大型開式齒輪常見損傷及潤滑建議
· 關鍵字:克魯勃-潤滑油-開式齒輪-常見損傷
· 摘要:在水泥行業中的燒成和生料、熟料、煤的破碎等工藝設備中，大型開式齒輪常被選作設備的主要驅動單元。其傳動齒輪副長期處于低速、重載、大沖擊力的工況中，齒輪表面往往會出現不同形式的損傷，如過度磨損、擦傷、膠合、點蝕、塑性變形等，繼而導致齒面金屬材料的遺失，改變齒輪的幾何尺寸，嚴重影響齒輪副的使用壽命，降低生產的連續性。
本文針對大型開式齒輪常見的齒面損傷，結合具體的圖片，提出防止損傷發生及合理潤滑的建議，供現場技術人員參考并有望解決現場問題。
克魯勃根據開式齒輪的運行條件和損傷產生的機理，提供系列開式齒輪潤滑產品及技術服務，創造并保障良好潤滑條件、降低齒輪磨損、減少損傷的出現，并抑制既有損傷的擴展。
一、磨損
磨損是指由于機械、化學或其它因素導致材料的慢速損失，齒輪表面發生改變。并非所有的磨損都定義為損傷，對于大型開式齒輪，齒輪運行初期發生的正常磨損有利于改善設備運行狀態和潤滑條件。
1．正常磨損
這種磨損發生在齒輪運轉的早期階段，粗糙的開式齒輪表面的機加工痕跡逐漸消失，齒面呈光亮狀態，常稱為跑合磨損。磨光和中等磨損都屬于正常磨損類型。
正常磨損的形貌特征：磨光是一種緩慢的磨合，兩接觸齒面的凹凸不平逐漸被磨去，機加工痕跡逐漸消失，齒面粗糙度大為降低，因此產生光滑的齒面，磨光對改善齒輪的運轉狀態有積極的促進作用，左下圖為磨光圖片實例。中等磨損齒面的特征是兩齒面都有金屬移失，在節曲面附近出現一條連續的條帶，如右下圖。在壽命以內的正常磨損并不影響齒輪的使用。
a) 磨光實例 b) 中等磨損實例
圖1 齒輪運轉早期階段的正常磨損類型
用于轉窯類設備驅動的齒輪精度在8~9級 (AGMG 2000)，用于管磨類設備的齒輪精度在9~10級 (AGMG 2000)。因此，大型開式齒輪副在運轉初期，接觸面積小，存在局部過載，高點的局部接觸應力往往超過材料的接觸疲勞強度，疲勞裂紋就會陸續出現。若此類疲勞裂紋不能快速消除，疲勞裂紋會持續發展成點蝕損傷。
因此，對于新制大型開式齒輪或翻面使用的齒面，克魯勃提出：在齒輪的運行初期，必須通過磨合過程來達到磨光的目的，借助專用磨合潤滑劑快速降低表面粗糙度、提高接觸比例，防止出現初期損傷，為后期取得良好潤滑狀態創造條件。
2．磨料磨損
磨料磨損是指由于混在潤滑劑中的堅硬顆粒（如砂粒、銹蝕物、金屬雜質等），在齒面嚙合時的相對運動中，使齒面材料發生遺失或錯位。齒面上嵌入堅硬的顆粒，也會造成磨料磨損。
磨料磨損的形貌特征：齒面出現不同尺寸的分散凹坑，其邊緣比較圓滑。
圖2 齒輪磨料磨損實例
此種損傷類型與潤滑無關，且不會持續擴展，但降低了齒輪的接觸比例，可采取如下預防性措施：
1)在設備的安裝階段，清除齒輪副和齒輪罩上的雜質；
2)若采用噴射潤滑或循環潤滑方式，需做好潤滑系統相關部件的清潔工作，避免雜質混入。若采用油池潤滑方式，需仔細清理油池和帶油部件；
3) 改善潤滑系統和齒輪罩的密封條件，避免外部異物混入潤滑劑。
3. 過度磨損
過度磨損是指由于長期使用性能欠缺的潤滑劑，抗磨損性能差，摩擦系數過高，大的滑動摩擦力使輪齒表面快速磨損，從而使齒輪副達不到設計壽命。
過度磨損的形貌特征：齒輪表面明顯粗糙，嚴重時齒廓失去漸開線形狀，通常過度磨損的齒輪伴隨著膠合、擦傷等損傷，但由于磨損較快，不易出現裂紋和點蝕。
圖3 齒輪過度磨損實例
齒輪的過度磨損和所用潤滑劑性能直接相關。要求潤滑劑具有適合工況推薦的工作粘度，含極壓添加劑、良好的抗磨性能、低的滑動摩擦系數，能夠有效降低齒輪的磨損速度，延長齒輪壽命。
二、擦傷
擦傷是由于齒輪表面承受過大的接觸壓力、潤滑劑極壓性能不足或齒面缺乏足夠的潤滑劑，導致潤滑油膜不能建立，齒輪處于干摩擦或邊界摩擦狀態，嚙合齒面直接接觸，造成齒輪材料的移除。
擦傷的形貌特征：在齒面上沿滑動方向出現溝槽，主要分布在滑動速度較快的齒頂、齒根區域。按照損傷面積的大小，可分為輕微擦傷、中等擦傷、嚴重擦傷。
圖4 齒輪中等擦傷實例
圖5 齒輪嚴重擦傷實例
防止齒輪擦傷，除避免設備超負荷運行，造成輪齒接觸壓力過大外。在潤滑方面需注意如下方面：
1)選用承載能力強、粘度高的潤滑劑，改善潤滑條件，提高油膜厚度。
2)保障足量的潤滑劑到達嚙合齒面，若采取噴射潤滑方式，需合理設置系統參數，避免噴射間隔時間過長、潤滑劑用量過低，在運行中注意防止出現潤滑系統故障，若采取油池潤滑方式，需在日常檢查中注意液位的高低，尤其是當齒輪中心線和油池液面具有一定斜度時，注意油位的的高度應以高端為準。
三、膠合
膠合是由于齒輪承受過大的接觸壓力或較高的齒面溫度，導致潤滑油膜不能建立，齒面上不平的峰谷在接觸時發生局部高壓熔焊，而后隨著齒面的相對運動，促使節點發生塑性變形和破裂，導致齒面材料的損失和遷移。由于高溫導致潤滑失效而形成的膠和稱為“熱膠和”，由于嚙合齒輪間接觸壓力超過潤滑油承載能力導致潤滑失效而形成的膠和稱為“冷膠合”。
膠合的形貌特征：相互嚙合齒面間齒面表層材料發生撕裂，形成連續的、一定面積、一定深度的凹坑，嚴重時可能覆蓋整個齒寬。膠合通常發生在相對滑動速度較高的齒頂和齒根區域。
圖6 齒輪膠合實例
對于膠合損傷，一方面需要避免超負荷運行，即便齒輪短時處于過載狀態，過大的接觸壓力也會在齒面上產生膠合。另外在潤滑方面必須選擇合適的潤滑劑，由于膠和現象必須在破壞潤滑油膜時才能發生，因此選用粘度高、粘附性能好、含極壓添加劑的齒輪潤滑劑能夠抑制膠合的產生。
注：本文系技術資料轉載！
