壳牌TCO专刊：开式齿轮的传动与润滑

本刊记者 沈 颖

1 齿轮传动

齿轮传动是 机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛，传递的功率可达数十万千瓦，圆周速度可达150m/s（最高达300m/s），直径能做到10m以上。

齿轮传动分为三种，即开式，半开式和闭式。齿轮传动没有防尘罩或机壳，齿轮完全暴露在外面，这叫开式齿轮传动。这种传动不仅外界杂物极易侵入，而且润滑不良，因此工作条件不好，轮齿也容易磨损，故只宜用于低速传动。当齿轮传动装有简单的防护罩，有时还把大齿轮部分浸入油池中，则称为半开式齿轮传动。它的工作条件虽有改善，但仍不能做到严密防止外界杂物侵入，润滑条件也不算最好。而汽车、 机床、航空 发动机等所用的齿轮传动，都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体（机匣）内，这称为闭式齿轮传动（齿轮箱）。它与开式或半开式的相比，润滑及防护等条件最好，多用于重要的场合。但由于开式传动方式具备传送巨大力矩的优势，因此多为大型水泥设备所采用，如球磨机、管磨机、回转窑等。当然较大的力矩传送势必使齿圈承受较高应力，为保证设备正常的工作，对使用单位而言，润滑剂、润滑剂用量以及润滑方式的选择是极其重要的。

开式齿轮传动中易落入灰尘、屑等外部介质而造成润滑油污染，齿轮易于产生磨料磨损。当对开式齿轮给以覆盖时，在相同的工作条件下，开式齿轮的润滑要求与闭式齿轮相同。

开式齿轮传动通常使用高粘度油、沥青质润滑剂或润滑脂，并在比较低的速度下能有效工作。现有三个档次的分类，即普通开式齿轮油（CKH）、极压开式齿轮油（CKJ）及溶剂稀释型开式齿轮油（CKM）。

2 开式齿轮传动设备易出现的问题

水泥行业连续运转的大型设备,一般都长期处于高温、重负荷、潮湿、多尘的苛刻环境下,设备比较庞大且投资较高,因此维修费用高,停机损失大,对润滑油品的要求也特别高。如果润滑不当，设备表面会出现不同程度的损伤，主要表现在过度磨损、擦伤、胶合、点蚀、塑性变形等，继而导致齿面金属材料遗失，改变齿轮几何尺寸，严重影响齿轮副的使用寿命，降低设备连续运行，对生产造成影响。

过度磨损：是指由于长期使用性能与工况条件不符的润滑剂，由于润滑剂本身抗磨损性能差，摩擦系数过高，大的滑动摩擦力会使齿轮表面快速磨损，从而使齿轮副达不到设计寿命，主要表现为齿轮表面明显粗糙，严重时齿廓失去渐开线形状。

擦伤：由于齿轮表面承受过大的接触应力所致。润滑剂如果挤压性能不足或齿面缺少足够的润滑剂，导致润滑油膜不能及时建立，齿轮处于干摩擦或临界摩擦状态，啮合齿面直接接触，造成齿轮材料的移除。主要表现为齿面上沿滑动方向出现沟槽，分布在滑动速度较快的齿顶、齿根区域。

胶合：胶合是由于齿轮承受过大的接触应力或较高的齿面温度，导致油膜不能建立，齿面上峰谷接触时发生局部熔焊，而后伴随齿面的相对运动，促使节点发生塑性变形和破裂，导致齿面材料损伤或迁移。主要表现为相互啮合齿面间齿面表层材料发生撕裂，形成连续的、一定面积、一定深度的凹坑，严重时可能覆盖整个齿宽。

点蚀和剥落：点蚀的初期形貌变现为疲劳破坏。随着裂纹扩展、连接，最终造成齿面金属材料脱落，形成初期点蚀，并可能持续发展为扩展性点蚀、片蚀或剥落。点蚀损伤对齿轮的使用寿命有较大影响，严重时齿轮厚度大大减少，甚至出现断齿。主要表现为齿面金属材料的遗失、出现凹坑、且凹坑的边缘较为尖锐。

