一種立式齒輪箱的新型潤滑方式

曹 俊 翟淑東 尹慶德

（山東華成中德傳動設備有限公司，淄博 255200）

引言

齒輪箱在各行業的應用非常普遍，有開式齒輪器和閉式齒輪器兩種，其中開式齒輪器主要以潤滑脂潤滑為主，而閉式齒輪器在不同的工況中有多種的潤滑方式可供選擇。目前國內外減速器主要的潤滑方式有：浸油潤滑、飛濺潤滑和強制潤滑。其中臥式齒輪器的潤滑比較成熟，而立式齒輪器的潤滑多以浸油潤滑（補油箱潤滑）和強制潤滑為主。本文介紹一種新型的潤滑方式，其在滿足使用性能的前提下盡可能降低成本，增加市場競爭力。

1 潤滑原理

潤滑的主要作用是在工作齒面之間提供一層油膜，防止金屬之間直接接觸，同時還潤滑軸承和密封。

同時潤滑還有其他作用：減少摩擦、從齒的接觸表面和軸承中散熱、盡量減少磨損、帶走磨損顆粒和防止腐蝕。

其中油膜厚度取決于齒的表面壓力、油的粘度以及切線速度，如果運行期間油膜反復被破壞，工作齒面就會損壞。

2 確定潤滑方式的方法

近年來各國都進行了大量的試驗和研究，并依據經驗和使用效果得出了經驗計算公式，具體如下。

節圓圓周速度決定潤滑方式，如表1所示。

表1 潤滑方式的選擇

當齒輪箱為立式安裝時，考慮到其位于箱體上端的軸承和位于上部的齒輪也能夠得到良好的潤滑，對小功率及齒輪節圓線速度比較低的齒輪箱采用浸油潤滑（補油箱潤滑），對于功率較大及齒輪節圓線速度比較高的齒輪箱則采用強制潤滑，同時為了將齒輪箱產生的熱量帶出去，通常采用風扇冷卻、盤管冷卻以及油水冷卻器和風油冷卻器等多種形式進行冷卻。

3 臥式齒輪箱常用潤滑方式的特點

3.1 浸油潤滑

浸油潤滑即齒輪箱充分注油，所有嚙合齒及軸承完全或部分浸在油中，這種潤滑方式要求：所有旋轉件必須接觸到油，即運轉時，所有軸承滾子必須浸到油位以下，也可把油位安排在所有旋轉件之上。

3.2 飛濺潤滑

飛濺潤滑是最常用的潤滑方式，齒接觸表面通過齒輪油的飛濺或是齒帶的油而潤滑，通常將切線速度V=15m/s作為飛濺潤滑上限，但是帶特殊裝置時，也可以使用較高的切線速度。

飛濺潤滑的油位比較低，未浸入油池的嚙合齒及軸承件通過飛濺的油得到潤滑。

3.3 強制潤滑

此類齒輪箱有的采用外置的稀油潤滑站潤滑所有的齒輪和軸承，然后潤滑油經位于箱體底端的出油口全部回稀油站，或用齒輪箱自身作為油箱，油箱中的油位較低，而利用電機泵或軸端泵對未浸入油池的嚙合齒和軸承通過潤滑管進行噴油潤滑。

強制潤滑主要在以下幾種情況下使用：無法進行飛濺潤滑；當采用浸油潤滑無法滿足要求，或由于溫度原因無法達到理想效果的情況下作為浸油潤滑的一種替代方式；采用干井油封結構；齒輪節圓線速度較高且超過了其他潤滑方式的極限。

其中壓力油一般被引導至球面軸承滾子軸承中間或者圓錐圓柱滾子軸承端面以及齒輪的嚙合面上。

3.4 油脂潤滑

油脂潤滑主要用于軸承潤滑或部分低速齒輪。

4 立式齒輪箱常用潤滑方式的特點

4.1 浸油潤滑（補油箱潤滑）

補油箱潤滑即齒輪箱內部的所有軸承的滾動體和齒輪齒面均浸泡在油中，且在齒輪箱的上端有一個空的油箱，將油尺和透氣帽安裝在油箱上端，其起到的作用有：與外界大氣相連，檢測齒輪箱的油位，同時由于齒輪和軸承的運轉導致溫度上升，齒輪箱內部的油會膨脹，將會有一部分油從齒輪箱內部由連接管進入油箱內部；當齒輪箱內溫度降低時，部分油箱內的油會回到齒輪箱中保證潤滑油量。

