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潤滑對開式齒輪點(diǎn)蝕損傷的影響

2008-04-22 00:00

前言

  選用齒輪作為動力傳動的部件,輪齒的損耗不可避免,在齒輪副的長期運(yùn)行中,輪齒表面可能會出現(xiàn)不同類型的損傷形式。在各類損傷形式中,點(diǎn)蝕的出現(xiàn)、擴(kuò)展會導(dǎo)致齒面金屬材料的遺失,并改變齒輪的幾何尺寸,從而影響齒輪副壽命。

   對轉(zhuǎn)窯類設(shè)備中廣泛使用的大型開式齒輪,如未根據(jù)輪齒的實(shí)際機(jī)加工條件和運(yùn)行工況,采取有針對性的潤滑方案,點(diǎn)蝕的形成和點(diǎn)蝕的后續(xù)擴(kuò)展往往不可避免。

  克魯勃針對開式齒輪的運(yùn)行條件提供系列潤滑方案,在保障良好潤滑狀態(tài)、降低齒輪磨損量、延長齒輪壽命的同時,能夠有效杜絕點(diǎn)蝕損傷的發(fā)生,并緩解既有點(diǎn)蝕的擴(kuò)展。

一、點(diǎn)蝕的形貌

  齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中受到周期性變化的接觸應(yīng)力作用,當(dāng)接觸應(yīng)力超過材料的接觸疲勞強(qiáng)度時,會在齒輪表面或次表層上產(chǎn)生疲勞裂紋。疲勞裂紋不斷擴(kuò)展、延伸,最終使小塊金屬脫落,形成不同形狀的小凹坑。齒面金屬材料遺失和出現(xiàn)凹坑是齒面疲勞損傷的典型特征。

  按照ANSI/AGMA1010-E95, 點(diǎn)蝕分為宏觀點(diǎn)蝕和微點(diǎn)蝕兩大類。根據(jù)點(diǎn)蝕坑的形狀和大小,宏觀點(diǎn)蝕可以分為初期點(diǎn)蝕、擴(kuò)展性點(diǎn)蝕、片蝕或剝落。下列圖片顯示了在水泥行業(yè)回轉(zhuǎn)窯、球磨機(jī)和火電廠球磨機(jī)開式齒輪出現(xiàn)的各種點(diǎn)蝕具體形貌。

 
圖1  球磨機(jī)小齒輪根部的初期點(diǎn)蝕


圖2  回轉(zhuǎn)窯小齒輪根部的擴(kuò)展性點(diǎn)蝕


圖3  回轉(zhuǎn)窯大齒輪的擴(kuò)展性點(diǎn)蝕

 
圖4  球磨機(jī)小齒輪的擴(kuò)展性點(diǎn)蝕

圖5  球磨機(jī)小齒輪上的片蝕


圖5  回轉(zhuǎn)窯小齒輪上的片蝕

二、利用潤滑防止大型開式齒輪出現(xiàn)點(diǎn)蝕

  在齒輪的設(shè)計、制造階段,可以通過若干方法來降低齒輪出現(xiàn)點(diǎn)蝕的可能性,如加大齒輪嚙合角,變更齒輪傳動類型、輪齒表層或整體硬化處理、降低齒輪表面粗糙度等。但受限于制造成本加工能力,不可能完全消除點(diǎn)蝕出現(xiàn)的誘因。
在齒輪的使用過程中,通過有效的潤滑能夠防止早期點(diǎn)蝕的發(fā)生、抑制或緩解既有點(diǎn)蝕的發(fā)展。

  1、使用專用磨合潤滑劑降低齒面粗糙度,能夠有效防止早期點(diǎn)蝕的出現(xiàn)。

  大型開式齒輪的制造精度較低,在齒輪副投入使用的初期,由于齒輪嚙合面比較粗糙,存在局部高點(diǎn)接觸,這意味著過低的接觸面積和載荷集中,齒輪表面的高點(diǎn)上不可避免地會出現(xiàn)細(xì)微裂紋。此時選用合適的專用潤滑劑能夠及時消除裂紋,防止裂紋的持續(xù)發(fā)展。

