润滑条件对齿轮传动效率的影响∗

黄 清，高中庸，成小飞

（广西科技大学机械工程学院，广西柳州 545006）

润滑条件对齿轮传动效率的影响∗

黄 清，高中庸，成小飞

（广西科技大学机械工程学院，广西柳州 545006）

以直齿圆柱齿轮减速器为研究对象，在包括干摩擦在内的不同润滑条件运用转矩转速传感器测试齿轮传动效率，对比分析试验结果可知，润滑有助于提高齿轮传动效率，在普通润滑油中加入合适比例的添加剂可使效率提高更加明显，加入添加剂的润滑方法操作简单，容易实施，应广泛推广。

干摩擦；润滑油；添加剂；转矩转速传感器

1 试验装置及原理

齿轮传动是一种重要的传动方式，在我们的日常生活中普遍存在。因此提高齿轮的传动效率具有非常重要的意义。笔者通过试验的方法验证不同润滑条件对直齿圆柱齿轮传动的啮合效率［1］的影响。

试验装置主要由机械传动装置、联轴器动力输出装置、加载装置、控制及测试软件和计算机等组成，本试验变频调速、加载均采用程控调节，扭矩测量卡替代扭矩测量仪、同步采样输入输出端的扭矩、转速及功率，使得所测试验数据更加精确，其工作原理系统如图1。

传感器1用于测量被测传动机构输入端的转速n1和输入转矩M1；传感器2用于测量被测传动机构输入端的转速n2和输入转矩M2。可以通过计算得出被测传动机构的效率［2－3］，η＝n2·M2／n1·M1。

图1 效率试验台结构简图

2 主要技术指标

2.1 动力部分

三相感应变频电机：额定功率0.55 kW；同步转速1 500 r／min；输入电压380 V。

变频器：输入规格 AC 3PH 380～460 V 50／60 Hz；输出规格AC 0～240 V 1.7 kVA 4.5 A；变频范围2～200 Hz。

2.2 测试部分

ZJ10型转矩转速传感器：额定转矩10 N·m；转速范围0～6 000 r／min；

ZJ50型转矩转速传感器：额定转矩50 N·m；转速范围0～5 000 r／min；

TC－1转矩转速测量卡：扭矩测试精度 ±0.2% FS；转速测量精度±0.1%；

PC－400数据采集控制卡。

2.3 被测部分

直齿圆柱齿轮减速器：减速比1∶5；齿数Z1＝19，Z2＝95；法向模数mn＝1.5；中心距a＝85.3 mm。

2.4 加载部分

FZ－5F法兰式磁粉制动器：额定转矩50 N·m；激磁电流2 A；也许滑差功率1.1 kW。

3 试验数据

本试验是研究不同润滑方式对齿轮传动机构效率的影响，主要采用三种不同的润滑条件：干摩擦、68＃润滑油、68＃润滑油＋P4、LS［4－5］（P4、LS为添加剂代号）。其中：n1为输入转速；M2为输出转矩。试验所测得数据如表1～3所列。

表1 干摩擦时机构不同转矩和转速的效率／（N·m）

表2 68＃油润滑时机构不同转矩和转速的效率 ／（N·m）

表3 68＃油＋添加剂P4＋LS时机构不同转矩和转速的效率 ／（N·m）

4 试验结果对比分析

采用控制变量的方法对试验结果进行对比分析，以转矩的大小作为横轴，效率的高低作为纵轴建立直角坐标系，将试验在同一转速下的数据用描点法在坐标轴上描点，绘制曲线，曲线直观清晰的反映了三种不同润滑方式对机构效率的影响情况，具体效果如图2～6所示。

