潤滑對開式齒輪點蝕損傷的影響

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)輪齒的實際機(jī)加工條件和運行工況，采取有針對性的潤滑方案，點蝕的形成和點蝕的后續(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，能夠有效杜絕點蝕損傷的發(fā)生，并緩解既有點蝕的擴(kuò)展。

一、點蝕的形貌

　　齒輪在運轉(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, 點蝕分為宏觀點蝕和微點蝕兩大類。根據(jù)點蝕坑的形狀和大小，宏觀點蝕可以分為初期點蝕、擴(kuò)展性點蝕、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)的各種點蝕具體形貌。

 
圖1  球磨機(jī)小齒輪根部的初期點蝕

圖2  回轉(zhuǎn)窯小齒輪根部的擴(kuò)展性點蝕

圖3  回轉(zhuǎn)窯大齒輪的擴(kuò)展性點蝕

 
圖4  球磨機(jī)小齒輪的擴(kuò)展性點蝕

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蝕的發(fā)生、抑制或緩解既有點蝕的發(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，細(xì)微裂紋也同時被清除。在齒輪副的運行中，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蝕損傷的發(fā)生，并緩解既有點蝕的擴(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，并緩解既有點蝕的擴(kuò)展?？唆敳峁┩该?、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。基于上述分析，對于已出現(xiàn)早期點蝕的齒面，使用高粘度的潤滑劑，能夠有效抑制或緩解點蝕的擴(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)致齒面上點蝕坑數(shù)量上升和點蝕坑尺寸增大。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，可以防止點蝕的產(chǎn)生。對于已經(jīng)出現(xiàn)點蝕坑的齒面，使用Kluberfluid C-F3 Ultra也會抑制或緩解點蝕的擴(kuò)展。

　　參考文獻(xiàn)

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

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