【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖22 斯特里貝克曲線與潤(rùn)滑類型 潤(rùn)滑劑 潤(rùn)滑劑的基本功能 （1） 控制摩擦 在摩擦面之間加入潤(rùn)滑劑，形成潤(rùn)滑膜，減少摩擦面之間金屬直接接觸，從而降低摩擦系數(shù)，減少摩擦阻力，減少功率消耗。 （2） 減少磨損 摩擦面間具有一定強(qiáng)度的潤(rùn)滑膜，能夠支撐負(fù)荷，避免或減少金屬表面的直接接觸，從而可減輕接觸表面的塑性變形、融化焊接、剪斷再黏結(jié)等各種程度的黏著磨損。 （3） 密封隔離 潤(rùn)滑劑特別是潤(rùn)滑脂，覆蓋于摩擦表面或其他金屬表面，可隔離水氣，濕氣和其他有害介質(zhì)與金屬的接觸，從而減輕腐蝕磨損，防止生銹，保護(hù)金屬表面。 （4） 阻尼振動(dòng) 潤(rùn)滑劑能將沖擊振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，起到減緩沖擊、吸收噪音的作用。（5） 冷卻降溫 潤(rùn)滑劑能夠降低摩擦系數(shù)，減少摩擦熱產(chǎn)生。 第三章 齒輪傳動(dòng)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)知識(shí) 齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)及齒輪油工作條件 (l)齒輪傳動(dòng)效率高，一般圓柱齒輪傳動(dòng)效率可達(dá)98%，與軸承相比，齒輪的當(dāng)量曲線半徑小，油楔條件差。 (2)齒輪傳動(dòng)齒與齒間是線接觸，因此，接觸面積小，單位接觸壓力高。一般汽車齒輪單位接觸壓力可達(dá)20003000MPa，而雙曲線齒輪更高，可達(dá)3000～4000MPa。 (3)齒輪傳動(dòng)不僅有線接觸，還有滑動(dòng)接觸，特別是雙曲線齒輪，輪齒間其有較高的相對(duì)滑動(dòng)速度，一般可達(dá)8m/s左右。這在高速大負(fù)荷條件下，會(huì)使油膜變薄甚至局部破裂，導(dǎo)致摩擦與磨損加劇，甚至引起擦傷和咬合。(4)齒輪油的工作溫度一般較內(nèi)燃機(jī)油低，在很大程度上隨環(huán)境溫度變化而變化，車輛齒輪油油溫一般不高于100℃。現(xiàn)代轎車采用雙曲線齒輪，因其軸線偏置量較大，在車速高時(shí)會(huì)使齒輪輪面間的相對(duì)滑動(dòng)速度很高，使油溫達(dá)到160℃一180℃。 齒輪油在齒輪傳動(dòng)中的作用 (1)降低齒輪及其它運(yùn)動(dòng)部件的磨損，這對(duì)保證齒輪裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)和齒輪壽命是非常重要的。 (2)降低摩擦，因而減少功率損失。 (3)分散熱量，起一定的冷卻作用。 (4)防止腐蝕和生銹。 (5)降低工作噪聲、減少振動(dòng)及齒輪間的沖擊作用。 (6)沖洗污物，特別是沖洗齒面上的固體顆粒，以免造成磨粒磨損。 齒輪傳動(dòng)潤(rùn)滑原理 齒輪傳動(dòng)概述 齒輪傳動(dòng)的嚙合特性：在各種形式的齒輪傳動(dòng)中，齒輪從開(kāi)始進(jìn)入嚙合至脫開(kāi)嚙合的全過(guò)程都有不同形式的摩擦存在，其類型有兩種，即滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦。滑動(dòng)摩擦是由于嚙合齒面的速度不一致而產(chǎn)生的，滾動(dòng)摩擦是在嚙合齒面速度相等而存在。 齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定、工作平穩(wěn)、傳動(dòng)比大、應(yīng)用范圍廣、工作速度范圍廣、傳遞功率范圍大、傳遞效率高、結(jié)構(gòu)緊湊形式多樣。其不足之處在于：1）運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊、噪聲及一定的負(fù)荷 2)無(wú)過(guò)載保護(hù)作用 3）制造精度要求高。 