高速齿轮箱的润滑与密封

张朝能

南京高精齿轮集团有限公司 江苏 南京 211100

在工业领域，齿轮传动是应用较多的一类结构形式。实际应用阶段，为了满足相应系统的需要，相关研发人员着手进行了不同类型的齿轮传动以及不同齿轮箱的开发、设计。其中，高速齿轮箱（一般指工作转速＞3000r/min或圆周速度＞25m/s的箱体）是一种较为特殊的构件，在机组正常运行过程中肩负着重要任务。为了尽可能减少高速齿轮箱在高速运行时产生的噪声以及剧烈震动问题，延长各类构件的使用寿命，高速齿轮箱均“融入”了可行的润滑、密封措施。

1 高速齿轮箱的润滑系统

从高速运转齿轮自身的特点分析，良好的润滑效果是保证齿轮箱稳定运行的关键，对传动件运行产生热量的消除有着重要意义。在润滑系统设计阶段，润滑方式的选择是整个设计活动的首要环节。目前常用的两种润发方式主要为压力润滑以及浸油润滑，前者适用于齿轮转速较高（线速度＞12m/s）的情形，可保证箱体内部各传动件的有效润滑，并有效冷却被搅热的润滑油，但其实现与维护成本相对较高；后者的结构相对紧凑、简单，制造与维护的难度较低，但不适用于转速过高的情形。为兼顾齿轮箱润滑系统的性能与制造、维护成本，在设计阶段，一般优先选择浸油润滑方式。

在润滑系统的设计阶段，除考虑润滑方式的选择外，油泵的动力问题以及系统的回油问题也是需要设计者慎重考虑的问题。现阶段的润滑油路中，常采用电机作为油泵的动力源或者直接从箱体内部传动轴取力两种方式解决动力问题。就实现难度而言，以电机提供动力相对简单，但要单独设计、配置电机，这直接增加了整个润滑系统的成本。从传动轴取力避免了上述问题，但增加了泄漏环节，对系统的密封效果产生了一定的影响。在润滑系统的控制方面，温控阀结构有着较为重要的意义，一般高速齿轮箱温控阀的工作原理为：（1）当油温＜45℃时，润滑油进入齿轮箱；（2）当油温≥45℃时，温控阀动作；（3）待润滑油经冷却器冷却至额定稳定后，再次进入齿轮箱。

2 高速齿轮箱的密封措施

在高速齿轮箱的设计中，考虑到传递动力的需要，部分传动轴轴端需采用透盖结构，整个系统常采用稀油润滑，这直接增加了箱体发生漏油故障的风险。鉴于齿轮箱漏油可能带来经济损失、内部结构润滑效果降低以及啮合面磨损加剧等严重后果，高速齿轮箱需要具备可靠的密封条件。当前稀油润滑齿轮箱大多采用迷宫式密封、油封密封以及集油罩密封三种形式，在实践阶段，密封结构的选择需要慎重考虑各种形式的优势、缺陷以及适应范围，继而结合高速齿轮箱的实际运行环境，合理选择密封措施。以下就三种密封形式的优劣势与应用范围分别进行分析。

2.1 迷宫式密封

迷宫式密封大致可分为轴向迷宫结构、径向迷宫结构两种类型，其主要原理是：与旋转件（连接轴）、固定件（连接箱体）形成狭窄间隙，通过足够的曲折途径，实现泄漏油压力的减少，继而规避漏油问题。在结构的设计阶段，如何确定曲折途径的长度，以及采取何种结构，都是设计者需要慎重考虑的问题。一般而言，曲折途径的长度过短，不能达到预期的密封效果；设计长度过长，将直接增加后续加工与装配的难度。因此，迷宫式密封结构的设计需要在兼顾实用性与经济性的情况下，根据箱体内部润滑油的实际压力、油品的特性等信息，合理计算曲折途径的长度，继而确保最终的密封结构能够达到预期的密封效果。而在密封形式的选择方面，可根据箱体的空间尺寸，选择密封形式，或者对密封形式进行有效结合（如将径向结构与接触式密封相结合）。

2.2 集油罩密封

与迷宫式密封相比，集油罩密封的实现难度相对较低，其具体操作为：在轴上安装甩油环，将箱体泄露的润滑油甩入预先设置的集油罩内。而在集油罩的设计上，为了充分利用泄露的润滑油，多数情况下，集油罩是与箱体直接相连的，通过集油罩上向下倾斜的回油孔，集油罩收集的润滑油将再次流回箱体。从原理来看，此种密封结构能够较好的满足齿轮箱密封的需求，还可将泄漏的润滑油进行充分利用，是一种相对理想的密封措施。但在实践阶段，仍然需要解决三个问题，即如何进油，如何有效挡油以及怎么回油。以进油控制为例，在设置进油量时，进油量的合理控制至关重要，需要兼顾供油充足以及进油量限制两个方面。

2.3 油封密封

油封密封是齿轮箱密封较为常用的一种策略，其主要原理为：油封装至轴上，其自紧弹簧和刃口压力将对密封轴产生径向抱紧力，继而遮断泄露间隙。在油封密封这一方式的应用实践中，最常遇到的便是发热问题与漏油问题，而漏油现象的发生更是整个油封密封技术失效的直接体现。从油封密封的发热原因来看，主要与摩擦有关，而发热状况的影响因素则包含摩擦系数、油封唇口压力以及轴径线速度等。基于现有的经验，要解决油封密封存在的发热问题，或者改善此种密封结构存在的发热现象，就需要从减少摩擦系数（如选择质量相对较好的优质密封或者优化油封材料等）入手。

3 结语

在高速齿轮箱的正常运行中，润滑系统以及密封结构的工作状况与整个齿轮箱的性能有着密切关联，润滑、密封设计的合理性，对齿轮箱的整体性能有着重要影响。而从保障齿轮箱以及相应机组的稳定性分析，要充分发挥高速齿轮箱的自身优势，就需要齿轮箱设计者高度重视润滑系统的设计以及密封措施的选择，结合高速齿轮箱工作的实际需要，合理设计润滑系统与密封结果，并注意各类常见的故障（如油封密封结构的发热问题），采取相应的改进措施。