油品添加劑對微點蝕的影響范文

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工作中齒輪因點蝕及微點蝕而失效的現象是常有發生的,點蝕及微點蝕是一種典型的接觸疲勞破壞,是齒輪常見的失效形式,在機械傳動中可造成嚴重的后果。它并不是一個新問題,近幾年,由于微點蝕問題導致許多大型工業傳動機械和一些汽車傳動機械失效,微點蝕問題日益受到人們的關注。微點蝕問題在風力發電工業中顯得尤為重要,它會影響齒牙的準確性,導致噪音增加和引起振動,從而減少齒輪的使用壽命。目前,潤滑油都朝著長壽命方向發展,疲勞引起的點蝕及微點蝕成為性能評價的重要指標。①微點蝕是細微的滾動接觸疲勞和磨損,它經常發生在磨削、硬質鋼的表面硬化齒輪齒面上,通常在滾動和滑動接觸、油膜較薄的條件下出現。齒面發生微點蝕時表現為齒面上有大量的、微小的凹坑,盡管每個凹坑通常為幾十微米,但大量的凹坑可造成齒面大面積的損傷,表現為灰色的、磨砂的齒面。與其它磨損機理類似,微點蝕對零件的耐久性有著不利的影響,它能夠引起顯著的材料損失,可導致齒面輪廓的損失而造成噪聲、振動增大和不穩定的載荷,更嚴重時可導致齒輪輪齒的斷裂,此外,微點蝕最終將發展為大規模的點蝕,也可引起其它的表面破壞形式,如齒面擦傷等。微點蝕是一種潛在的失效模式,使用中可造成明顯的危害性問題,引起了摩擦學研究人員的極大關注。微點蝕問題可以從運動學、表面處理、冶金學和潤滑等幾個方面研究。微點蝕的機理目前還不完全清楚,但齒輪操作條件、表面粗糙度和潤滑對微點蝕的影響是肯定的。從油品的性能考慮,提高抗微點蝕性能的一種手段是增加潤滑油的粘度,從而增加接觸區域的有效油膜厚度,減少齒輪表面微凸體的直接接觸,但較高的粘度會增加齒輪傳動過程中的攪動損失,從而降低能量效率,對經濟性是不利的。提高油品抗微點蝕性能的另一種手段是在保持或者減少潤滑油粘度的同時,改變添加劑的化學結構。

1微點蝕試驗室篩選方法

1.1FZG篩選試驗

FZG篩選試驗采用“C”型齒輪,表面粗糙度Ra為0.3±0.05μm,中心線速度為6.25m/s,小齒輪扭矩為300Nm,試驗周期為72h,試驗油溫不控制,更接近實際使用工況。在試驗結束后,對微點蝕導致的破壞情況進行評價,評價項目包括:微點蝕(小齒輪的16個齒牙的微點蝕面積的平均值)、點蝕(小齒輪的16個齒牙的點蝕面積的總值)以及2個齒輪磨損的總失重。

1.2MPR試驗方法

MPR篩選方法利用MPR試驗機對油品的抗微點蝕性能進行評價,其優勢是試驗時間短,可在幾小時內產生較好的區分性,國外石油公司研究表明該試驗方法與實際使用具有較好的相關性。該試驗機的核心部件由中心輥子和與輥子接觸的3個圓環組成,試驗中可精確控制滑滾比、赫茲應力、夾帶速度和溫度等參數,試驗后中心輥子的直徑損失或微點蝕的面積作為評價齒輪油抗微點蝕性能的指標。

2FVA54/Ⅳ標準微點蝕試驗

該試驗由2個階段組成,第一階段是負荷級試驗,第二階段是耐久性試驗,微點蝕試驗首先要在510N/mm2的赫茲接觸壓力下進行1h的磨合,緊接著是5到10級的負荷級試驗,赫茲接觸壓力由5級的795.1N/mm2逐級增加到10級的1547.3N/mm2,增加梯度大約為150N/mm2,齒輪的中心線速度為8.3m/s,每級負荷下的運行周期為16h,由噴油頭以2L/min的速度供油至齒牙的嚙合處,總油量25L,試油進口溫度控制在90℃。在每級負荷試驗結束后,要對小齒輪齒牙的平均輪廓偏差進行測量,通過標準為平均輪廓偏≤7.5μm。如果試驗失敗發生在5、6、7級負荷下,則試驗結束,給出發生微點蝕的面積、齒輪失重。如果試驗失敗發生在8、9、10級負荷下,則緊接著要進行耐久性試驗,首先在第8級負荷下進行80h,然后在第10級負荷下進行5次以80h為周期的耐久性試驗。在每80h試驗結束后,要對齒牙的平均輪廓偏差進行測量,通過標準為≤20μm。

