工业齿轮传动装置的润滑

戚文正，顾晓宏，戚家伟

（1.郑州机械研究所有限公司齿轮传动公司，河南郑州 450001；2.国网河南省电力公司客户服务中心，河南郑州 450052）

0 引言

从摩擦学的观点来看，润滑剂也是一种零件，相对于一般机械零件来说，它是柔性的。在设计齿轮传动的时候，应该包括齿轮润滑剂的设计，这是一种新的设计观点，是齿轮传动设计的创新。随着齿轮装置朝着大功率、高性能、小体积的方向发展，齿面负荷增大，散热空间减小。为了延长齿轮装置的使用寿命，达到设计性能，齿轮的润滑就更加重要。润滑剂不但能降低摩擦、减少磨损、提高传动效率，还具有减振、降噪和散热的作用，是齿轮装置的“血液”。为此，各工业发达国家都十分重视研制开发齿轮油，研究其应用技术。

齿轮润滑与一般机械零件的润滑相比，具有很多特殊性，其特点是：

（1）渐开线齿轮的诱导曲率半径较小，形成油楔的条件差。

（2）齿面的接触应力较高，齿面的润滑大多处于边界润滑和混合润滑状态。

（3）齿面间存在滚动和相对滑动，且滑动的方向和大小急剧变化。

（4）润滑是断续的，每次啮合都要重新建立油膜，故形成油膜的条件较差。

（5）齿轮传递载荷大，摩擦热大，油温上升快，加速破坏油膜。

（6）齿轮的材料、热处理、机加工、装配及齿面形貌和性能等方面都会影响润滑。

基于上述特点，这就要求齿轮润滑油在齿轮传动中起到抗磨、减摩、冷却、防锈蚀、减冲振、降噪声以及冲洗杂质等作用。

1 国内外工业齿轮传动的润滑技术发展概况

目前，国际上齿轮润滑技术有以下三个特点和研究方向：

（1）润滑剂是齿轮装置的元件之一。齿轮润滑不再只关注齿轮，齿轮箱中与润滑相关的其它因素必须一同考虑。齿轮、润滑油、密封和其他的附加设备如油泵和散热器，这些影响润滑油的选择。大多数的闭式或半闭式齿轮箱只使用一种润滑剂来润滑齿轮、轴承、密封和泵，正确选用润滑剂及润滑方式是非常重要的。

（2）开发研制高品质的工业齿轮润滑油。

（3）制定标准，并根据技术发展不断修订、完善工业齿轮油选用方法，在工业生产中大力推广使用。

国际上先进的工业齿轮润滑标准由齿轮装置制造者、润滑油生产厂家和润滑油用户共同建立，以指导用户正确选用工业齿轮油，基于理论研究成果和工业实践经验，与最新的ISO 标准相匹配。工业齿轮油的应用技术研究主要体现在以下国家、公司制定的选油方法和规范中。

1.1 美国

美国齿轮制造者协会（AGMA）从1938 年开始研究、制订工业齿轮润滑标准。迄今为止，先后发布了AGMA 251.01（1946 年发布）、AGMA 251.02（1955 年发布）、AGMA 251.03（1972 年发布）、AGMA 251.04（1981 年发布）以及ANSI/AGMA 9005-D94（1994 年发布）多版标准，2008 年1 月又发布了ANSI/AGMA 9005—E02。

其中AGMA 9005—D94 替换了AGMA 250.04 和AGMA 250.02，再次包含闭式、开式工业齿轮内容。重型开式齿轮润滑方面反映出市场变化，其中融合现代科技的合成润滑油。合成润滑油被看作是一种独立分类的润滑油，它们具有特定属性。极压工业齿轮润滑油（EP）的升级反应出技术优势，不再推荐作为蜗轮蜗杆油使用。齿轮节圆线速度取代中心距作为润滑选择参数。

ANSI/AGMA 9005—E02 标准基于现代工业的理论和实践，尝试与现代ISO 标准相匹配，为工业齿轮润滑油终端用户和设备制造者选定润滑油，提供更有确定性的指导方针。该标准提供了润滑油粘度等级和性能水平，提供了系列化的表格来匹配设备形式、运行条件以选择合适的润滑油。鼓励终端用户多与设备制造商、润滑油供应商联系来获得最理想的润滑系统。

