浅谈蜗轮蜗杆传动中的润滑

杨乾坤

摘 要：轮蜗杆传动装置由于结构紧凑、传动比大、传动平稳等优点，获得了广泛应用。但由于它的传动效率偏低，容易发热，易发生胶合等失效问题。一旦润滑不佳，蜗轮蜗杆副发生磨损，会造成较软的蜗轮齿面材料的快速剥落，同时引起功率损失增加，振动、噪声增大。因此，使用性能优良的润滑油就成为解决问题的关键，它能提高蜗轮蜗杆传动的效率，并抑制磨损速度。

关键词：蜗轮蜗杆传动;润滑

现代社会，润滑剂应用领域十分广泛，几乎所有运动的设备都需要润滑。国际权威机构测算，世界能源的 30%～50%消耗于摩擦磨损，60%以上的机械材料损耗于磨损，而且 50%以上的机械装备恶性事故都起因于润滑失效造成的过度磨损。研究和实践证明，采用先进润滑技术，可减少摩擦磨损，降低机械装备恶性事故的发生概率，实现直接节能，为产业链的各个环节创造价值并提高经济效益。擦学在经济社会具有增效、节能、节材，使资源充分利用，优化环境和保障安全的作用，并能产生巨大的社会效益和经济效益。

1蜗轮蜗杆传动的发展及其机械特性

蜗轮蜗杆传动是主要的传动方式之一，用以传递空间交错的两轴之间的动力和运动。从二十世纪 20 年代起，蜗轮蜗杆传动技术及其啮合理论得到了迅速地发展，对已有的蜗轮蜗杆副进行了改进，提高了承载能力、使用寿命和传动效率，同时发明了很多新型蜗轮蜗杆传动。如二次包络尼曼圆柱蜗杆副、偏置蜗杆副、圆弧圆柱蜗杆及其各种变化形式，为蜗杆传动技术的发展开辟了道路。五十年代初西德 Flender 公司把尼曼教授“凹面齿圆柱蜗杆副”的研究成果以“CAVEX”商标投放市场，六十年代日本三菱公司购进西德“CAVEX”型蜗轮蜗杆专利，从此两国对“CAVEX”型蜗轮蜗杆不断改进，水平不断提高，在国际市场上有较强的竞争力。包络环面蜗杆传动近年来在我国发展十分迅速，其中尤以平面一次包络和二次包络环面蜗杆传动最为突出。1971 年我国冶金部门创制成功的平面二次包络环面蜗杆传动，具有承载能力大、传动效率较高和蜗杆可以磨削等优点。现已大量应用于冶金设备，并在造船、采矿、机械、建筑、天文等各个行业中使用，受到普遍欢迎。表明我国的蜗杆制造水平已达到了一个新的阶段。

蜗轮蜗杆传动具有以下的特征：①它是一种特殊的交错轴斜齿轮传动，交错角为Σ=90°，传动比大，且准确。②它具有螺旋传动的某些特点，蜗杆相当于螺杆，蜗轮相当于螺母，蜗轮部分地包容蜗杆。蜗杆材料、蜗轮材料不仅要求具有足够的强度，更重要的是要具有良好的跑合性能、耐磨性能和抗胶合性能。蜗轮蜗杆传动常采用青铜或铸铁作蜗轮的齿圈，与淬硬并磨制的钢制蜗杆相匹配。③传动平稳，无噪声。因蜗杆与蜗轮齿的啮合是连续的，同时啮合的齿对较多。 ④当蜗杆的螺旋升角小于啮合面的当量摩擦角时，可以实现自锁。⑤传动效率比较低。⑥因啮合处有较大的滑动速度，会产生较严重的摩擦磨损，引起发热，使润滑情况恶化，所以蜗轮一般常用青铜等贵重金属制造。