图2 转速500 r／min时不同润滑方式对效率的影响

图3 转速750 r／min时不同润 滑方式对效率的影响

图4 转速1 000 r／min时不同润滑方式对效率的影响

图5 转速1 200 r／min时不同 润滑方式对效率的影响

图6 转速1 500 r／min时不同润滑方式对效率的影响

根据高中庸教授曾提出轮齿啮合过程中相对滑行行为的突然产生与消失导致摩擦力突变，可以通过某种润滑措施来减小摩擦力，从而降低摩擦激励的幅值，达到抑制齿轮振动，提高传动效率的目的［6－9］。本研究采用极压添加剂，其分解出的活性元素与摩擦副表面生成较厚的稳定金属化学反应膜，可防止金属表面擦伤。由于金属膜本身剪切强度低，因而减摩性能好，能很好的控制摩擦自激振动提高传动效率［5］。试验结果也验证了高中庸教授认为轮齿在啮入与啮出瞬间，最大相对滑动速度所形成的摩擦不仅造成摩擦激励，而且对传动效率有很大影响。

5 结 论

通过对比分析直观反映出用68＃油润滑的机械效率高于干摩擦时的效率，而在68＃油中添加合适比例的添加剂使得试验效果更加明显。

干摩擦是齿轮传动中绝不允许出现的工作状态，摩擦副在无任何润滑剂时直接接触，表面间微凸体通常呈局部点接触状态［5］。在外界载荷作用下，接触点处应力很可能超过材料的屈服强度而发生塑性变形或局部断裂，轻则增加机械设备的动力消耗，降低零部件的使用寿命；重则会造成设备报废，导致难以挽回的经济损失。最常用的润滑方式就是使用市场上购买的普通润滑油，普通润滑油可以减小像干摩擦那样对设备的损耗，但在不同的工作环境工作状态下，普通润滑油对机械传动效率的提高不是很明显。在这种情况下，可以根据不同工况添加适当的添加剂，如添加极压剂、增黏剂、抗磨剂、抗氧化剂、抗腐蚀剂等。本试验很好的验证了合适的添加剂对提高机械效率的显著作用。

［1］ 杨武山，廖汉元.直齿圆柱齿轮传动的啮合效率分析［J］.武汉交通科技大学学报，1998（6）：617－619.

［2］ 姚建初，陈义保，周 济，等.齿轮传动啮合效率计算方法的研究［J］.机械工程学报，2001，37（11）：18－21.

［3］ 曹仁军，杨化书，张伟军.齿轮啮合侧隙对系统的静差影响［J］.机械，2006（6）：9－11.

［4］ 高中庸，高尚晗，李宝灵，等.正交试验法在润滑剂配制中的应用［J］.润滑与密封，2003，28（6）：9－11.

［5］ 高中庸.涂油降噪理论与实践［M］.北京：科学出版社，2009.

［6］ 罗玉军，高中庸，朱 萍.基于润滑降噪实验的车床挂轮噪声分析［J］.润滑与密封，2006，179（7）：155－157.

［7］ 张文祥，陶升远.减速器效率及其测算［J］.机械传动，1994，18（3）：30－33.

［8］ 韩永杰.齿轮润滑试验台研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学：2009.

［9］ 江茂修.与摩擦和润滑相关技术发展动态概述［J］.润滑油.1999（4）：7－13.

Influences on the Efficiency of Mechanical Transmission by Lubrication Conditions

HUANG Qing，GAO Zhong－yong，CHENG Xiao－fei
（College of Mechanical Engineering，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou Guangxi 545006，China）

Taking the reducer with straight spur gear as the research object，the efficiency test of the set is conducted by dif⁃ferent kinds of lubrication conditions，including the conditions of dry friction with the help of torque and revolution speed trans⁃ducer.The contrastive analysis of experimental results indicates that the lubrication contributes can improve the efficiency of mechanical transmission，much obvious improvement of efficiency on mechanical transmission could be achieved if appropriate additive is added.The kind of method is simple to operate and carriy out easily，which is popularized.

dry friction，lubrication oil，additive，torque and revolution speed transducer

TH117.2

A

1007－4414（2013）04－0064－02

2013－06－05

黄 清（1988－），男，湖北宜昌人，硕士，研究方向：摩擦自激振动与噪声控制。