齒輪潤(rùn)滑機(jī)理概述 在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，潤(rùn)滑油作為載體，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中將離子吸附分子帶到運(yùn)動(dòng)副表面，在壓力和溫度的雙重作用下，激活油內(nèi)特有的離子化合物、滲入金屬表面35微米，吸附磨損微粒填補(bǔ)在摩擦副凹凸不平的表面，并在摩擦力作用下緊密附著在摩擦副凸凹不平的表面。在摩擦力和摩擦熱的重復(fù)作用下、在金屬運(yùn)動(dòng)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，這就叫“離子吸附”。在摩擦副面形成一層保護(hù)膜，提高了設(shè)備摩擦副的光滑程度和強(qiáng)度，保護(hù)膜有極強(qiáng)抗磨、抗極壓性能，極大降低了運(yùn)動(dòng)副表面的摩擦阻力，增強(qiáng)極壓抗磨性能、減少磨損、降低功率損耗和運(yùn)行速度，再冷啟動(dòng)和短時(shí)間的無(wú)油狀態(tài)下也能對(duì)設(shè)備提供保護(hù)，提高設(shè)備運(yùn)行效率、達(dá)到節(jié)能降耗的目的。 齒輪傳動(dòng)的潤(rùn)滑狀態(tài) 通常選用油膜比=作為評(píng)定齒輪潤(rùn)滑狀態(tài)的參數(shù)（其中hmin為最小油膜厚度；為綜合粗糙度；1為小齒輪的齒面粗糙度值Ra或Rz；2為大齒輪的齒面粗糙度值Ra或Rz）。油膜厚度與油品本身的性質(zhì)、齒輪的幾何形狀、負(fù)荷、速度、材料、工作條件等有關(guān)。油膜厚度可利用彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑的道森公式計(jì)算。油膜比越大，潤(rùn)滑劑分離兩個(gè)嚙合齒面的趨勢(shì)越強(qiáng)。20世紀(jì)以來(lái)，許多學(xué)者研究用油膜比來(lái)區(qū)分潤(rùn)滑狀態(tài)，最著名的是德國(guó)科學(xué)家斯特來(lái)貝爾和日本井櫻俊男等人的研究。后經(jīng)不斷改善，得到如圖31所示的潤(rùn)滑狀態(tài)。由圖可知。在有潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑的條件下，齒輪傳動(dòng)具有以下三種潤(rùn)滑狀態(tài)。（1）邊界潤(rùn)滑狀態(tài) 當(dāng)≤1時(shí)齒輪傳動(dòng)處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，齒輪齒面有表面粗糙峰相接觸的情況發(fā)生。在邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下，潤(rùn)滑油的粘度不起作用，靠添加劑與齒面形成的物理、化學(xué)吸附膜或化學(xué)反應(yīng)膜來(lái)保護(hù)齒面。邊界潤(rùn)滑的典型膜厚1103～5102。（2）混合潤(rùn)滑狀態(tài) 當(dāng)13時(shí)齒輪傳動(dòng)處于混合潤(rùn)滑狀態(tài)。在混合潤(rùn)滑狀態(tài)下，摩擦力由粗糙峰和潤(rùn)滑油內(nèi)部的摩擦力兩部分組成，齒面負(fù)荷由油膜和粗糙峰共同承擔(dān)。潤(rùn)滑油中需要適量的極壓添加劑。（3）全膜潤(rùn)滑狀態(tài)當(dāng)≥3時(shí)齒輪傳動(dòng)處于全膜潤(rùn)滑狀態(tài)，在全膜潤(rùn)滑狀態(tài)下，潤(rùn)滑油膜的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表面粗糙度，兩運(yùn)動(dòng)表面完全被連續(xù)的油膜所隔開(kāi)。