1.2 德国

德国在研究美国润滑标准的基础上，根据本国的基础研究和工业实践，于1976 年6 月发布了DIN 51509Teil1《齿轮润滑剂的选择》标准。该标准同时考虑了负荷与速度对选择齿轮油的影响，提出Stribeck 滚动压力的概念，比较科学。但是该标准没有给出齿面负荷与所选油品质量等级之间的关系。

1.3 其他国家

英国、日本、法国、波兰等都制订有自己的齿轮润滑标准，英国以David Brown 和BSI PAS4 为代表，日本是以钢铁企业标准为代表，法国以ATSF—FT 158 为代表，波兰以PN80/C 96058为代表。各国的齿轮润滑标准和规范虽有不同，但仍可归类于AGMA 和DIN 的体系。

1.4 国际标准

ISO/TC28/SC4/WG6 齿轮润滑标准把齿轮应力分为两个等级来对应油品的质量等级，但没有油品黏度的选择方法。各国各石油公司的产品类型不一样，管理体制也有区别，因此ISO 标准有必要笼统一些。即使是比较具体的AGMA 和DIN 标准，也都明确指出要首先按照齿轮制造者的意见选油。

ISO/WD 13593《闭式齿轮传动的工业应用》（1997 版本）对齿轮润滑剂及齿轮合理润滑技术作了较为详细、科学的规定。

1.5 中国

我国的工业齿轮润滑技术是随着国家“六五”计划快速发展起来的。目前我国已能生产世界最高规格的工业齿轮油和车辆齿轮油，并于1990 年1 月制定发布了ZBJ 17003—1989《工业齿轮润滑油选用方法》。伴随工业齿轮油的升级换代及润滑油、添加剂新技术的发展，我国于2000 年参照ANSI/AGMA9005-D94 标准对原ZBJ 17003—1989 标准进行修订，修订后的标准为JB/T 8831—2001《工业闭式齿轮的润滑油选用方法》，于2001 年发布，实施至今。

2 美国国家标准ANSI/AGMA 9005—E02 简介

ANSI/AGMA 9005—E02《工业齿轮的润滑》包含了闭式和开式齿轮的润滑，与AGMA 标准中的设计与校核一致。齿轮类型包含金属齿轮、直齿轮、斜齿轮、人字齿和螺旋锥齿轮、蜗轮蜗杆传动。这些指导方针不适用于非金属齿轮。

（1）飞溅润滑受齿轮节圆线速度的限制，适用于齿轮传动节线速度低于15 m/s 和蜗杆传动节线速度低于10 m/s 的工况。因为在高转速下润滑剂被甩开，不能到达齿轮啮合点。尽管如此，随着齿轮设计的集成化发展，飞溅润滑已可以在齿轮节线速度25 m/s 以下运用，惰轮浸油润滑限制齿轮节线速度为1.5 m/s以下。

（2）重力给油和强制滴油润滑包含一个或者多个油壶或者油棚盘，在一个设定的频率下使油滴入齿轮啮合点。该润滑方式限定在齿轮节线速度＜7.5 m/s 的条件下应用。

（3）手动或刷油润滑适用于轻载荷开式齿轮条件，通过观察齿轮来决定是否需要润滑。

（4）喷油润滑适用于齿轮节线速度大于15 m/s、蜗杆传动节线速度大于10 m/s 的工况。喷油润滑使用有压力的润滑油，连续或者间断的供应来对轮齿润滑。

3 建议

JB/T 8831—2001《工业闭式齿轮的润滑油选用方法》已发布实施近二十年，考虑到美国最新发布了ANSI/AGMA 9005—E02《工业齿轮的润滑》国家标准，建议参照美国ANSI/AGMA 9005—E02 尽快修订JB/T 8831—2001 选油标准，以符合国际上最新的、技术上更先进合理的工业齿轮油应用技术。继续完善提高我国工业齿轮润滑油的品种质量。

目前，润滑油添加剂的种类不断完善，添加剂的性能不断提高，添加剂的复配技术不断发展提高，国际上工业齿轮油的发展趋势是向节能型、多用途、低粘化、合成型齿轮油及重视环保节能方向发展。在齿轮传动装置的设计计算中，润滑是一个重要的影响因素。设计人员需要掌握先进的润滑技术，根据齿轮的使用条件，正确选择润滑油及润滑方式。进一步做好高档工业齿轮润滑油的推广应用和技术服务工作，可以更好地解决国内各行业引进的关键齿轮传动装置用油国产化问题。