎn)足由于邊界潤(rùn)滑和緊急潤(rùn)滑的要求。固體添加劑和擠壓抗磨添加劑的加入有助于潤(rùn)滑劑性能最大的發(fā)揮,但不當(dāng)?shù)募尤霑?huì)對(duì)基礎(chǔ)用油產(chǎn)生負(fù)面影響,對(duì)潤(rùn)滑劑的初始粘度和流動(dòng)性等存在抑制作用。

        應(yīng)具備良好的油膜強(qiáng)度。由于設(shè)備在運(yùn)行過(guò)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(fù)荷的情況是經(jīng)常性的,最大限度減弱這些沖擊對(duì)嚙合面的影響是選擇合適潤(rùn)滑劑的基礎(chǔ)。

        由于開(kāi)式齒輪油一般粘度較大,不利于更換,因此要求潤(rùn)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(rùn)滑劑中添加適當(dāng)?shù)姆栏瘎瑢?duì)于使用噴灑或油池潤(rùn)滑的系統(tǒng),要求潤(rùn)滑劑具有合理的流動(dòng)性。

        3.1 潤(rùn)滑油的選擇

        在決定開(kāi)式齒輪傳動(dòng)潤(rùn)滑油時(shí),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(rùn)滑油的使用方法;

        (6)齒輪的可接近性。

        開(kāi)式齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑方法一般是全損耗型的,而任何全損耗型潤(rùn)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(rùn)滑條件下,因?yàn)楫?dāng)新油或脂補(bǔ)充到齒面時(shí),由于齒面壓力、齒輪回轉(zhuǎn)時(shí)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(rùn)滑油必須具備高粘度或高稠度和較強(qiáng)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(rùn)滑脂的選擇

        最通用類(lèi)型的開(kāi)式齒輪傳動(dòng)潤(rùn)滑脂是一種像焦油瀝青那樣具有黑色、膠粘的極重石油殘?jiān)牧?,這種材料對(duì)齒輪起保護(hù)作用,要使用它們,必須加熱軟化?,F(xiàn)在一般是通過(guò)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(wú)毒的碳?xì)浠衔?,使用時(shí)直涂上或噴上,當(dāng)其溶劑揮發(fā)后,有一層塑性的類(lèi)似橡膠膜覆蓋在齒面上,以達(dá)到阻止磨損、灰塵和水的損害,最終達(dá)到保護(hù)齒輪的目的。某些類(lèi)型的開(kāi)式齒輪潤(rùn)滑劑要加入極壓抗磨添加劑,當(dāng)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(rùn)滑方式時(shí),應(yīng)該知道:循環(huán)油比周期性加油對(duì)齒輪潤(rùn)滑更有效和方便。對(duì)于小開(kāi)式齒輪和齒輪輪系可使用比較軟的潤(rùn)滑脂。

        基礎(chǔ)油和添加劑對(duì)潤(rùn)滑脂配方至關(guān)重要。殼牌公司特別指出,潤(rùn)滑脂增稠劑是潤(rùn)滑脂的重要成分,并影響潤(rùn)滑脂的質(zhì)量。在大多數(shù)國(guó)家,鋰基或復(fù)合鋰基增稠劑用于大多數(shù)設(shè)備(80%左右),這些潤(rùn)滑脂提供出色的抗水性、卓越的機(jī)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(duì)于高度專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用,比如開(kāi)式齒輪,像皂土或復(fù)合鋁基增稠劑可以用于實(shí)現(xiàn)固有的耐溫性和負(fù)荷能力。

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