齿轮油承载性能模拟试验研究

李小刚，王爱香，李旭

(中国石油兰州润滑油研究开发中心，甘肃 兰州 730060)

0 引言

由于齿轮传动可以在任意两轴之间传递运动和动力，且传递功率范围大、效率高, 广泛应用于国民经济重要工业部门的机械传动，例如矿山机械、交通运输、电力、化工机械及军事工业的各种传动机械。齿轮油是保证齿轮传动工作效率和延长齿轮使用寿命的重要润滑材料[1]。随着工业的发展，齿轮油的发展方向是低黏化，长寿命和减摩性能最佳化。降低润滑油黏度有利于节约燃油和动力消耗[2]。

齿轮油品中含有的极压抗磨添加剂在接触区的高压、高温条件下，添加剂分子裂解，放出硫、磷、氯等活性元素，这些活性元素在新生金属表面和外激电子的作用下与金属表面发生化学反应，生成抗压强度大、抗剪切强度低的无机化合物膜，把接触的金属表面隔开，保护了金属表面[3]。目前评定工业齿轮油承载能力的方法有:(1)四球机的PB、PD值法；(2)Timken 的OK值法；(3)FZG 齿轮试验机法。四球机是1933年开始使用的；Timken 试验机是1932年开始使用的；FZG 齿轮试验机是60年代在德国Niemann教授领导下设计出来的一种齿轮试验机，由于它具有多方面的优越性，已纳入德国国家标准(DIN 51354)。英美等国也相继承认FZG 的可靠性，并列为自己的工业齿轮油规格标准[4]。解生泽、周朝梅等人研究表示：四球试验PB和Timken试验OK值在评定齿轮油承载能力方面是不可靠的[5]。

因此，目前评价齿轮油承载能力的方法主要还是FZG台架试验，而台架试验周期长、需要的试验油量较大、试验件成本也较高，因此，开发评价齿轮油承载性能的模拟试验方法具有重要的意义。本文采用SRV®4型摩擦磨损试验机研究建立模拟齿轮油承载能力试验(FZG台架试验)的试验方法，为油品配方筛选提供一定的技术支持。

1 SRV®4型摩擦磨损试验机简介和控制参数

SRV®4型摩擦磨损试验机是由德国OPTIMOL公司研制并生产的研究润滑油脂和材料涂层摩擦磨损性能的高频往复试验机，它以可以实现摩擦副点、线、面接触模式的优势而被全球摩擦学领域广泛应用。SRV®4型摩擦磨损试验机、试验腔体及本文所涉及到的摩擦副接触形式如图1所示。

图1 SRV®4型摩擦磨损试验机、试验腔体及摩擦副

SRV®4型摩擦磨损试验机控制参数如表1所示。

表1 SRV®4型摩擦磨损试验机控制参数

2 模拟试验方法研究

2.1 模拟试验条件确定

本试验方法根据试验设备特点和模拟齿轮运行工况的要求来确定试验参数。因为齿轮啮合过程既有滑动也有滚动，因此，我们在模拟试验中选择试验柱-试验圆盘的往复运动来模拟齿轮的运行工况。

结合齿轮油承载能力评定FZG齿轮机法中的试验条件，研究确定模拟试验频率为50 Hz，行程为2～4 mm，负荷级根据FZG齿轮机的负荷换算得到并用相同的加载方式进行模拟试验。

2.2 参比油简介

本文选用的参比油在FZG试验台架上试验结果为：参比油A失效级7级，参比油B失效级大于12级，参比油C失效级10级。

2.3 参比油试验结果

将参比油A、B、C在研究确定的模拟试验条件下进行试验，试验结果如表2所示，摩擦系数如图2所示。

表2 参比油试验结果

图2 参比油摩擦系数

从表2可以看到：参比油模拟试验结果和台架试验结果一致，并且重复性较好。同时通过图2 中摩擦系数对比可以同时评价三种参比油的抗磨损性能以及重复性试验的稳定性。

2.3 模拟方法的应用

为了能更好地建立SRV模拟试验和FZG台架试验的相关性，本文选取了6种不同黏度级别做过FZG台架试验的油品进行模拟试验，试验结果如表3所示。

表3 模拟方法应用试验结果

表3(续)

对表3的试验结果进行线性回归计算，计算出相关系数r=0.92，相关性较好，表明建立的SRV模拟试验方法可以作为润滑油承载能力FZG试验机法的筛选措施，为油品研发提供技术支持。

3 结论

(1)以SRV®4型摩擦磨损试验机为试验平台，模拟润滑油承载能力FZG台架试验，自主研究建立的模拟评定方法能较好地区分出不同承载性能的传动系润滑油品，为油品研发提供一定的数据支撑；

(2)建立的模拟试验方法重复性较好，同时与FZG台架试验的相关性较好，建议作为润滑油承载能力试验法(FZG试验机法)的筛选手段，为油品研发提供技术支持。