船用齒輪油簡化方案研究

2019-06-14 03:51:26宋開財張文田王建華宋浩然

潤滑油 2019年3期

宋開財，張文田，王建華，宋浩然

(中國人民解放軍92228部隊，北京 100072)

0 引言

在船舶的起艇機、錨機、舵機、絞纜機及輔推等裝置上的齒輪一般為漸開線圓柱齒輪和蝸輪蝸桿裝置，具有載荷高、傳遞功率大、扭矩高等特點，要求潤滑油具有良好的極壓抗磨和減摩性能[1-4]。船用工業齒輪油有C100/H、C220/H齒輪油，L-CKB 100、L-CKC 100、L-CKD 100、L-CKC 150、L-CKC 220、L-CKD 320和L-CKD 460重負荷齒輪油等多個品種，油料品種多，涉及黏度等級寬、使用范圍窄、通用化水平低，因此需要對船用齒輪油進行簡化研究。通常潤滑油品的選擇受工況條件影響顯著，低速重載條件下主要考察其極壓能力和減摩抗磨能力，而高速輕載條件下主要關注其成膜能力和減摩能力。本研究采用UMT-Ⅲ摩擦磨損試驗機，考察了溫度、速度和壓力等因素對6種齒輪油摩擦副表面間摩擦系數、接觸電阻的影響，對齒輪油減摩抗磨能力進行了評價。該測試方法采用球面銷的上試樣與旋轉的下試樣盤在設定好的條件下進行對磨，試驗過程中能夠實時地顯示動態法向載荷、摩擦力和摩擦系數、以及接觸電阻，接觸電阻可定性表征試驗過程的潤滑狀態。根據性能考察的結果，將L-CKD 100重負荷齒輪油和C100/H齒輪油，L-CKD 150重負荷齒輪油和C220/H齒輪油，L-CKD 320和L-CKD 460重負荷齒輪油等3組性能相近的油品進行簡化整合，提出船用齒輪油簡化方案。

1 實驗部分

1.1 試驗油料

采用L-CKD 100重負荷齒輪油、C100/H齒輪油、L-CKD 150重負荷齒輪油、C220/H齒輪油、L-CKD 320重負荷齒輪油、L-CKD 460重負荷齒輪油等6種油料進行試驗。其中齒輪油黏度由小到大依次為L-CKD 100=C100/H

1.2 潤滑性能評價

采用多功能摩擦磨損試驗機(UMT-Ⅲ)，原理如圖1所示。試驗中上試樣鋼球靜止，下試樣鋼盤做不同轉速旋轉運動。試驗時，把定量的齒輪油注入到儲油池中，且保證充分供油。為了避免潤滑油在試驗過程中副產物的影響，齒輪油不重復使用。

試驗中上試樣為光滑鋼球，直徑為25.4 mm，材料為45#鋼，彈性模量為210 GPa，泊松比為0.3，表面經過超精加工，Ra 0.005 μm。下試樣為鋼制圓盤，鋼盤直徑尺寸為69 mm，厚度為5 mm，材料為45#鋼。

試驗中載荷分別為50 N、100 N和150 N，試驗溫度為25 ℃、40 ℃、100 ℃和120 ℃。

圖1 UMT-Ⅲ摩擦磨損試驗機原理及儲油池

1.3 表面分析

采用NanoMap-D三維光學表面輪廓儀對UMT試件進行觀測。

2 結果與分析

2.1 速度對接觸電阻和摩擦系數的影響

用接觸電阻定性表征摩擦副之間的潤滑狀態，接觸電阻數值越大，表明摩擦副之間接觸面積越小，上下表面之間油膜厚度值越大，當接觸電阻數值接近100 kΩ時，表明上下表面已經完全沒有接觸[5]。

選取6種不同黏度的重負荷齒輪油，通過試驗結果對比，分別給出在25 ℃試驗條件下，6種齒輪油在不同壓力下的接觸電阻和摩擦系數隨速度變化趨勢，如圖2和圖3所示。

圖2 齒輪油接觸電阻隨速度變化

圖2為不同黏度齒輪油接觸電阻隨速度變化趨勢。可以看出，在不同壓力下，潤滑油膜厚度隨速度的升高而變大，摩擦副之間的接觸面積隨之減小，電阻值升高，在速度接近0.6 m/s時，接觸電阻達到穩定，不再出現較大波動。不同壓力下，接近全膜潤滑狀態的樣品不同，速度相同，隨著潤滑油黏度的增大，對應的接觸電阻值呈增大趨勢。

圖3為不同黏度齒輪油摩擦系數隨速度變化趨勢。可以看出，隨速度的提高，兩表面間油膜厚度值增大，導致摩擦系數呈減小趨勢。個別油品的摩擦系數隨速度提高而增大，從接觸電阻可知，此時兩表面已經達到全膜潤滑狀態，隨著油膜厚度進一步增大，齒輪油內部剪切應力增大，導致摩擦系數增大。