3潤滑油添加劑對微點蝕的影響

BrianOC''''onnor等人對調和工業齒輪油的主要添加劑極壓劑EP、抗磨劑AW、以及金屬鈍化劑MP對微點蝕的影響進行了考察。所用極壓劑EP和抗磨劑AW的化學組成見表1。首先,用簡單的3因素2水平的正交試驗考察了極壓劑EP、抗磨劑AW、以及金屬鈍化劑MP對微點蝕的影響,試驗方法采用FZG篩選試驗。試驗結果見表2。從表2中可以看出,試樣中如果不加入極壓劑EP及抗磨劑AW,齒輪將由于嚴重磨損而導致無法進行評價其微點蝕及點蝕情況。當試樣中單獨加入極壓劑EP-1、抗磨劑AW-1或者兩者同時加入時,金屬鈍化劑MP的加入對油品抗微點蝕/點蝕性能是有利的。由試驗A4的結果可以看出,抗磨劑對微點蝕有不利影響,試驗結果最差。總體而言,表2中的配方A1、A2、A3、A5的抗微點蝕/點蝕性能比較好,尤其是配方A1的綜合性能最為優異。在表2的基礎上,考察了極壓劑EP-1與不同的抗磨劑組合,以及抗磨劑AW-1與不同的極壓劑組合對油品抗微點蝕/點蝕性能的影響,試驗結果見表3。從表3中可以看出,極壓劑EP-1分別與4種不同的抗磨劑復配,或者抗磨劑AW-1分別與4種不同的極壓劑組合,齒牙產生微點蝕/點蝕的情況是不同的,綜合考慮,抗磨劑AW-1與極壓劑EP-1復配(試驗編號A1)、抗磨劑AW-1與極壓劑EP-4復配(試驗編號EP4),油品的綜合性能比較好。在上述試驗結果的基礎上,進行了第3組試驗(試驗編號B1、B2、B3、B4),結果見表4,同時對表4的配方進行了FVA54/I-Ⅳ標準微點蝕試驗,結果見表5。從表3和表4中可以看出,在篩選試驗中未出現點蝕且磨損值比較低的2個試樣A1與A2在FVA54/I-Ⅳ微點蝕標準試驗中的疲勞壽命比較長,分別為480h和320h,另外,試樣A5在篩選試驗中與試樣A1相比,只是磨損比較大,微點蝕面積比較接近,且未出現點蝕,但在標準試驗的耐久性試驗階段在160h就產生了點蝕,由此可見,篩選試驗的效果比較好。

4預測油品抗微點蝕/點蝕試驗結果的數學模型

為了研究影響潤滑油抗微點蝕/點蝕性能的影響因素,以便更好地解決油品的抗微點蝕/點蝕性能。人們通過研究,建立了預測FVA54/I-Ⅳ微點蝕標準試驗中試驗結果的數學模型。用表6中的23個試樣的結果建立了預測FVA54/I-Ⅳ微點蝕標準試驗中通過負荷級的數學模型。通過負荷級數學模型為:負荷級=24.66-69.13×邊界潤滑摩擦系數-0.038×彈流潤滑油膜厚度-29.31×Ra。式中邊界潤滑摩擦系數和彈流潤滑油膜厚度的測試方法見表7。1為預測值與實測值的相關性。從圖1可以看出,預測值與實測值有一定的相關性,相關系數為0.6603。圖1實測的通過負荷級

5結論

(1)齒輪的微點蝕是一種典型的齒輪失效形式,是齒輪表面滾動接觸疲勞破壞,可影響齒牙的準確性,導致噪音增加和引起振動,從而減少齒輪的使用壽命。因此,對微點蝕的研究、開發抗微點蝕性能的齒輪油產品已成為各大石油公司關注的焦點。

(2)微點蝕的試驗室篩選試驗對開發抗微點蝕齒輪油新產品具有重要意義。建立微點蝕模擬試驗方法對齒輪油新產品開發和抗微點蝕添加劑開發都具有重要推動作用。

(3)添加劑的微點蝕試驗結果表明:不同的添加劑組合對微點蝕性能有不同的影響,通過優選添加劑可以提高齒輪油的抗微點蝕性能。

(4)建立的預測油品抗微點蝕/點蝕試驗結果的數學模型與實際試驗結果具有一定的相關性。