开式齿轮结构简单,易于加工,通风散热性好,适用于载荷很大、长期在恶劣工况或有冲击负荷条件下运转设备的传动装置,在矿山、水泥、冶金等特大型旋转设备如磨碎机、干燥机、矿山电铲上得到了广泛的应用。

开式齿轮的润滑机制

开式齿轮是靠齿轮机构中每对啮合齿面的相互作用和相对运动进行动力传送。在齿轮传动过程中,相互接触的轮齿之间同时存在着滑动摩擦和滚动摩擦两种形式。在轮齿开始啮合时,主动齿轮齿根与被动齿轮的齿顶接触,由于齿根和齿顶的切向速度不同,两齿面间产生速度滑差,形成了滑动摩擦。随着啮合的进行,滑差逐渐减小至节圆处时为零,过节圆后滑差方向相反且逐渐增大至脱开。啮入和啮出瞬间滑差最大,产生的滑动摩擦力也最大,节圆处滑差值为零形

成了滚动摩擦,产生的滚动摩擦也最大

。开式齿轮如果不进行有效润滑,啮合轮齿间的摩擦力和接触应力将使相互接触的齿面微凸体温度急剧升高,使两齿面发生粘着,甚至焊合,造成齿轮的疲劳和磨损,最

终导致轮齿断裂。德国Wollhofen等人

调查发现开式齿轮传动装置损坏原因中是由于润滑不良造成的。

一般来说,随着齿轮载荷和工作条件的不同,其润滑可分为流体动力润滑(HL)、弹性流体动力润滑(EHL)、混合润滑(ML)和边界润滑(BL)等不同的润滑状态。由于齿轮的接触是线接触,且同时存在滑动摩擦和滚动摩擦形式,因而在实际中很难确定齿轮处于何种润滑状态。

从式中可以看出,油膜厚度同时受基础油粘度、温度、转速和载荷等多种因素影响。当齿面粗糙度一定时,增加最小油膜厚度hmin可以增大油膜比厚,以改善齿面润滑状态。

NicholasSamman等人

认为当油膜比厚,油膜厚度远大于齿面粗糙度,齿根表面被足够厚的流体或弹性流体润滑剂膜分开,润滑剂的粘度对润滑效果起着主导作用。,油膜厚度小于齿面粗糙度,齿面凸峰相互接触碰撞,齿轮处于边界润滑状态。此时,润滑油的承载作用减小,降低摩擦避免磨损的任务主要由极压抗磨(EP/AW)添加剂来承担。EP/AW添加剂与金属表面能够形成物理、化学吸附膜,防止啮合齿面的干摩擦。当接触表面温度足够高时,EP/AW添加剂中所含磷、硫等活性元素与金属表面发生摩擦化学反应生成固态反应膜,此固态膜的临界剪切强度低于基体金属,摩擦副滑动时的剪切运动在固态膜中进行,从而防止金属表面出现胶合或擦伤。当1<>时,齿轮一般处于混合润滑状态,同时存在弹性流体动力润滑和边界润滑。此时,齿面的某些部位的油膜厚度小于齿面粗糙度,齿面凸峰会发生碰撞,齿面载荷由油膜和凸峰共同承担,在此范围内,适当粘度的润滑剂以及与之配套的适宜添加剂系统特别重要。开式齿轮的润滑失效分析

开式齿轮加工精度低、齿面粗糙,长时间处于低速、重载和连续运转的状态,给齿轮润滑带来许多不利影响。齿轮润滑的失效常常导致齿面磨损,甚至造成轮齿咬合或断裂。根据机制不同,磨损大致可分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。对于开式齿轮,主要表现为胶合、擦伤和点蚀等磨损现象。