塑性变形：塑性变形时一种卸去外部载荷后不能恢复的变形，其产生的主要原因是齿轮受到过大载荷冲击所致。主要表现为齿轮材料在齿表上流动，齿面上出现类似山鸡蛋形状，平行于齿轮的啮合线，严重时可以延伸到整个齿宽分布。

3 润滑剂的要求

为避免水泥设备出现上述问题，就要求润滑剂具备以下特点：

良好的粘附性能。润滑剂只有具备较强的粘附性能才不至于在工作过程中被甩落导致损耗，从而保证润滑剂具备足够的量，实现设备的润滑及带走由于齿轮间摩擦产生的热量。

优异的抗磨损性和抗挤压性。由于该类型的传动装置需要传递较大的力矩，这就要求润滑剂本身具备FZG测试级别12，四球烧结负荷800kg，只有具备上述技术要求才不至于润滑剂从齿轮副间被挤出或润滑性能失效。

应采用 含有一定比例的固体添加剂和一定量的挤压抗磨添加剂，以满足由于边界润滑和紧急润滑的要求。固体添加剂和挤压抗磨添加剂的加入有助于润滑剂性能最大的发挥，但不当的加入会对基础用油产生负面影响，对润滑剂的初始粘度和流动性等存在抑制作用。

应具备良好的油膜强度。由于设备在运行过程中，尤其热工设备，比如水泥设备回转窑受具体操作条件和环境因素影响较大，齿轮副间产生交变应力和冲击负荷的情况是经常性的，最大限度减弱这些冲击对啮合面的影响是选择合适润滑剂的基础。

由于开式齿轮油一般粘度较大，不利于更换，因此要求润滑剂使用条件或使用温度应用范围较广，避免因季节的变换产生环境温度的变化而变质或失效，这就要求润滑剂中添加适当的防腐剂，对于使用喷洒或油池润滑的系统，要求润滑剂具有合理的流动性。

3.1 润滑油的选择

在决定开式齿轮传动润滑油时，应考虑下列因素：

(1) 封闭程度；

(2) 圆周速度；

(3）齿轮直径尺寸；

(4）环境；

(5）润滑油的使用方法；

(6）齿轮的可接近性。

开式齿轮传动的润滑方法一般是全损耗型的，而任何全损耗型润滑系统，最终在其齿轮表面只有薄层覆盖膜，它们常处在边界润滑条件下，因为当新油或脂补充到齿面时，由于齿面压力、齿轮回转时离心力等的综合作用，只能在齿面上留下一层薄油膜，加上考虑齿轮磨合作用，因此润滑油必须具备高粘度或高稠度和较强的粘附性，以确保有一层连续的油膜保持在齿轮表面上。

3.2 润滑脂的选择

最通用类型的开式齿轮传动润滑脂是一种像焦油沥青那样具有黑色、胶粘的极重石油残渣材料，这种材料对齿轮起保护作用，要使用它们，必须加热软化。现在一般是通过供油者加一种溶剂，使它们变成一种液体，这种溶剂是一种挥发性无毒的碳氢化合物，使用时直涂上或喷上，当其溶剂挥发后，有一层塑性的类似橡胶膜覆盖在齿面上，以达到阻止磨损、灰尘和水的损害，最终达到保护齿轮的目的。某些类型的开式齿轮润滑剂要加入极压抗磨添加剂，当它们与大气接触后，就能较稠而牢固地附着在齿轮表面，以阻止灰尘的沉积和水的侵蚀。在考虑润滑方式时，应该知道：循环油比周期性加油对齿轮润滑更有效和方便。对于小开式齿轮和齿轮轮系可使用比较软的润滑脂。

基础油和添加剂对润滑脂配方至关重要。壳牌公司特别指出，润滑脂增稠剂是润滑脂的重要成分，并影响润滑脂的质量。在大多数国家，锂基或复合锂基增稠剂用于大多数设备（80%左右），这些润滑脂提供出色的抗水性、卓越的机械稳定性、抗腐蚀性和高低温条件下保持触变性（充分的粘性）。对于高度专业的应用，比如开式齿轮，像皂土或复合铝基增稠剂可以用于实现固有的耐温性和负荷能力。