立式安裝帶補油箱的結構如圖1所示。

圖1 立式安裝帶補油箱的結構

4.2 強制潤滑

強制潤滑主要在以下幾種情況下使用：在由于溫度原因無法達到理想效果的情況下作為浸油潤滑的一種替代方式；采用干井油封結構；齒輪節圓線速度較高且超過了其他潤滑方式的極限。

立式安裝帶電機泵強制潤滑主視圖與俯視圖結構分別如圖2、圖3所示。

圖2 立式安裝帶電機泵強制潤滑主視圖結構

圖3 立式安裝帶電機泵強制潤滑俯視圖結構

4.3 飛濺潤滑與其他潤滑方式相結合

補油箱潤滑是對于運行功率較小且每級齒輪節圓線速度較低的齒輪箱而言，將所有運轉的齒輪和軸承均浸泡在油中，所有運行零部件都產生了攪油損失，造成了功率損耗，同時使用了大量的潤滑油，使齒輪箱的運行成本增加。如何解決這個問題成為了國內外許多齒輪箱廠家面臨的一個難題。

山東華成中德傳動設備有限公司根據多年的減速機設計經驗以及客戶現場的處理辦法得出了以下的解決方案，并在市場上得到了成功的應用，通過了市場的檢驗。

具體結構如圖4所示。

圖4 立式安裝輸入軸帶甩油板新型產品的結構

從圖4中油尺的位置可以看出第一級齒輪序號（序號1、5）、第一級軸承（序號2、21）、第二級下部的軸承（序號20）已經全部得到了潤滑；輸出軸上端的軸承（序號13）采用的是黃油潤滑，輸出軸下端的軸承（序號19）采用干井式密封結構，通過黃油進行潤滑。

而二軸上軸承（序號8）以及第二級齒輪（序號10、11）的潤滑是這里的關鍵。具體工作原理如下：輸入錐齒輪軸（序號1）高速旋轉帶動輸入軸甩油環（序號4）高速旋轉，帶動油尺中的油進入左側箱體板（序號6）中的油槽中，其油通過油槽流入二軸上端軸承（序號8）進行潤滑，由于重力作用會有部分的油通過軸承間隙進入下端的二級齒輪軸和二級齒輪（序號10、11），也有一部分油從油槽中溢出，同時也可以潤滑下端的二級齒輪軸和齒輪。

而我們見到的常規產品的結構如圖5所示。

圖5 立式安裝帶補油箱常規產品的結構

該結構的補油箱位于該減速機的上方，其油尺位置位于補油箱上面，通過油尺的刻度可以看到該減速機內部已全部浸在油中，其相對前面的設計有以下缺點：所有旋轉件位于油中，增加了齒輪和軸承的攪油損失，無用功增多，浪費能源；增加了補油箱及管路，每次加油的油量增多，增加成本；輸出軸下端為油封密封，在長期運行過程中由于油封的損壞，會污染環境，必須停機檢修，進而影響生產。甚者有些化工行業由于其下方的攪拌槽對于潤滑油有嚴格的要求，如果有些許泄露會導致全部攪拌料報廢。

從以上對比可以得出：該箱體采用浸油潤滑與飛濺潤滑、潤滑油與潤滑脂混合使用的潤滑方式。在滿足使用要求的同時實現了較小的功率損耗，投資成本較低，使用安全可靠，在市場競爭中擁有比較明顯的優勢。

該類型的齒輪箱已經被成功應用在氧化鋁攪拌槽、電廠冷卻塔攪拌以及化工行業的攪拌槽中。客戶反映齒輪箱運行平穩、運行溫度較低、免維護時間大大加長。

5 結語

綜上所述，閉式齒輪箱在不同行業、不同工況下可以選擇多種多樣的潤滑方式，選擇最適合的方式，在滿足使用要求的前提下大大降低其生產成本、運行成本是非常必要和關鍵的。

[1]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2016.

[2]朱孝錄.齒輪傳動設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2005.