动车组齿轮箱润滑油黏度计算方法研究

李 枫 刘志远 金思勤 吴成攀

（中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，常州 213011）

随着高速列车车速的不断提高，高速动车组齿轮箱的运行温度不断提高。齿轮箱的运行温度对润滑油的特性具有重要的影响。温度过高，润滑油的黏度值下降，不能够形成足够的油膜，从而加剧轴承与齿轮的摩擦磨损，影响齿轮和轴承的寿命。同时，温度过高也影响润滑油中添加剂的化学特性，影响润滑油的润滑效果。

我国高速列车齿轮箱使用的润滑油多为车辆齿轮油，只有少部分机车齿轮箱按供应商推荐使用工业齿轮油。相对于汽车齿轮箱，高速列车齿轮箱具有高速、高扭矩、冲击负荷大、运行时间长、运行环境温度变化大等特点。为了适应高速列车的工作环境和使用要求，高速齿轮箱用油不仅要具备一般传动齿轮润滑油的性能，还应具备以下特点：充分的极压性能，油膜具有高承压能力；为了满足外部运行环境的要求，应具备良好的低温启动性能；适应飞溅润滑和高温的特点，应具有良好的热稳定性和抗氧化稳定性。

由于我国地域广阔、四季分明、南北温差也较大，我国高速铁路对于油品的高温黏附性和低温流动性也有着较为明确的要求。我国高速铁路运行的外界温度大致在-40～40℃，高铁齿轮箱的工作环境决定了齿轮油应采用多级油品，而高铁齿轮箱目前使用的油品黏度等级主要为75W-80和75W-90的双级齿轮油。需要指出的是，在保证油品高低温流动性的同时，如何更好地保证设备润滑时的油膜厚度，减少边界润滑，避免出现干摩擦是一个重要的关键点。

本文从理论上研究润滑油黏度与温度间的关系，并对高铁齿轮箱常用的几种油品黏度进行了测试，将理论计算结果与实际测量结果进行了对比。

1 理论模型

1.1 指数关系式

润滑油黏度与温度有关，随着温度变化，润滑油黏度会出现较大变化。现有润滑分析中大量使用的是各种形式的经验公式，式（1）是常用的一个指数关系式[1]。

式中，η0为环境黏度；α为黏压系数；β为黏温系数。

假设压强不变，则α=0，β的取值范围为0.030～0.061，本文近似取0.030。

1.2 AGMA方法

AGMA 925 A03中也给出了黏温关系表达式，计算公式为：

式中，T为绝对温度，K；γ为油品运动黏度，mm2/s；A、B为常数；γ40、γ100为油品40℃和100℃的运动黏度，mm2/s。

2 结果分析

2.1 两种理论计算方法对比

由图1可以看出，润滑油黏度对温度变化非常敏感，随着温度的升高，润滑油黏度下降明显。同时可以看出，比较两种黏温关系理论计算方法，在40～100℃范围内，AGMA方法计算值比指数表达式计算值略低。

图1 昆仑75W-80润滑油理论黏温特性曲线对比

2.2 黏度理论值与实际值对比

由图2可以看出，对于昆仑75W-80润滑油，指数表达式在低温时，黏度与实际值具有较大偏差，而AGMA 925方法理论计算值与实际测量值能够较好地吻合。

由图3可以看出，对于Mobillube 1 SHC 75W-90润滑油，AMGA理论计算方法与实际测量值间具有较好的吻合度。

由图4可以看出，JRK65润滑油使用AGMA方法黏度理论计算值在20～100℃内具有较好的吻合度，在-40～20℃内理论计算值略高。

由图5可以看出，不同的润滑油型号理论黏度与实际测量黏度间的偏差不同，对于Mobillube 1 SHC 75W-90润滑油，不同温度下理论黏度与实际测量黏度间的最大偏差为8.65%，实际研究中可以通过理论计算公式计算润滑油的黏度。

图2 昆仑75W-80润滑油理论计算黏度与实际测量值对比

图3 Mobillube 1 SHC 75W-90润滑油理论计算黏度与实际测量值对比

图4 JRK65润滑油理论计算黏度与实际测量值对比

由于AGMA方法采用的是40℃与100℃下润滑油的黏度去计算其他温度下润滑油的黏度值，因此在40～100℃范围内，理论计算黏度与实际测量值具有较好的吻合度，误差最大值为1%。这表明在研究中，当润滑油温度在40～100℃范围内时，AGMA方法计算得出的润滑油黏度完全可以满足计算需求。

图5 不同润滑油理论黏度与实际测量值偏差对比

3 结论

使用AGMA方法计算润滑油的黏度时，不同润滑油理论计算黏度与实际测量黏度间的偏差不同，Mobillube 1 SHC 75W-90润滑油理论计算黏度与实际测量黏度吻合度较好。不同温度范围内，AGMA方法理论计算黏度与实际测量黏度偏差不同，在40～100℃范围内不同润滑油理论黏度值与实际黏度值均具有较好的吻合度，误差最大值为1%。当润滑油温度在40～100℃范围内时，使用AGMA方法计算润滑油的黏度完全能够满足研究运用需求。