因此潤(rùn)滑劑的粘度起主導(dǎo)作用，不需要添加劑。當(dāng)計(jì)入齒輪的彈性變形時(shí)，全膜潤(rùn)滑狀態(tài)即成為彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑。 ≤1 13 ≥3 摩 擦 因 數(shù)圖31 潤(rùn)滑狀態(tài)第四章 齒輪用潤(rùn)滑油的基礎(chǔ)油及添加劑 基礎(chǔ)油 概述 潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油主要分礦物基礎(chǔ)油及合成基礎(chǔ)油兩大類。礦物基礎(chǔ)油應(yīng)用廣泛，用量很大（約95%以上），但有些應(yīng)用場(chǎng)合則必須使用合成基礎(chǔ)油調(diào)配的產(chǎn)品，因而使合成基礎(chǔ)油得到迅速發(fā)展。 基礎(chǔ)油的分類API于1993年將基礎(chǔ)油分為五類（API1509），并將其并如API發(fā)動(dòng)機(jī)油認(rèn)證系統(tǒng)中，其分類方法見(jiàn)表1。I類基礎(chǔ)油通常是由傳統(tǒng)的“老三套”工藝生產(chǎn)制得，從生產(chǎn)工藝來(lái)看，I類基礎(chǔ)油的生產(chǎn)過(guò)程基本以物理過(guò)程為主，不改變烴類結(jié)構(gòu)。 II類基礎(chǔ)油是通過(guò)組合工藝制得，工藝主要以化學(xué)過(guò)程為主，不受原料限制，可以改變?cè)瓉?lái)的烴類結(jié)構(gòu)。因而II類基礎(chǔ)油雜質(zhì)少（芳烴含量小于10％），飽和烴含量高，熱安定性和抗氧性好，低溫和煙炭分散性能均優(yōu)于I類基礎(chǔ)油。 表1 API1509基礎(chǔ)油分類標(biāo)準(zhǔn)類別飽和烴含量（%）硫含量（%）粘度指數(shù)Ⅰ9095105Ⅱ≥90≤80120Ⅲ≥90≤≥120Ⅳ聚α烯烴（PAO）Ⅴ不包括在Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類在內(nèi)其它所有基礎(chǔ)油 　III類基礎(chǔ)油是用全加氫工藝制得，與II類基礎(chǔ)油相比，屬高黏度指數(shù)的加氫基礎(chǔ)油，又稱作非常規(guī)基礎(chǔ)油（UCBO）。III類基礎(chǔ)油在性能上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)I類基礎(chǔ)油和II類基礎(chǔ)油，尤其是具有很高的黏度指數(shù)和很低的揮發(fā)性。某些III類油的性能可與聚α烯烴（PAO）相媲美，其價(jià)格卻比合成油便宜得多。 　　IV類基礎(chǔ)油指的是聚α烯烴（PAO）合成油。常用的生產(chǎn)方法有石蠟分解法和乙烯聚合法。PAO依聚合度不同可分為低聚合度、中聚合度、高聚合度，分別用來(lái)調(diào)制不同的油品。這類基礎(chǔ)油與礦物油相比，無(wú)S、P和金屬，由于不含蠟，所以傾點(diǎn)極低，通常在－40℃以下，黏度指數(shù)一般超過(guò)140。但PAO邊界潤(rùn)滑差。另外，由于它本身的極性小，對(duì)溶解極性添加劑的能力差，且對(duì)橡膠密封有一定的收縮性，但這些問(wèn)題都可通過(guò)添加一定量的酯類得以克服。 　　除I～I(xiàn)V類基礎(chǔ)油之外的其他合成油（合成烴類、酯類、硅油等）、植物油、再生基礎(chǔ)油等統(tǒng)稱V類基礎(chǔ)油。 齒輪油添加劑 加入潤(rùn)滑劑中的一種或幾種化合物，以使?jié)櫥瑒┑玫侥撤N新的特性或改善潤(rùn)滑劑中已有的一些特性。 添加劑按功能分主要有抗氧化劑、抗磨劑、摩擦改善劑(又名油性劑)、極壓添加劑、清凈劑、分散劑、泡沫抑制劑、防腐防銹劑、粘度指數(shù)改進(jìn)劑等類型。市場(chǎng)中所銷售的添加劑一般都是以上各單一添加劑的復(fù)合品，所不同的就是單一添加劑的成分不同以及復(fù)合添加劑內(nèi)部幾種單一添加劑的比例不同而已。 