  專用磨合劑在具備足夠潤滑性能的同時,利用內(nèi)含的特殊添加劑和固體添加劑,結(jié)合腐蝕和磨損功能,快速消除齒輪表面上參與嚙合的接觸高點(diǎn),細(xì)微裂紋也同時被清除。在齒輪副的運(yùn)行中,齒輪的表面粗糙度持續(xù)下降,載荷分布趨于均勻,出現(xiàn)裂紋的可能性也就持續(xù)降低,這表明專用磨合潤滑劑在降低表面粗糙度的同時,能夠有效的防止早期點(diǎn)蝕的出現(xiàn)。
克魯勃為開式齒輪提供最佳磨合潤滑方案,圖6a是某回轉(zhuǎn)窯開式齒輪投入使用前的齒面狀態(tài),圖6b是使用磨合潤滑劑Kluberfluid B-F1 Ultra 約5000小時的齒面狀態(tài)。

圖6a  某回轉(zhuǎn)窯開式齒輪使用前的齒面狀態(tài)


圖6b  某回轉(zhuǎn)窯開式齒輪磨合后的齒面狀態(tài)

  為更好的保護(hù)現(xiàn)場環(huán)境,順應(yīng)越來越高的環(huán)保意識,并進(jìn)一步提高磨合效果,克魯勃最新研制出新一代磨合潤滑劑Kluberfluid B-F2 Ultra,為潔凈、透明磨合潤滑脂,可以通過頻閃儀動態(tài)監(jiān)測球磨機(jī)齒輪狀態(tài),對于回轉(zhuǎn)窯這類慢速較慢的設(shè)備,即便是在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),也可通過肉眼觀察齒面狀態(tài)。該磨合劑同時適用于油浴、漿輪、循環(huán)潤滑、自動噴射等多種潤滑方式。

  2、使用高粘度的潤滑油能夠有效杜絕點(diǎn)蝕損傷的發(fā)生,并緩解既有點(diǎn)蝕的擴(kuò)展。

  若齒面已具備足夠的接觸比例,為防止齒輪的過度磨損,須及時將潤滑劑更換為操作潤滑油。高粘度操作潤滑油在保障潤滑狀態(tài)、降低齒輪磨損量的同時,能夠防止蝕損傷的發(fā)生,并緩解既有點(diǎn)蝕的擴(kuò)展。克魯勃提供透明、高粘度合成開式齒輪潤滑油系列,其中Kluberfluid C-F3 Ultra具有16500mm2/s@40℃ 的超高粘度。

  當(dāng)齒面上出現(xiàn)疲勞裂紋后,潤滑油就會侵入裂紋,粘度愈低的油,易侵入裂紋。潤滑油侵入裂紋后,在輪齒嚙合時,會在裂紋內(nèi)受到擠脹,從而加快裂紋的擴(kuò)展?;谏鲜龇治?,對于已出現(xiàn)早期點(diǎn)蝕的齒面,使用高粘度的潤滑劑,能夠有效抑制或緩解點(diǎn)蝕的擴(kuò)展。

  圖7顯示的是使用Kluberfluid C-F3 Ultra 近兩年的齒面狀態(tài)對比,表明在大的接觸壓力作用下,高粘度潤滑劑能夠有效抑制點(diǎn)蝕坑的出現(xiàn)。

圖7a  換用Kluberfluid C-F3 Ultra 時的齒面狀態(tài)


圖7b  換用Kluberfluid C-F3 Ultra 近2年后的齒面狀態(tài)

三、結(jié)束語

  對于齒面加工精度較低的大型開式齒輪,由于齒輪加工及安裝等原因,齒面載荷集中現(xiàn)象會經(jīng)常發(fā)生。如果齒輪副投入運(yùn)行后發(fā)生齒面載荷集中,疲勞裂紋就會在短時間內(nèi)出現(xiàn),若不及時采取針對性措施,裂紋的快速擴(kuò)展將導(dǎo)致齒面上點(diǎn)蝕坑數(shù)量上升和點(diǎn)蝕坑尺寸增大。在齒輪的磨合階段,采用克魯勃新一代環(huán)保、透明磨合潤滑劑Kluberfluid B-F2 Ultra在達(dá)到磨合、潤滑等基本目的的同時,能夠有效防止點(diǎn)蝕坑的出現(xiàn)。

  對于已經(jīng)過齒面磨合、接觸面積較大的齒輪,采用克魯勃全透明、高粘度合成開式齒輪潤滑油Kluberfluid C-F3 Ultra系列,可以防止點(diǎn)蝕的產(chǎn)生。對于已經(jīng)出現(xiàn)點(diǎn)蝕坑的齒面,使用Kluberfluid C-F3 Ultra也會抑制或緩解點(diǎn)蝕的擴(kuò)展。

  參考文獻(xiàn)

  [1] 《Appearance of Gear Teeth-terminology of Wear and Failure》, America National Standard.

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