齿轮润滑油的分类及设计选择

齿轮润滑油对于齿轮的接触疲劳寿命、效率、磨损、胶合等有重要的影响。使用高粘度的润滑油,具有更高的承载能力,但会增加齿轮啮合损失,使用低粘度的润滑油,齿轮啮合效率更高,但承载能力降低,所以润滑油的选择对齿轮箱设计来说至关重要。那么常用的齿轮润滑油有哪些常用分类,我们设计应该如何选择呢?
齿轮润滑油的分类及设计选择

1、齿轮润滑油分类

1.1工业闭式齿轮润滑油分类

  • 根据基础油的不同,可将润滑油分成矿物油和合成油。矿物油是从石油中提炼出来的,经过原油的常压和减压分馏等一系列工艺得到。合成油是通过化学合成方法制备而成的润滑油,通常使用聚α-烯烃(PAO)或人工合成的酯类作为基础油。
  • 根据GB/T7631.7 低速工业闭式齿轮油分为以下5类(齿轮节圆线速度≤25m/s):

a.L-CKB工业齿轮油(抗氧防锈工业齿轮油)

该油品为精制矿物油,具有抗氧、抗腐(黑色和有色金属)和抗泡性,适用于在轻负荷下运转的齿轮。

b.L-CKC工业齿轮油(中负荷工业齿轮油)

该油品是在L-CKB油的基础上,提高其挤压和抗磨性。适用于保持在正常或中等恒定油温和中等负荷下运转的齿轮。

c.L-CKD工业齿轮油 (重负荷工业齿轮油)

该油品是在L-CKC油的基础上,提高其热/氧化安定性。能使用于较高的温度。适用于在高的恒定油温和重负荷下运转的齿轮。

d.L-CKS工业齿轮油 (极温工业齿轮油)

该油品是由合成油或含有部分合成油的精制矿油制成,加人抗氧剂、抗磨剂和防锈剂。适用于在更低的、低的或更高的恒定油温和轻负荷下运转的齿轮。

e.L-CKT工业齿轮油 (极温重负荷工业齿轮油)

该油品是由合成油或含有部分合成油的精制矿油加入极压、抗磨剂和防锈剂而制成。具有抗氧、 防锈、抗磨和高低温性能。适用于在更低的、低的或更高的恒定油温和重负荷下运转的齿轮。

(油的恒定温度或环境温度:更低温——<-34℃;低温——-34~-16℃;正常温度——-16~70℃;中等温70~100℃;高温——100~120℃;更高温——>120℃)

1.2 高速齿轮润滑油分类

  • 根据JB/T 8831-2001,高速齿轮传动通常使用各种汽轮机油来润滑,我国常用高速齿轮润滑油分为以下4类(齿轮节圆线速度>25m/s)

a.L-TSA汽轮机油 (防锈汽轮机油,GB 11120)

该油品以深度精制、脱蜡的润滑油组分为基础油,加人抗氧、防锈、抗泡添加剂调合而成,具有优良的润滑性、冷却性、抗氧性、防锈性、抗乳化性、防腐性及抗泡性。适用于发动机、工业驱动装置及其相配套的控制系统及不需改善齿轮承载能力的船舶驱动装置。

b.抗氨汽轮机油 (SH0362)

该油品以精制矿油或低温合成烃润滑油为基础油,加人抗氧、防锈、抗泡等添加剂调合而成,除满足防锈汽轮机油的性能要求外,还具有良好的抗氨性。适用于大型合成氨化肥装置离心式合成气压缩机、冷冻机及汽轮机组的润滑与密封。

c.L-TSE汽轮机油(极压汽轮机油)

极压汽轮机油是指在满足防锈汽轮机油质量指标的基础上.增加FZG齿轮承载能力不小于9级的指标要求。

1.3 齿轮润滑油粘度等级分类

  • 根据润滑油的粘度等级(v40℃)分类,工业闭式齿轮油分为68、100、150、220、320、460和680共7种;汽轮机油分为32、46、68和100共4种。

1.4 车辆齿轮油分类

  • 根据GB/T28767-2012 车辆齿轮油按质量等级可以分为以下4种:
a.GL-3 适用于速度和负荷比较苛刻的汽车手动变速器及较缓和的螺伞齿轮驱动桥。
b.GL-4 适用于速度和负荷比较苛刻的螺伞齿轮和较缓和的准双曲面齿轮,可用于手段变速箱和驱动桥。
c.GL-5适用于高速冲击负荷、高速低扭矩和低速高扭矩下操作的各种齿轮、特别是准双曲面齿轮。
d.MT-1适用于在大型客车和重型卡车上使用的非同步手动变速器。该类润滑剂对于防止化合热降解、部件磨损及油封劣化提供保护,这些性能是GL-4和GL-5要求的润滑剂所不具有的。
  • 根据GB/T 17477-2012汽车齿轮润滑油按粘度可分为含字母W和不含字母W的两组粘度等级系列。含字母W的表示冬季用油,以低温粘度达150000mPa.s时的最高温度和100℃时最小运动粘度划分,有70W、75W、80W、85W。不含字母W的表示夏季用油,以100℃时运动粘度划分,有80、90、110、140、190、250。也可以两组等级组合,属于冬夏通用齿轮油,常用的有75W/90、80W/90、85W/90和85W/140。

2、齿轮润滑油的设计选择

2.1 润滑油种类的选择

a.根据齿面接触应力和齿轮使用工况进行选择,对于低速工业闭式齿轮箱,可按下表选择(参考JB/T 8831):

齿轮润滑油的分类及设计选择

b.对于高速齿轮润滑油的选择,根据AGMA接触载荷系数K(参考本公众号文章《AGMA标准中两个载荷系数及应用》)和齿轮使用工况,可按下表选择(参考JB/T 8831):

齿轮润滑油的分类及设计选择

2.2 润滑油粘度的选择

a. 根据节圆线速度和工作环境温度,对于工业闭式齿轮箱,可按下表选择(参考JB/T 8831):

齿轮润滑油的分类及设计选择

b. 对于节圆线速度在1m/s~30m/s,运行温度范围在10℃~100℃的工业齿轮箱,润滑油粘度的选取可参考AGMA 9005-E02,这里不详细赘述。但需注意是,对于多级齿轮箱,润滑油粘度的选取应参考低速级齿轮的节圆线速度。高速级齿轮的节圆线速度不应高于35m/s。

c. 对于线速度大于35m/s的工业齿轮箱,AGMA6011 推荐使用四种粘度的高速齿轮润滑油,分别是ISO VG32,ISO VG46,ISO VG68和ISO VG100。具体粘度等级选择可依据低速级节圆线速度采用下式计算进行选择:

齿轮润滑油的分类及设计选择

式中:

齿轮润滑油的分类及设计选择— 润滑油40℃时的运动粘度,mm2/s;

齿轮润滑油的分类及设计选择 — 低速级齿轮的节圆线速度,m/s。

2.3 其他润滑油选择的设计考虑

1)从齿轮接触疲劳强度方面考虑,合成油的强度要优于矿物油,根据ISO6336标准,合成油可提高强度1.1倍;
2)从齿轮胶合承载能力方面考虑,润滑油的抗胶合FZG载荷级,应能满足齿轮使用工况的要求;
3)对于低速重载的齿轮传动,润滑油的抗微点蚀FZG载荷级,应能满足齿轮使用工况的要求;
4)对于高速齿轮箱,AGMA标准推荐润滑油粘度指数应为90以上,且FZG失效载荷级应大于等于6级。(粘度指数表示一切流体粘度随温度变化的程度,粘度指数越高,表示流体粘度受温度的影响越小。)
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