工业齿轮油性能评析

1微点蚀试验室筛选方法

1.1FZG筛选试验

FZG筛选试验采用“C”型齿轮,表面粗糙度Ra为0.3±0.05μm,中心线速度为6.25m/s,小齿轮扭矩为300Nm,试验周期为72h,试验油温不控制,更接近实际使用工况。在试验结束后,对微点蚀导致的破坏情况进行评价,评价项目包括:微点蚀(小齿轮的16个齿牙的微点蚀面积的平均值)、点蚀(小齿轮的16个齿牙的点蚀面积的总值)以及2个齿轮磨损的总失重。

1.2MPR试验方法

MPR筛选方法利用MPR试验机对油品的抗微点蚀性能进行评价,其优势是试验时间短,可在几小时内产生较好的区分性,国外石油公司研究表明该试验方法与实际使用具有较好的相关性。该试验机的核心部件由中心辊子和与辊子接触的3个圆环组成,试验中可精确控制滑滚比、赫兹应力、夹带速度和温度等参数,试验后中心辊子的直径损失或微点蚀的面积作为评价齿轮油抗微点蚀性能的指标。

2FVA54/Ⅳ标准微点蚀试验

该试验由2个阶段组成,第一阶段是负荷级试验,第二阶段是耐久性试验,微点蚀试验首先要在510N/mm2的赫兹接触压力下进行1h的磨合,紧接着是5到10级的负荷级试验,赫兹接触压力由5级的795.1N/mm2逐级增加到10级的1547.3N/mm2,增加梯度大约为150N/mm2,齿轮的中心线速度为8.3m/s,每级负荷下的运行周期为16h,由喷油头以2L/min的速度供油至齿牙的啮合处,总油量25L,试油进口温度控制在90℃。在每级负荷试验结束后,要对小齿轮齿牙的平均轮廓偏差进行测量,通过标准为平均轮廓偏≤7.5μm。如果试验失败发生在5、6、7级负荷下,则试验结束,给出发生微点蚀的面积、齿轮失重。如果试验失败发生在8、9、10级负荷下,则紧接着要进行耐久性试验,首先在第8级负荷下进行80h,然后在第10级负荷下进行5次以80h为周期的耐久性试验。在每80h试验结束后,要对齿牙的平均轮廓偏差进行测量,通过标准为≤20μm。

3润滑油添加剂对微点蚀的影响

BrianOC'onnor等人对调和工业齿轮油的主要添加剂极压剂EP、抗磨剂AW、以及金属钝化剂MP对微点蚀的影响进行了考察。所用极压剂EP和抗磨剂AW的化学组成。首先,用简单的3因素2水平的正交试验考察了极压剂EP、抗磨剂AW、以及金属钝化剂MP对微点蚀的影响,试验方法采用FZG筛选试验。试样中如果不加入极压剂EP及抗磨剂AW,齿轮将由于严重磨损而导致无法进行评价其微点蚀及点蚀情况。当试样中单独加入极压剂EP-1、抗磨剂AW-1或者两者同时加入时,金属钝化剂MP的加入对油品抗微点蚀/点蚀性能是有利的。由试验A4的结果可以看出,抗磨剂对微点蚀有不利影响,试验结果最差。总体而言,表2中的配方A1、A2、A3、A5的抗微点蚀/点蚀性能比较好,尤其是配方A1的综合性能最为优异。在表2的基础上,考察了极压剂EP-1与不同的抗磨剂组合,以及抗磨剂AW-1与不同的极压剂组合对油品抗微点蚀/点蚀性能的影响。极压剂EP-1分别与4种不同的抗磨剂复配,或者抗磨剂AW-1分别与4种不同的极压剂组合,齿牙产生微点蚀/点蚀的情况是不同的,综合考虑,抗磨剂AW-1与极压剂EP-1复配(试验编号A1)、抗磨剂AW-1与极压剂EP-4复配(试验编号EP4),油品的综合性能比较好。在筛选试验中未出现点蚀且磨损值比较低的2个试样A1与A2在FVA54/I-Ⅳ微点蚀标准试验中的疲劳寿命比较长,分别为480h和320h,另外,试样A5在筛选试验中与试样A1相比,只是磨损比较大,微点蚀面积比较接近,且未出现点蚀,但在标准试验的耐久性试验阶段在160h就产生了点蚀,由此可见,筛选试验的效果比较好。

4预测油品抗微点蚀/点蚀试验结果的数学模型

为了研究影响润滑油抗微点蚀/点蚀性能的影响因素,以便更好地解决油品的抗微点蚀/点蚀性能。人们通过研究,建立了预测FVA54/I-Ⅳ微点蚀标准试验中试验结果的数学模型。用表6中的23个试样的结果建立了预测FVA54/I-Ⅳ微点蚀标准试验中通过负荷级的数学模型。通过负荷级数学模型为:负荷级=24.66-69.13×边界润滑摩擦系数-0.038×弹流润滑油膜厚度-29.31×Ra。

5结论

1)齿轮的微点蚀是一种典型的齿轮失效形式,是齿轮表面滚动接触疲劳破坏,可影响齿牙的准确性,导致噪音增加和引起振动,从而减少齿轮的使用寿命。因此,对微点蚀的研究、开发抗微点蚀性能的齿轮油产品已成为各大石油公司关注的焦点。2)微点蚀的试验室筛选试验对开发抗微点蚀齿轮油新产品具有重要意义。建立微点蚀模拟试验方法对齿轮油新产品开发和抗微点蚀添加剂开发都具有重要推动作用。3)添加剂的微点蚀试验结果表明:不同的添加剂组合对微点蚀性能有不同的影响,通过优选添加剂可以提高齿轮油的抗微点蚀性能。4)建立的预测油品抗微点蚀/点蚀试验结果的数学模型与实际试验结果具有一定的相关性。