齿轮工作所需润滑油量计算及设计考虑

我们知道齿轮的油润滑方式通常有搅油润滑（油浴润滑）和强制润滑（循环油润滑）两种方式。齿轮工作所需油量主要有润滑和冷却两个方面的作用，其中齿轮润滑所需油量较少，约占总油量20%左右；大部分润滑油量主要用于齿轮的冷却，带着其工作产生的热量，约占总油量的80%左右。油量过少会导致齿轮润滑不足，容易引起齿轮早期失效或磨损，油量过多会增加搅油损失，降低齿轮箱的效率，那么我们在齿轮箱设计时，齿轮的润滑油量是如何确定的呢？

1）搅油润滑的油量

搅油润滑通常是以齿轮箱箱体作为油箱，部分大齿轮浸入油中一定深度，靠齿轮旋转飞溅起来，润滑齿轮箱内的各齿轮和轴承运动部件。搅油润滑常用于线速度较低的应用场合，线速度一般小于15m/s时，可采用搅油润滑。

搅油润滑所需的油量一般是按照经验首先确定一个浸油深度。根据相关文献，当齿轮节圆线速度v＜3m/s时，浸油深度为3~6倍模数。当节圆线速度大于3m/s时，浸油深度为1~3倍模数。对于多级齿轮箱，可以考虑各级齿轮分别浸没在不同的可以溢流的分隔室中。

搅油油量初步确定后，最后需通过润滑仿真分析来确定油量是否满足齿轮箱内各部件的润滑要求，比如轴承，其他未浸入油内的齿轮副的润滑。目前主流的方法一般采用无网格粒子法进行润滑仿真，主要的软件有：Particleworks、PreonLab、shonDy、nano-fluidX等。

2）强制润滑的油量

强制润滑通常有一套润滑系统，包括润滑油泵，过滤器和冷却器等，润滑油通过油泵，经过滤器，冷却器、最后由润滑管路带到齿轮或轴承处提供润滑，油箱可以集成在齿轮箱壳体内或者使用独立的油箱。

前面我们已经提到，齿轮正常工作所需的润滑油主要用于齿轮的润滑和冷却，且大部分的润滑油是用于冷却。那么基于此考虑，强制润滑中齿轮的润滑油量可以通过计算齿轮的热损失（包括啮合损失和搅油风阻损失），然后再根据热平衡条件计算将齿轮热损失平衡所需的润滑油量。

a、齿轮的啮合损失计算，可根据ISO14179，由下式计算齿轮副的啮合损失P_Mi

啮合摩擦系数

K系数

啮合机械效率  

啮入点滑动比：

啮出点滑动比：

其中：

b、 齿轮搅油风阻损失

齿轮的搅油风阻损失由以下三种类型的损失组成，大轮和小轮的搅油风阻损失需要单独进行计算。

一是光滑轴的损失：

二是圆盘两个侧面的损失:

三是齿面的损失:

小轮或大轮的搅油风阻损失：

式中：

最后我们可以得到齿轮副的总的功率损失Pz由三部分组成：一是齿轮副的啮合损失；小轮的搅油风阻损失P_Gwp和大轮的搅油风阻损失P_Gww。

Pz=P_Mi+P_Gwp+ P_Gww

c、齿轮润滑的油量计算

根据上面计算得到的齿轮副的总功率损失，假定齿轮副产生的所有的热量都由润滑油带着，那么根据热平衡，齿轮副所需的润滑流量可由下式计算：

润滑油的温升，不同的行业应用要求不一样，可参考下列表格取值：

3）其他设计注意事项

a、ISO14179的齿轮效率计算公式，适用于线速度小于25m/s的情况；

b、搅油润滑的加油量需要考虑到不同转速工况下，齿轮或轴承的润滑要兼顾；

c、 强制润滑下，齿轮副的喷油量，建议每毫米齿宽至少要有0.05L/min的油；

d、喷油压力通常在0.1~0.35Mpa之间，线速度越越高，要求喷油压力越高，但应注意密封件的泄露风险；

e、喷油方向，根据不同线速度，喷油润滑方向可参考下表：