齒輪油承載性能模擬試驗(yàn)研究

李小剛，王愛香，李旭

(中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

由于齒輪傳動(dòng)可以在任意兩軸之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，且傳遞功率范圍大、效率高, 廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)重要工業(yè)部門的機(jī)械傳動(dòng)，例如礦山機(jī)械、交通運(yùn)輸、電力、化工機(jī)械及軍事工業(yè)的各種傳動(dòng)機(jī)械。齒輪油是保證齒輪傳動(dòng)工作效率和延長齒輪使用壽命的重要潤滑材料[1]。隨著工業(yè)的發(fā)展，齒輪油的發(fā)展方向是低黏化，長壽命和減摩性能最佳化。降低潤滑油黏度有利于節(jié)約燃油和動(dòng)力消耗[2]。

齒輪油品中含有的極壓抗磨添加劑在接觸區(qū)的高壓、高溫條件下，添加劑分子裂解，放出硫、磷、氯等活性元素，這些活性元素在新生金屬表面和外激電子的作用下與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成抗壓強(qiáng)度大、抗剪切強(qiáng)度低的無機(jī)化合物膜，把接觸的金屬表面隔開，保護(hù)了金屬表面[3]。目前評(píng)定工業(yè)齒輪油承載能力的方法有:(1)四球機(jī)的PB、PD值法；(2)Timken 的OK值法；(3)FZG 齒輪試驗(yàn)機(jī)法。四球機(jī)是1933年開始使用的；Timken 試驗(yàn)機(jī)是1932年開始使用的；FZG 齒輪試驗(yàn)機(jī)是60年代在德國Niemann教授領(lǐng)導(dǎo)下設(shè)計(jì)出來的一種齒輪試驗(yàn)機(jī)，由于它具有多方面的優(yōu)越性，已納入德國國家標(biāo)準(zhǔn)(DIN 51354)。英美等國也相繼承認(rèn)FZG 的可靠性，并列為自己的工業(yè)齒輪油規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)[4]。解生澤、周朝梅等人研究表示：四球試驗(yàn)PB和Timken試驗(yàn)OK值在評(píng)定齒輪油承載能力方面是不可靠的[5]。

因此，目前評(píng)價(jià)齒輪油承載能力的方法主要還是FZG臺(tái)架試驗(yàn)，而臺(tái)架試驗(yàn)周期長、需要的試驗(yàn)油量較大、試驗(yàn)件成本也較高，因此，開發(fā)評(píng)價(jià)齒輪油承載性能的模擬試驗(yàn)方法具有重要的意義。本文采用SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)研究建立模擬齒輪油承載能力試驗(yàn)(FZG臺(tái)架試驗(yàn))的試驗(yàn)方法，為油品配方篩選提供一定的技術(shù)支持。

1 SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)簡介和控制參數(shù)

SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)是由德國OPTIMOL公司研制并生產(chǎn)的研究潤滑油脂和材料涂層摩擦磨損性能的高頻往復(fù)試驗(yàn)機(jī)，它以可以實(shí)現(xiàn)摩擦副點(diǎn)、線、面接觸模式的優(yōu)勢(shì)而被全球摩擦學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、試驗(yàn)腔體及本文所涉及到的摩擦副接觸形式如圖1所示。

圖1 SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、試驗(yàn)腔體及摩擦副

SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)控制參數(shù)如表1所示。

表1 SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)控制參數(shù)

2 模擬試驗(yàn)方法研究

2.1 模擬試驗(yàn)條件確定

本試驗(yàn)方法根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備特點(diǎn)和模擬齒輪運(yùn)行工況的要求來確定試驗(yàn)參數(shù)。因?yàn)辇X輪嚙合過程既有滑動(dòng)也有滾動(dòng)，因此，我們?cè)谀M試驗(yàn)中選擇試驗(yàn)柱-試驗(yàn)圓盤的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來模擬齒輪的運(yùn)行工況。

結(jié)合齒輪油承載能力評(píng)定FZG齒輪機(jī)法中的試驗(yàn)條件，研究確定模擬試驗(yàn)頻率為50 Hz，行程為2～4 mm，負(fù)荷級(jí)根據(jù)FZG齒輪機(jī)的負(fù)荷換算得到并用相同的加載方式進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

2.2 參比油簡介

本文選用的參比油在FZG試驗(yàn)臺(tái)架上試驗(yàn)結(jié)果為：參比油A失效級(jí)7級(jí)，參比油B失效級(jí)大于12級(jí)，參比油C失效級(jí)10級(jí)。

2.3 參比油試驗(yàn)結(jié)果

將參比油A、B、C在研究確定的模擬試驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示，摩擦系數(shù)如圖2所示。

表2 參比油試驗(yàn)結(jié)果

圖2 參比油摩擦系數(shù)

從表2可以看到：參比油模擬試驗(yàn)結(jié)果和臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果一致，并且重復(fù)性較好。同時(shí)通過圖2 中摩擦系數(shù)對(duì)比可以同時(shí)評(píng)價(jià)三種參比油的抗磨損性能以及重復(fù)性試驗(yàn)的穩(wěn)定性。

2.3 模擬方法的應(yīng)用

為了能更好地建立SRV模擬試驗(yàn)和FZG臺(tái)架試驗(yàn)的相關(guān)性，本文選取了6種不同黏度級(jí)別做過FZG臺(tái)架試驗(yàn)的油品進(jìn)行模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 模擬方法應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果

表3(續(xù))

對(duì)表3的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行線性回歸計(jì)算，計(jì)算出相關(guān)系數(shù)r=0.92，相關(guān)性較好，表明建立的SRV模擬試驗(yàn)方法可以作為潤滑油承載能力FZG試驗(yàn)機(jī)法的篩選措施，為油品研發(fā)提供技術(shù)支持。

3 結(jié)論

(1)以SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)為試驗(yàn)平臺(tái)，模擬潤滑油承載能力FZG臺(tái)架試驗(yàn)，自主研究建立的模擬評(píng)定方法能較好地區(qū)分出不同承載性能的傳動(dòng)系潤滑油品，為油品研發(fā)提供一定的數(shù)據(jù)支撐；

(2)建立的模擬試驗(yàn)方法重復(fù)性較好，同時(shí)與FZG臺(tái)架試驗(yàn)的相關(guān)性較好，建議作為潤滑油承載能力試驗(yàn)法(FZG試驗(yàn)機(jī)法)的篩選手段，為油品研發(fā)提供技術(shù)支持。