摘 要

小齿轮作为一种微型传动机构有着广泛的应用，本文是针对小齿轮润滑性能的研究而展开的。首先通过学习文献了解齿轮普遍的润滑方式及润滑剂的选择，在齿轮润滑的基础上考虑小齿轮润滑的特殊性，如高转速、高温等特殊工况下小齿轮机构所需要不同的润滑需求。其次通过计算和理论研究，在不同的工况为小齿轮润滑选择合适的润滑方式以及润滑油，进行对比试验，小齿轮机构使用不同润滑剂所带来的上升温度的不同体现了其润滑效果的好坏，上升温度越高润滑效果越差，通过对比试验可以得到对于小齿轮机构润滑效果最好的润滑油。最后对于所选择的小齿轮润滑油性质和基本参数进行研究得出小齿轮机构的润滑特性从而得出结论。

关键词：小齿轮、润滑剂、润滑方式、性能

Abstract

Pinion is widely used as a miniature transmission mechanism.This paper is to study the lubrication characteristics of pinions.First of all, we should through the study of the literature to understand the general lubrication of gears and the choice of lubricants.The particularity of pinion lubrication is considered on the basis of gear lubrication.For example, the pinion mechanism needs different lubrication requirement under special working conditions such as high speed and high temperature.Secondly,we choose the proper lubricating mode and lubricating oil for the gear lubrication in different working conditions through calculation and theoretical research.Then we did a comparative experiment.The different rising temperature caused by different lubricants in pinion mechanism reflects the good or bad lubrication effect.The higher rising temperature has the worse lubrication effect.The best lubricating oil for pinion mechanism can be obtained by comparing test.Finally, we study the properties and basic parameters of the selected pinion lubricating oil and get the lubrication characteristics of pinion mechanism.

key word：pinion、lubricant、Lubrication method 、performance

目录

第一章 绪论 1

1.1齿轮润滑的意义 1

1.2齿轮润滑的发展 1

1.3国内外研究现状 2

1.4本文研究的主要内容、方法和目标 2

第二章 小齿轮润滑的理论分析 4

2.1齿轮润滑理论分析 4

2.1.1齿轮的几种常见润滑方式及其油量分析 4

2.1.2 齿轮润滑剂选择的理论分析 7

2.1.3齿轮润滑方式选择的理论分析 7

2.2小齿轮机构润滑理论的分析 7

2.2.1小齿轮机构工作条件的分析 8

2.2.2小齿轮机构润滑剂选择的理论研究 8

第三章 小齿轮润滑的对比实验 10

3.1实验设备选择以及实验原理介绍 11

3.1.1红外测温仪工作原理介绍 11

3.1.2实验小齿轮润滑方式的选择 11

3.1.3实验小齿轮机构润滑脂的选择 12

3.2试验方案以及可行性研究 13

3.2.1实验方案的确定 13

3.2.2实验方案可行性研究 13

3.3实验以及数据整理 14

3.4实验数据分析 16

3.4.1实验折线图分析 16

3.4.2对比数据分析 17

3.5对于润滑脂A、B具体分析 18

3.5.1 A、B润滑脂参数对比 19

3.5.2实验讨论及总结 19

第四章 结论 21

致谢 22

参考文献 23

第一章 绪论

小齿轮作为一种微型传动机构能有效的传递动力，具有许多不可替代的优点，如传动平稳、体积小、结构紧凑、传动比精确、效率高等，并且在许多领域内有着良好的使用前景和广泛的应用。而小齿轮机构的摩擦和磨损对于机构本身有着很多不利的影响，选择合适的润滑方式可以有效的降低齿轮间摩擦和磨损、提高齿轮机构传动效率、延长使用寿命、提高机构的承载能力，所以小齿轮润滑的研究在小齿轮整个研究进程上变得尤为重要，小齿轮润滑性能的研究也越来越被重视。然而小齿轮润滑具有一定的特殊性，广泛的应用决定了其复杂的工况，而复杂的工况则需要不同的润滑方式以及润滑剂来满足。本文小齿轮润滑研究主要是基于普通的齿轮润滑技术而展开的，我们要做的是将普通齿轮润滑技术和小齿轮机构的特殊性一起考量，寻找最适合小齿轮机构的润滑方式，这就是本文所研究的主要方向。

