淺析變速器潤(rùn)滑油選擇對(duì)齒輪齒面膠合的影響

劉雪勇

（格特拉克（江西）傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司南昌工廠，江西 南昌 330013）

前言

隨著現(xiàn)代汽車(chē)行業(yè)的飛速發(fā)展，作為汽車(chē)的核心零部件之一的變速器，其使用壽命直接影響著整車(chē)的壽命；手動(dòng)變速器主要依靠齒輪副傳遞動(dòng)力，齒輪的壽命直接決定變速器的耐用程度。對(duì)于齒輪的齒面抗點(diǎn)蝕能力、齒根抗彎曲破壞的能力，研究者可以很好的通過(guò)計(jì)算預(yù)測(cè)。但是對(duì)于齒輪齒面是否膠合磨損，通常通過(guò)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行主觀上的預(yù)測(cè)，再通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)?zāi)M驗(yàn)證，從而進(jìn)行分析并得出結(jié)論。本文從實(shí)際試驗(yàn)出發(fā)，探討變速器潤(rùn)滑油的抗膠合磨損能力對(duì)變速器齒輪齒面膠合的影響。

1 齒輪齒面膠合原理

1.1 齒輪膠合現(xiàn)象

齒面膠合是一種常見(jiàn)的齒輪失效模式，其發(fā)生于齒輪持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于兩齒輪的相對(duì)滑動(dòng)，在齒輪表面撕成非常平整磨損帶，這種現(xiàn)象就稱為齒面膠合，簡(jiǎn)稱膠合。雖然齒輪膠合不會(huì)給變速器帶來(lái)立即失去動(dòng)力的故障，但是隨著磨損的進(jìn)一步加深，變速器會(huì)產(chǎn)生較大噪聲直到不可接受的異響，并且惡化成斷齒等耐久失效。

圖1 產(chǎn)生齒面膠合的齒輪

1.2 齒輪膠合發(fā)生原因

在高速重載的齒輪傳動(dòng)中，往往因溫度升高，潤(rùn)滑油的油膜被破壞，如下圖2、圖3、圖3 所示，接觸齒面產(chǎn)生很高的瞬時(shí)溫度，同時(shí)在很高的壓力下，齒面接觸處的潤(rùn)滑油膜遭到剪切破壞，從而金屬表面直接進(jìn)行摩擦，造成局部過(guò)熱、黏結(jié)在一起，齒面膠合后將產(chǎn)生強(qiáng)烈磨損。這是一個(gè)綜合的物理過(guò)程和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。為了防止膠合，可采用黏度較大或抗膠合性能較好的潤(rùn)滑油及提高齒面硬度與降低表面粗糙度等措施。

圖2 無(wú)載荷

圖3 有載荷，無(wú)潤(rùn)滑，或油膜遭破壞

圖4 有載荷運(yùn)動(dòng)，同時(shí)存在油膜將金屬與金屬隔離

1.3 一般手動(dòng)變速器潤(rùn)滑油選擇原則

手動(dòng)變速器油膜所能承受的單位壓力更大，除了要求具有良好的運(yùn)動(dòng)粘度、高低溫粘度穩(wěn)定性，更重要的是要具備良好的極壓抗磨性、熱氧化安定性和抗腐蝕性能。

1.3.1 極壓抗磨性

潤(rùn)滑油要求在較高的負(fù)荷下還能保持足夠的油膜厚度。潤(rùn)滑油的粘度增加有利于承載能力的提高，但粘度過(guò)大會(huì)增加摩擦損失，所以汽車(chē)潤(rùn)滑油中一般都加有極壓抗磨添加劑。

1.3.2 熱氧化安定性

潤(rùn)滑油使油的粘度增加，生成油泥，影響油的流動(dòng)；產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)，加速金屬的腐蝕和銹蝕；生成的極性沉淀物會(huì)吸附極性添加劑；沉淀會(huì)使橡膠密封件老化變硬，也會(huì)覆蓋在零件表面，影響散熱。

1.3.3 抗腐蝕性能

汽車(chē)潤(rùn)滑油中含有的極性添加劑會(huì)與零件表面金屬反 應(yīng)生成有機(jī)膜，以防止在重負(fù)荷時(shí)油膜破裂引起擦傷，增加極壓性能。但極性添加劑又會(huì)造成銅或銅合金的腐蝕。所以要求汽車(chē)潤(rùn)滑油有兼顧極壓性和抗腐蝕性的能力。

2 潤(rùn)滑油選擇試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)設(shè)定

兩款不同的變速器，代號(hào)分別為MT-A、MT-B。

兩款不同的潤(rùn)滑油，代號(hào)分別為Oil-A、Oil-B。

通過(guò)四種不同組合分別進(jìn)行高溫高速試驗(yàn)，如下表。

表1 四種試驗(yàn)組合

2.2 試驗(yàn)工況

表2 試驗(yàn)工況設(shè)定

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

表3 試驗(yàn)結(jié)果

圖5 未膠合齒輪，目測(cè)光滑

圖6 膠合齒輪，目測(cè)出現(xiàn)大面積“麻點(diǎn)”

2.4 試驗(yàn)分析

通過(guò)速比換算，MT-A 的一檔線速度：5.95m/s,載荷1287Nm，齒輪壓力角20°；MT-B 的一檔線速度：6.55m/s，載荷1255Nm，齒輪壓力角20°，兩者受載相當(dāng)。

潤(rùn)滑油對(duì)比檢測(cè)分析：

FZG 齒輪試驗(yàn)機(jī)法是以齒輪作為測(cè)試件，它對(duì)于測(cè)試各種極壓潤(rùn)滑油是比較好的試驗(yàn)方法。該方法是參照德國(guó)慕尼黑機(jī)械研究所研究的FZG 的試驗(yàn)方法。其試驗(yàn)裝置模型。試驗(yàn)時(shí)，將一對(duì)直齒輪浸沒(méi)在試驗(yàn)油池(約為1200mL)中，并開(kāi)始加熱至90℃。試驗(yàn)齒輪在1450r/mm 下運(yùn)轉(zhuǎn)，所加負(fù)荷共分12 級(jí)（98～15680N)每級(jí)運(yùn)行15min。在各級(jí)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，檢查齒輪的膠合痕跡，并稱量齒輪質(zhì)量，確定因磨損而失掉的金屬量。

表4 潤(rùn)滑油對(duì)比檢測(cè)分析

從FZG 能力等級(jí)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，Oil-B 的抗膠合磨損能 力明顯高于Oil-A。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)齒輪副的圓周速度達(dá)到約6m/s 及以上時(shí)，變速器齒輪表面承受著非常大的載荷，這時(shí)齒輪副之間的油膜很容易遭到破壞，使齒面產(chǎn)生膠合，最終導(dǎo)致齒輪失效。合理的選擇極壓添加劑，提高潤(rùn)滑油的抗剪切磨損能力，將大大提升變速器使用壽命，從而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。