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1、齿轮润滑油泵的润滑状态分析解生泽沈阳职业技术学院汽车分院，辽宁 沈阳110015摘要:由斯特莱贝克曲线可知，在油润滑下，两个相对运动物体表面分为三种润滑状态。通 过计算，齿轮润滑油泵工作时齿面处于混合润滑状态，齿面有磨损产生。而实际观察可知， 齿轮润滑油泵齿面没有磨损，齿面可能处于流体润滑状态。关键词：摩擦磨损润滑油膜两个物体表面相互接触并相对运动就会产生摩擦，有摩擦就会产生磨损。 磨损会破坏表面质量，降低机械的运动精度，消耗能源，缩短零件的使用寿命。而润滑则是减少摩擦和磨 损最有效的手段。于是，人们对摩擦现象进行了深入的研究和分析，并取得了丰硕的成果。1润滑状态分析在本世纪初，德国科学家斯特
2、莱贝克 (Stribeck )根据对滚动轴承和滑动轴承的试验结果，提出了著名的斯特莱贝克曲线口，后经人们的补充和完善，如图 1所示。6图1 斯特莱贝克(Stribeck图中纵坐标是摩擦系数，横坐标是反映承载特性的参量石舟俱1仔盛粘度n *速度v承载特性数= 由廿载荷N)曲线V -、- -；听是润滑油的动力粘度，V是Nhm；c两个摩擦表面对润滑油的综合速度，N是载荷。可以看出，根据 &=工,可将润滑类型分R为 流 体 润 滑、 混 合 润 滑 和 边 界 润 滑 <其中R = （ R 2 +R；）1'2, r和r2是两摩擦表面的相应的粗糙度值。（1）流体润滑区：h. >
3、;3R ,两摩擦表面完全为连续的油膜分开，不直接接触，载荷由油膜承担。（2）混合润滑区：h < 3R ,摩擦表面的一部分被油膜分开 ，另有部分微凸体接触，其余被边界膜分开。载荷由油膜、微凸体和边界膜共同承担。（3）边界润滑区：hT 0,摩擦表面微凸体接触较多，油膜的润滑作用减少， 甚至完全不起作用，载荷几乎完全由微凸体和边界膜共同承担。（4）干摩擦区：属于边界润滑区左边一小部分，摩擦表面无油膜存在，载荷完全由金属基体或氧化膜承担。图2齿轮润滑油泵的工作原理图2齿轮润滑油泵齿面的润滑状态分析齿轮润滑油泵用于泵送润滑油。它的公称压力低（一般小于1MPa ），流量大。为提高齿面的硬度、耐磨性和
4、接触疲劳强度，往往对齿面进行淬火等热处理和磨齿等精加工，最终导致成本增加。齿面磨损程度取决于其齿面的润滑状态。如果处于混合或边界润滑区域，两个齿面直接接触，磨损量大，齿面必须热处理以提高硬度和耐磨性；如果处于流体润滑区域，两个齿面被油膜分隔开，不会产生磨损，齿面不必热处理。其主要工作件由两个互相啮合的齿轮组成，一个主动，一个被动。当齿轮按图2所示方向旋转时，右侧油腔两轮齿逐渐分离， 左侧的轮齿逐渐啮合；油在大气作用下进入右腔，随齿轮旋转带到左腔，经左腔压出。齿轮 属于线接触的高副接触，其力学模型是两个圆柱体的线接触，按弹性流体动压润滑的基本方程计算最小油膜厚度 hmin。下面，以国产RCB 3
5、15型润滑油泵（由日本润滑油泵转化）为例进行齿面润滑状态计算，其参数如下：齿数： 乙=Z2 =12,法面模数：mn =6 mm,螺旋角：日=35°, Eb =32.6°，法面压力角：an=20。，中心距；a =87.896 10 3m,齿宽:B =120mm，精度：8FJ ,齿面粗糙度： 再=再=1.6 Pm ,材料：45钢，公称压力:N 100工业齿轮油，粘压系数：p =0.63 MPa，转数：n =970 r / min ,油品： a =2.2 x10*m2/N，粘度：听=102N，S/m2。计算如下:(1) 传动比i =当=仝=1n2Z1(2) 综合粗糙度 R =(
6、R 2+瓦2)& =2.2624Pm(3) 当量弹性模量 1 】E' =21尸=I=2.2651 x 1011N/m21( _' 1 . 1 2) 1 - 1ET其中 .=；2 =0.27 E= E2 =210GPa 2】(4) 齿轮泵的排量 3】v=2 兀 Z m2B =2 兀 Z(-%)2B =4.8517x10，m3/rcos -(5)转矩 M =V =48.67N ,m2 二(6)圆周力2M2M 2MmtZmn Zcos := 1107.48N(7)节点处当量曲率半径41iasin：n(i 1)2 cos2 ：_ . _3= 9.174 10 m(8)对润滑油的