降凝劑　　降凝劑是一種化學(xué)合成的聚合物或縮合物，在其分子中一般含有極性基團(tuán)（或芳香核）和與石蠟烴結(jié)構(gòu)類似的烷基鏈。降凝劑不能阻止石蠟在低溫下結(jié)晶析出，即油品的濁點(diǎn)不變，它是通過(guò)在蠟結(jié)晶表面的吸附或與蠟共晶來(lái)改變蠟晶的形狀和尺寸，防止蠟形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使之仍然保持油在低溫下的流動(dòng)能力。要強(qiáng)調(diào)的是，降凝劑只在含有少量蠟的油品中才能起降凝作用，油品中不含蠟或含蠟太多都無(wú)降凝效果。最常用的降凝劑有二甲基丙烯酸甲酯。 油性劑和極壓抗磨劑油性劑通常是動(dòng)植物油或在烴鏈末端有極性基團(tuán)的化合物，這些化合物對(duì)金屬有很強(qiáng)的親和力，其作用是通過(guò)極性基團(tuán)吸附在摩擦面上，形成分子定向吸附膜，阻止金屬互相間的接觸，從而減少摩擦和磨損。又稱油性添加劑。烴鏈末端具有極性基的化合物。能在金屬面上形成吸附膜，從而防止金屬間的接觸摩擦。 極壓抗磨劑是一種重要的潤(rùn)滑脂添加劑，大部分是一些含硫、磷、氯、鉛、鉬的化合物。在一般情況下，氯類、硫類可提高潤(rùn)滑脂的耐負(fù)荷能力，防止金屬表面在高負(fù)荷條件下發(fā)生燒結(jié)、卡咬、刮傷；而磷類、有機(jī)金屬鹽類具有較高的抗磨能力，可防止或減少金屬表面在中等負(fù)荷條件下的磨損。實(shí)際應(yīng)用中，通常將不同種類的極壓抗磨劑按一定比例混合使用性能更好。利用一般磷化物具有抗磨性、氯化物與硫化物具有的極壓性，使添加劑同時(shí)含氯、含磷或含硫化合物，從而既具有極壓性，又具有抗磨性。 抗氧劑和抗腐劑 　　用燃料油、煤油、汽油、天然氣或人造氣體、液化氣等作為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)必須使用潤(rùn)滑劑（如石蠟基潤(rùn)滑油）來(lái)潤(rùn)滑它們的運(yùn)動(dòng)部件。潤(rùn)滑油在使用中要與空氣接觸，各種機(jī)械設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生熱量，使運(yùn)轉(zhuǎn)中的摩擦部位溫度升高，另外，設(shè)備中的各種金屬材質(zhì)，如銅、鐵等均會(huì)起催化作用加速油品的氧化變質(zhì)，最終是潤(rùn)滑油粘度增加，生成酸性物質(zhì)腐蝕金屬材質(zhì)，也會(huì)生成各種炭狀或?yàn)r青狀沉淀物質(zhì)如漆膜等堵塞管路。所有這些變化均對(duì)油品的繼續(xù)使用和設(shè)備正常運(yùn)行帶來(lái)不利影響。因此要求油品有較好的抗氧和抗腐作用。在油品中加入抗氧和抗腐添加劑，其目的是抑制油品的氧化過(guò)程，鈍化金屬對(duì)氧化的催化作用，起到延長(zhǎng)油品使用和保護(hù)機(jī)器的目的。 防銹防腐劑　　防銹劑是一種極性很強(qiáng)的化合物，其極性基團(tuán)對(duì)金屬表面有很強(qiáng)的吸附力，在金屬表面形成緊密的單分子或多分子保護(hù)層，阻止腐蝕介質(zhì)與金屬接觸，起到防銹作用。另外，溶解防銹劑的基礎(chǔ)油，可在防銹劑吸附少的地方進(jìn)行吸附，深入到防銹添加劑分子之間，借組范德華力與添加劑分子共同作用，使吸附膜更加牢固；另外，由于基礎(chǔ)油的作用，使添加劑對(duì)金屬表面的吸附更加牢固不易脫離，油還可以與添加劑形成濃縮物，從而使吸附膜更加緊密。 抗泡劑 　潤(rùn)滑油使用中，常會(huì)受到震蕩、攪動(dòng)等影響，使空氣進(jìn)入潤(rùn)滑油中，以至于形成氣泡，則將影響潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能，加速氧化速度，導(dǎo)致油品損失，而且會(huì)阻礙油品的傳送，使供油中斷，妨礙潤(rùn)滑，對(duì)液壓油影響其壓力的傳遞。抗泡劑作用主要是抑制泡沫的產(chǎn)生，提高消除泡沫的速度，以免形成安定的泡沫。