2蜗轮蜗杆传动对润滑的要求

蜗杆传动由于齿面间的滑动较大且齿的接触时间比齿轮传动相对较长，摩擦磨损情况突出。因此，不宜采用一般齿轮油来润滑。一般要求油的粘度较大，并有较高的粘度指数，油性要好，且含有某些特殊添加剂。总的要求有以下几点：①润滑油要有良好的减摩特性，摩擦系数要小。②在较高温度时要有好的抗氧化老化性能，油的安定性要好。③添加剂要适合钢-铜摩擦副的特殊要求。④油在低温时要有良好的流动性，亦即倾点要低。这一点对于蜗轮蜗杆传动常用高粘度的润滑油来说尤其重要，因为当环境温度低于零度以下時，蜗轮蜗杆传动起动过程中由于油的凝固，将造成啮合区缺油现象，产生严重事故。⑤既要有好的抗极压性能和减摩、抗磨性能，还要对铜不起腐蚀作用。适用于钢对钢齿轮副的极压润滑油对钢制齿面的点蚀和瞬时高温胶合有抑制作用，但对蜗轮蜗杆副未必有针对性。因为钢与铜的接触和胶合机理与之不尽相同，且常用的硫、磷、氯型添加剂对青铜具有很强的腐蚀性，易促使蜗轮齿面产生腐蚀、微孔和白斑、绿斑，反而使磨损增加。因此，蜗轮蜗杆润滑油在配制时对基础油和添加剂的复合、选配就较复杂些。国外的蜗轮蜗杆润滑油从一般的含有脂肪油、合成脂肪油来满足高滑动率传动的特点之外，还增加了综合磨损指数这一项要求和一些特殊添加剂的要求。国外规格中还明确规定了硫等元素的含量，以避免对铜蜗轮的腐蚀。

3 蜗轮蜗杆润滑油的现状和发展趋势

目前，国内外主要用下列品种的润滑油供蜗轮蜗杆传动润滑：

①复合油：它是以矿物油为基础油，加入 3%～10%的动物脂肪油或合成脂肪油复合而成。它的特点是摩擦系数小，有利于防止发热过高，适用于蜗轮蜗杆传动的润滑;②极压型蜗轮蜗杆润滑油：它是以矿物油为基础油，加入极压抗磨剂、油性剂等添加剂调配而成。主要适用于承受重负荷、传动中有振动和冲击负荷的蜗轮蜗杆副的润滑;③合成型蜗轮蜗杆润滑油：这类油由聚乙二醇有机化合物合成，具有较低的摩擦系数，可降低蜗杆、蜗轮的摩擦磨损，提高效率，抗老化能力强，可承受较高的工作温度， 温度范围宽（-30℃～+100℃），倾点低，便于低温下启动。此外，合成油的使用寿命较长，可延长换油期;④极压工业齿轮油（矿物油系）;其中聚乙二醇润滑油是国外蜗轮蜗杆生产商主要推荐产品，而国外企业在设备维护过程中也大量的使用此类润滑油。我国对蜗轮蜗杆润滑油的研究始于 1977 年，那时的改进措施还只是提高油的粘度，后来又进行了在基础油中加入动物脂肪、合成脂肪的研究，先后研制出了具有团际水平的蜗轮蜗杆润滑油系列产品。我国目前将蜗轮蜗杆润滑油分为普通型（L2CKE）和极压型（L2CKE/ P） 两大类。相当于国外的复合油和极压型蜗轮蜗杆润滑油。合成型蜗轮蜗杆润滑油即聚乙二醇润滑油在国内蜗轮蜗杆传动润滑中使用还很少。而国内大多数企业在设备维护方面，由于矿物油价格低廉，从而主要使用它作为蜗轮蜗杆的润滑油。总体而言，目前，主要的蜗轮蜗杆传动使用的润滑油可归为三种，即矿物油、合成烃和聚乙二醇。

众所周知，润滑与机械设备运转息息相关，是保证和改进机械设备高效、正常、长期运转的基本手段，是机械运转的命脉。失去了润滑就没有机械设备的存在。因此，各国都十分重视先进合理润滑技术的开发和利用。

参考文献：

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[2] 洪家娣、肖文林、王统.润滑油对蜗杆传动效率影响的研究[J].机械设计与研究，1997，（3），19-21.