1.1齿轮润滑的意义

齿轮作为一种重要的机械原件和传动机构在各个领域都有着广泛的应用，尤其在工业中起到了不可或缺的作用：（1）减少了齿轮与相邻运动元件的磨损；（2）降低摩擦；（3）散热，作为冷凝剂被使用；（4）减少噪声、振动和齿轮齿间冲击；（5）排污；（6）作为一种结构材料。

随着齿轮的大量使用，其由于啮合表面存在的磨擦会导致齿轮磨损从而造成巨大的经济损失和资源浪费。在美国每年由于摩擦、磨损所造成的经济损失约2000亿元，在我国也高达上千亿元。而齿轮润滑技术能有效的降低啮合时所带来的摩擦、磨损，也提高齿轮承压能力，提升机构效率，所以齿轮润滑的研究对于齿轮机构的发展有着举足轻重的作用，尤其在这个科技飞速发展的时代，只有齐头并进才能有更大的提高。

1.2齿轮润滑的发展

齿轮润滑可以保证齿轮有更高的承载能力，更长的使用寿命。在齿轮润滑的发展史上我们对于齿轮传动的润滑一直都有更高的追求和需求，这也带动了齿轮润滑研究水平的进一步提高。对于齿轮润滑概括起来可以分为大致几个阶段：（1）流体润滑和弹流润滑时代；（2）摩擦化学发展时代；（3）耐高温、长寿命润滑时代。不同的时代有着不同的追求，从上世纪初机械设备粗糙，而提高设备使用寿命的措施仅仅是保证油膜将啮合齿面隔开，再到流体润滑理论和弹性流体润滑理论时代，随后伴随着工业的发展，发现了添加剂可以大幅提高油品的质量，直至今日机械设备向着小型化发展，停机维修的时间间隔越来越长，所需油品的各个性能要求更高，我们需要更高效的合成油。[^[1]]

1.3国内外研究现状

在过去一段时间内，齿轮润滑油的发展目标始终是在追求低成本的同时追求更高的油品性能。从20世界80年代美国石油学会（API）GL-5标准到90年代中期兼顾传动性能和齿轮洁净度两方面性能的APIMT-1标准，直至如今的高性能齿轮油标准。高性能齿轮油标准与早期的（API）GL-5标准相比有许多优点；有更好的密封适应性、燃料经济性、更佳的抗擦伤能力和抗磨损性能。

DYNAMIC T-20i工业用浓缩高效合成润滑油具有合成油的所有优良品质，且对金属具有很强的吸附能力，能有效的降低摩擦系数，节约大约20%的机器动力，即使混入水也不会产生絮状胶质物。该润滑油常用于各种齿轮润滑，如圆柱齿轮、斜齿轮、工业准双曲面齿轮等。

我国自行研制出的液相纳米润滑油，在抗磨性、抗氧化性、热稳定性、耐高温高压等方面都有了大幅度提高，同时又消除了原有产品易沉淀、积碳、易分解形成酸腐蚀等弊端，成为21世纪最有发展前途的新型材料。

美国最新推出的ACC金属机件自动镀铜修复剂，颠覆了润滑油特性的传统思想，是根据摩擦学、材料学、流体力学等相关学科的理论研究而开发出的一种专门处理金属摩擦表面、彻底改善润滑环境的新型润滑材料。

SL-OG是一种用于多用途开放性齿轮润滑的合成金属润滑脂。它具有非常高的粘着性，即使在高速旋转的工况下也不会被甩出，能够附着在齿轮暴露的部分，抵抗相邻运转部分的高温和高压情况，有效的降低了冲级和噪音，防止了不规则的磨损。SL-OG甚至能够在设备运转中使用，不受水、高温、低温和极压的影响，是一种十分优质的新型齿轮润滑油。

我国是润滑油消耗大国，平均每年消耗润滑油340万吨，其中包括从国外进口50万吨，仅次于美、俄占世界第三位。所以在我国工业生产中推广使用金属磨损自修复材料（ART）可以获得重大的经济效益。改用加有金属磨损自修复材料超细粉体和抗氧化剂的基础油，能够使用现有的内燃机实现节能和降耗。经过金属磨损自修复材料处理后的齿轮其使用寿命可提高到原寿命5倍以上。

随着人类科技的进步，我们有充分的理由相信在齿轮润滑方面会有更好的理论和实验成果。[^[2]]