它能吸附在泡沫上，形成不安定的膜，從而達(dá)到破壞泡沫的目的。最常用的抗泡劑是甲基硅油抗泡劑。第五章 車輛齒輪油的分類及選用汽車的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)都廣泛使用齒輪傳動(dòng)。人們通常把用于手動(dòng)變速器、后橋齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑油統(tǒng)稱為汽車齒輪油。 汽車齒輪油的種類目前,世界各國(guó)大多采用美國(guó)石油學(xué)會(huì)(API)質(zhì)量分類法和美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)(SAE)的粘度分類法。 汽車齒輪油的質(zhì)量等級(jí)我國(guó)汽車齒輪油按其使用性能，分為普通齒輪油和雙曲線齒輪油兩大類。根據(jù)組成不同，又可分為渣油型和餾分型2種。美國(guó)石油學(xué)會(huì)(API)按齒輪油的使用承載能力和使用場(chǎng)合的不同，將其分為從GL1到GL–6六個(gè)質(zhì)量等級(jí)（見(jiàn)表１）。我國(guó)車輛齒輪油參照國(guó)際上通用的API分類法，將其分為普通車輛齒輪油、中負(fù)荷車輛齒輪油、重負(fù)荷車輛齒輪油３類。各檔油品的性能、使用范圍和技術(shù)要求見(jiàn)表2。表１ ＡＰＩ汽車齒輪油使用性能分級(jí) 級(jí)別 適用范圍ＧＬ－１ 低齒面壓力、低滑行速度下運(yùn)行的汽車螺旋錐齒輪、蝸輪后橋和各種手動(dòng)變速器。直餾礦物油不加添加劑，能滿足這類情況的要求。ＧＬ－２ 汽車蝸輪后橋齒輪，由于其負(fù)荷、溫度及滑動(dòng)速度的狀況，使ＧＬ－１級(jí)齒輪油不能滿足要求的蝸輪齒輪所規(guī)定的用油。通常加脂肪類物質(zhì)，不加極壓添加劑。ＧＬ－３ 中等速度及負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的汽車手動(dòng)變速器和后橋螺旋錐齒輪規(guī)定，加有少量極壓添加劑。ＧＬ－４ 在高速低扭矩及低速高扭矩下運(yùn)轉(zhuǎn)的汽車、轎車和其他車輛的各種齒輪，特別是齒輪，加有較多的極壓添加劑。ＧＬ－５ 在高速?zèng)_擊負(fù)荷、高速低扭矩、低速高扭矩條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的轎車和其他車輛的各種齒輪，特別是齒輪，加有大量的極壓添加劑。ＧＬ－６ 高速?zèng)_擊負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)的轎車和其他車輛的各種齒輪，特別是高偏置齒輪，加有多量的極壓添加劑。表２ 國(guó)產(chǎn)汽車齒輪油的質(zhì)量等級(jí)級(jí)別 代號(hào) 性能和使用范圍 相當(dāng)?shù)腁PI級(jí)別普通車輛 ＣＬＣ 由精制礦物油加入抗氧化劑、防銹劑、抗泡沫劑和 GL3 齒輪油 少量極壓添加劑等制成。適用于中等速度的負(fù)荷、 比較苛刻的手動(dòng)變速器和螺旋錐齒輪的驅(qū)動(dòng)橋中負(fù)荷車 ＣＬＤ 由精制礦物油加入抗氧化劑、防銹劑、抗泡沫劑和 GL4 輛齒輪油 少量極壓添加劑等制成。適用于中等速度的負(fù)荷、 比較苛刻的手動(dòng)變速器和螺旋錐齒輪的驅(qū)動(dòng)橋由精制礦物油加入抗氧化劑、防銹劑、抗泡沫劑和極壓添加劑等制成。適用于潤(rùn)滑螺旋錐齒輪減速機(jī)構(gòu)和工作條件不太苛刻的齒輪減速機(jī)構(gòu)，以及要求使用 API GL4級(jí)齒輪油的進(jìn)口車輛的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 重負(fù)荷車 ＣＬＥ 由精制礦物油加入抗氧化劑、防銹劑、抗泡沫劑和 GL5輛齒輪油 極壓添加劑等制成。適用于潤(rùn)滑汽車傳動(dòng)系工作條 件苛刻的各種齒輪。以