普通圆柱蜗轮蜗杆传动中的润滑油粘度

王　禹

（天津开发区蜗轮传动开发中心有限公司，天津 300457）

普通圆柱蜗轮蜗杆传动中的润滑油粘度

王禹

（天津开发区蜗轮传动开发中心有限公司，天津 300457）

本文对润滑粘度在普通圆柱蜗轮蜗杆传动中的重要作用进行了初步阐述，给出了润滑油粘度选择标准。

润滑油粘度 油膜 膜厚比 粘度比 圆柱蜗轮蜗杆

机械传动中，润滑油选择合适与否直接影响机械产品的使用寿命，而润滑油粘度是一个很重要的指标，如何合理选择润滑油的粘度是本文将要讨论的内容。本文主要对采用浸油润滑时，润滑油粘度对蜗轮蜗杆的使用寿命及蜗轮蜗杆上轴承寿命的影响进行简单分析。

1　润滑油粘度对蜗轮蜗杆使用寿命的影响

许多研究表明，齿面间疲劳点蚀寿命取决于最小油膜厚度hmin和齿面综合粗糙度σ的比值，即膜厚比λ=hmin/σ。当λ≥3时，通常不会发生齿面点蚀和胶合失效，从而有效发挥蜗轮蜗杆的传动效率。从上述阐述中可见，在保证加工产品齿面粗糙度的同时，最小油膜厚度hmin将决定产品的使用性能及寿命，而影响最小油膜厚度hmin的最重要参数为润滑油粘度。

在普通圆柱蜗轮蜗杆传动中，油膜厚度可用下列公式计算

其中，h*为传动系数，此系数与蜗杆齿形、中心距、蜗杆头数、蜗轮齿数、变位系数、齿宽有关；ca为润滑油类型系数，矿物油ca=1.7× 10−8，聚乙二醇ca=1.3× 10−8；为动力粘度；n1为蜗杆转速，r/min；a为中心距，mm； Ered为当量弹性模量，N mm2；T2为输出扭矩，Nm；其中，动力粘度的计算为，vm为润滑油在啮合表面温度下的运动粘度，mm2s；为蜗轮副啮合表面温度下润滑油密度，kgmm3，；为15度下润滑油密度，kg mm3；k为润滑油类型系数，矿物油，聚乙二醇。

2　润滑油粘度对轴承寿命的影响

润滑油粘度不仅对蜗轮蜗杆齿面啮合意义重大，而且影响蜗杆副上轴承的寿命。下列介绍计算轴承寿命方法，并明确阐述这一问题。

国际上，最新轴承寿命的计算方法如下：

a1为可靠性修正系数，最新的可靠性系数见表1。

表1　可靠性寿命修正系数a1

aISO为基于寿命计算系统逼近的寿命修正系数。此系数除受轴承型式、疲劳载荷及轴承载荷的影响外，还考虑了如下因素：

（1）润滑（如润滑剂类型、粘度、轴承转速、轴承尺寸，润滑油添加剂）；

（2）环境（如污染等级、密封）；

（3）污染物颗粒（与轴承有关系的硬度及颗粒尺寸、润滑方法、过滤方式）；

（4）安装（安装过程中清洁度）；

Cu为疲劳载荷极限，每个供应商的各个型号均是不一样的，使用时需向轴承供应商索取此值；P为当量动负荷；DPW为轴承的平均直径；n为轴承转速；k为粘度比，v为实际运行温度下，润滑油运动粘度值；v1为参考运动粘度值，由下式求得：

从上面参数描述可以看出，润滑油粘度对于轴承寿命修正系数乃至轴承寿命都有着很重要的作用。根据蜗轮蜗杆传动常用结构，一般常选用向心滚子类轴承，包括圆柱滚子轴承及圆锥滚子轴承。通过上述参数可以具体推导出下列公式并进行计算，从而更明确地知道润滑油粘度及粘度比和轴承寿命修正系数的关系。

表2　污染系数ec

当采用其他类型轴承时，ISOa的计算公式请参考国际标准ISO281或者国家标准GB/T6391，此处不再赘述。

对于k＞4的情况，计算时按k=4进行；

考虑到实际运用，aISO的最大极限值不应超过50，即aISO≤50。

3　润滑油粘度在实际中的应用

3.1对蜗轮蜗杆磨损的影响

由于蜗轮最终序一般为滚齿序，相对于齿轮磨齿工序的劣势，使得其表面粗糙度较低。天津开发区蜗轮传动开发中心有限公司目前最高的加工粗糙度可达到Ra1.6。因此，对于蜗轮蜗杆啮合来讲，润滑油一般需要选择至少粘度在VG220以上的蜗轮蜗杆合成润滑油，并且在减速器出厂或使用前进行初期跑合，从而使减速器达到最佳的使用性能。粘度较高减少了齿面粗糙度较低带来的直接磨损，有利于形成较厚的油膜，但同时需要注意润滑油粘度较高会伴随搅油损失，降低减速器的效率。所以，合理选择润滑油及润滑油粘度对于蜗轮蜗杆传动具有重要意义。

3.2对于轴承寿命的影响

SKF轴承NU2210ECP的基本额定动负荷C为90kN，轴承当量动载荷P为20kN，转速n为600r/min，轴承样本可查的疲劳负荷极限Cu为11.4kN，采用VG220润滑油，油温为100℃，一般清洁状况，可靠度按90%计算。

按常规方法计算（不考虑任何寿命修正系数），

如果考虑寿命修正系数，Mobile Glygoyle220润滑油在100℃时，运动粘度可通过样本查得。

通过公式，求得

计算得出的轴承寿命为：Lnm=a1⋅aISO⋅L10=171 百万转（4750h）。

如果采用Mobile Glygoyle460，100℃时，其运动粘度可通过样本查得

计算可得aISO=1.75；轴承寿命Lnm=a1⋅aISO⋅L10= 262.5百万转（7292h）。

4　结束语

机械传动中，选择合适粘度的润滑油可以很大程度提高蜗轮蜗杆的承载能力，大幅延长传动件的使用寿命。尤其对于轴承及蜗轮蜗杆传动，需要设计者在选用时进行必要的计算。

合适的润滑油除了能提高传动件的承载能力外，还有散发摩擦热的效果，此外还能保护传动件不受腐蚀。必须说明的是，选择粘度较高的润滑油虽然能在很大程度上提高蜗轮蜗杆的承载能力及延长各主要传动件的使用寿命，但是一味提高润滑油粘度会增大传动过程中搅油功率的损失，造成传动效率下降，而油温的升高将加速润滑油及密封件的老化。

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.GB/T6391-2010/ISO281：2007，滚动轴承额定动载荷和额定寿命[S].北京：中国标准出版社，2007.

[2]G.尼曼，H.温特尔.机械零件[M].北京：机械工业出版社，1989.

Analysis of Lubricating Oil Viscosity in Ordinary Cylindrical Worm Gear Transmission

WANG Yu
(Tianjin Development Center Co., Ltd., Tianjin 300457)

In t his paper, the important role of lubricating viscosity in ordinary cylindrical worm gear trans mission is described, and the se lection criteria of lubricating oil viscosity is given.

lubricating oil viscosity, oil film, film thickness ratio, viscosity ratio, cylinder worm gear