1.4本文研究的主要内容、方法和目标

小齿轮润滑较大型齿轮润滑有更高的要求，例如较高的转速需要润滑剂有良好的粘附性，复杂的工况则需要润滑剂耐高温、耐低温等，也有许多的设备要求全寿命使用，这些都是我们所追求的目标。本文主要研究内容如下：首先是了解齿轮润滑的普遍技术，从中得出齿轮润滑的普遍方法和润滑剂的选择；其次考虑到小齿轮润滑的特殊性，通过计算和实验得出小齿轮润滑最合适的方式和运行良好的润滑剂；最后通过对比试验和齿轮油性质、基本参数研究得出小齿轮机构润滑特性。本文研究方法主要包括：

(1)使用不同的润滑方式对装有小齿轮的齿轮箱进行润滑，利用电机带动齿轮箱运作一段时间后，通过红外测温仪测出小齿轮表面温度变化，进行一系列的对比实验，由温度变化可以得到最优的润滑方式。（2）同上使用不同的润滑剂对齿轮箱进行润滑，运作一段时间后，同样由红外测温仪测试小齿轮表面的温度变化，进过对比试验后的出结论。（3）综合润滑方式以及润滑剂的选择，得出小齿轮机构的润滑性能。

第二章 小齿轮润滑的理论分析

2.1齿轮润滑理论分析

随着科技发展，齿轮传动机构被广泛的使用，齿轮传动润滑可以有效的降低齿轮机构的摩擦和磨损，从而降低齿面工作温度,延迟齿轮机构工作寿命，所以齿轮润滑技术的研究显得越来越重要。齿轮的啮合过程十分复杂，所有进入啮合的齿轮的接触点连续在齿面滚动，并且会承受很高压力。除了在节点处的两齿轮运动速度相同，可以看作为纯滚动以外，其他各个接触点两齿面运动的速度并不相同，即既有滑动也有滚动。对于主动齿轮的表面来说运动方向是沿着离开齿轮节线方向在滑动，而从动齿轮运动方向则是向着齿轮节线在滑动，这种滑动和润滑剂的走向有一定的关系。轮齿啮合传动时,是一个很快的过程，一般情况下啮合的时间非常短, 并且在齿面上出现很大的接触应力，轮齿在沿啮合线运动时, 其接触点处的瞬时曲率半径、接触点处两齿面的滚滑速度及接触载荷都是不停变化的。所以齿轮的润滑状态也是十分复杂的, 在正常情况下, 两个相啮合的齿面, 在压力下建立了薄层油膜,由弹性流体动压油膜承受载荷, 但在齿根和齿顶处则多半是在混合摩擦或边界润滑的情况下接触。这和载荷、速度的大小以及油膜厚度和表面粗糙度综合值λ等因素有关。

(2-1)

式中为最小油膜厚度；σ1，σ2为齿面1，2的粗糙度。

当λ＜1时，就可以认为齿轮是处在边界润滑状态的；当1≤λ≤3时，可以认为齿轮处于混合润滑状态；即齿轮轮齿处于部分弹性流体动力润滑状态；当λ＞3时，可以认为齿轮处于完全弹性流体动力润滑状态。

因此，按照润滑剂将两个摩擦面隔开的情况，可将齿轮润滑分为如下五类（1）流体动力润滑；（2）流体静力润滑；（3）弹性流体静力润滑；（4）边界润滑；（5）混合润滑。而按照润滑剂物理状态可分为气体润滑、液体润滑和固体润滑。[^[3]]

2.1.1齿轮的几种常见润滑方式及其油量分析

①油池浸浴法

油池浸浴法简便、经济，是目前一般齿轮传动应用最广的润滑方法，但必须考虑到以下问题：

（1）极限转速应该控制在12～15m/s,否则会导致油温升高，油的粘度下降，齿轮的抗胶合、抗点蚀能力变差，出现过多的泡沫，容易使润滑油变质；但是转速也不应该小于3m/s，才能产生足够的油飞溅。

（2）齿轮浸入深度：在单级减速器中，大齿轮浸入深度为1～2个齿高；在多级减速器中，高速级大齿轮浸入深度为0.7个齿高，一般不超过10mm。当节圆速度为0.5～0.8m/s时，浸入深度可增加到高速级齿轮半径的1/6；在圆锥齿轮减速器中，大齿轮整个齿长应浸入油中。总之，只要冷却和润滑不受到影响，浸油深度浅比浸油深度深好。

（3）供油方式：供油方式有啮入侧和啮出侧两种如图 2-1 所示。啮出侧散热效果好，抗点蚀能力比啮入侧高8%，也不会出现挤油现象。

（a）啮入侧供油 （b）啮出侧供油

图2-1 齿轮润滑供油方式

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