7、卷吸速度4】U = " nasin"n =1862.8710冒m/s30 (i 1)cos -(9) 单位齿宽上的载荷5】四=Ft cos b =10.1勺03也L Bcos：ncos-m(10) 无量纲参量 口。*=里=8.0682勺。4 ,W* =W/L=4.86><10_6E'RE RG -:E=4.983 10 f1- * -* 一(11)粘性参量 U gv = G W 2U 2 =5.919(12) 弹性参量】ge = W*U* ° =0.541(13) ( gv,ge) 1】点落在R I区域内，用 Martin方程计算。油膜厚度参数
8、 hf = 4.9最小油膜厚 hminhf URW/ L0.7462m= 0.3298 ： 3由以上结果可以看出，齿面出于混合润滑状态。一般齿轮传动齿面也都是处于混合润滑 状态，这与计算结果是相符合的。所以，为防止磨损，点蚀，胶合等破坏形式，齿面要热处 理以提高硬度和耐磨性。但实际观察润滑油泵齿面情况并非如此。92年鞍钢厚板厂引进日本二手轧机，对其润滑油泵进行解剖可知，齿面上刀痕依稀可见，并无磨损痕迹，且齿面为 软齿面，硬度为HB200,该泵已运行十年之久。观察国内生产的润滑油泵齿面情况也是如此。 可见，润滑油泵工作时齿面为连续油膜分开，应为流体润滑，这与计算结果不相符合。3对润滑油泵齿面润滑
9、状态探讨出现以上情况是因为工作条件不同。一般齿轮工作时，润滑油没有压力，只是被齿面间的相对滑动速度产生的卷吸作用带入摩擦表面间。滑动速度很小，加上齿面载荷作用的阻碍，以及油的粘度等因素，齿面间难以形成连续的油膜，有齿面的直接接触，属于混合润滑状态。而润滑油泵工作时是浸入油中，润滑条件好。当油泵工作时，吸油腔的齿轮逐渐退出啮合， 使吸油腔的空间加大，压力降低，形成负压，油随齿轮转动进入压油腔。压油腔的齿轮逐渐 进入啮合，空间变小，油的压力升高。压油腔和吸油腔存在压力差，其值略大于泵的工作压 力。齿轮是高副的线接触，接触区实际是一个狭长的面接触。在压力差的作用下，少量的压 力油经接触区泄回吸油腔，
10、在接触区形成连续的油膜，成为流体润滑状态。正如静压轴承， 在轴转动之前，压力油经轴下面的油孔流出，将轴浮起，使轴与滑动轴承之间形成一个连续 的油膜。轴与轴承之间没有直接接触，不会产生磨损。4结论由于工作条件不同，用计算普通齿轮齿面油膜厚度的方法已不能满足计算齿轮润滑油泵 齿面的油膜厚度，需要对原有的计算方法加以改进和修订。参考文献：1汪德涛。润滑技术手册机械工业出版社。19992张秉荣章剑青。工程力学机械工业出版社。20003左健民。液压与气动传动机械工业出版社。20014 姚玉泉，马先贵，丁津原。摩擦磨损润滑密封东北大学出版社。19895 温诗铸。摩擦学原理。清华大学出版社，1990The
11、Analysis of Lubrication Condition on Gear Lubrication Oil PumpXIE Sheng-ze 1,ZHOU Chao-mei1, MA Xian-guei 2,DING Jin-yuan 2 (1.Shenyang College of Auto Industry,Shenyang 110015; 2.Northeast University,Shenyang 110006 ) Abstract :Stribeck curve divides the lubrication condition of the surface of two
12、oppositemovement bodys under oillubricationinto threesections.Throughcalculating two footh faces Of gear whool lubrication oil pump that are working are in the section of mixed Lubrication and wear can occur.By observing practicing ,wear is not on the tooth Faces of gear whool lubrication oil pump ,and two footh faces may be in section of fluid lubrication .Key words : friction ; wear; lubrication ; oil films