Защо вискозитетът определя дебелината на EHL филма
Филмът EHL в спирална предавка Зоната на контакт на зъбите се генерира от хидродинамичния клинов ефект, когато двете повърхности на зъбите се сближават от страната на приближаване към мрежата. Дебелината на филма h_min се определя от формулата на Даусън-Хигинсън (линеен контакт, опростено):
h_min ∝ (η₀ × v_Σ)^0,7 × R'^0,46 / (E'^0,03 × w'^0,13)
където: η₀ = динамичен вискозитет при температура на входа [Pa·s]
v_Σ = сумарната скорост = v₁ + v₂ ≈ 2 × v_t (сумарната скорост на търкаляне) [m/s]
R' = еквивалентен радиус на кривината при контакт [mm]
E' = еквивалентен модул на еластичност ≈ 226 000 N/mm² (стомана-стомана)
w' = нормално натоварване на единица контактна дължина [N/mm]
Ключова връзка: h_min ∝ η₀^0.7 и h_min ∝ v_t^0.7
Удвояване на вискозитета на маслото (при същата температура): h_min се увеличава с 2^0.7 = 1.62×
Удвояване на скоростта по линията на стъпката (същ вискозитет): h_min се увеличава с 2^0.7 = 1.62×
→ И двата лоста имат еднаква мощност от 0.7 — вискозитетът и скоростта са еднакво ефективни
при увеличаване на EHL филма. Скоростта обаче се определя от приложението; вискозитетът
е проектната променлива, която инженерът контролира.
За спирална предавка, съотношението на филма λ = h_min / R_q трябва да достигне ≥ 2.0 за пълна EHL защита. За прецизно заземяване спирална предавка (Ra ≈ 0,2 µm) (R_q ≈ 0,25 µm на странична част), композитният R_q ≈ √(0,25² + 0,25²) = 0,35 µm, което изисква h_min ≥ 0,70 µm за λ = 2,0. Степента на вискозитет е избрана така, че да се постигне този филм при действителната температура на зоната на мрежата по време на нормална работа.
Връзка вискозитет-температура — Защо работната температура е важна
Класовете ISO VG са дефинирани при 40°C. спирална предавка Мрежестата зона обикновено работи при 60–80°C (температура в обема на мрежестата зона) и вискозитетът на маслото при тази температура е значително по-нисък от този, който предполага номиналният клас VG. Вискозитетът при работна температура трябва да се изчисли, като се използва моделът вискозитет-температура (ASTM D341 или уравнението на Walther):
Кинематично вискозитетно съотношение (уравнение на Валтер, опростено):
log log(ν + 0.7) = A − B × log(T_abs)
където ν = кинематичен вискозитет [mm²/s = cSt], T_abs = температура [K]
Константи A и B са съобразени с вискозитета на маслото при две известни температури.
Приблизителен вискозитет при работна температура за минерално масло (VI ≈ 100):
ISO VG 68 при 40°C → приблизително 15 cSt при 80°C
ISO VG 100 при 40°C → приблизително 20 cSt при 80°C
ISO VG 150 при 40°C → приблизително 28 cSt при 80°C
ISO VG 220 при 40°C → приблизително 38 cSt при 80°C
ISO VG 320 при 40°C → приблизително 52 cSt при 80°C
ISO VG 460 при 40°C → приблизително 70 cSt при 80°C
ISO VG 680 при 40°C → приблизително 98 cSt при 80°C
Синтетичният PAO (VI ≈ 150) запазва приблизително 30–40% по-висок вискозитет при 80°C
отколкото минерално масло от същия клас ISO VG при 40°C — значително предимство.
Избор на клас ISO VG — Таблица за скорост и температура на стъпковата линия
Спирална екипировка скоростна кутия с картер с маслена вана — правилният клас ISO VG трябва да осигурява достатъчен вискозитет при работната температура на зоната на мрежата (обикновено 60–80°C за индустриални скоростни кутии), за да се постигне λ ≥ 2.0, като същевременно остава достатъчно нисък при минималната начална температура на околната среда, за да премине през филтъра и да достигне мрежата в рамките на първите 30–60 секунди от работата
Следната таблица предоставя препоръки за клас ISO VG за цементирани и шлифовани спираловидни зъбни колела (повърхност на зъба Ra ≤ 0,3 µm) при температура на масления картер 60–80°C, въз основа на AGMA 9005-F16 Таблица 2 (индустриални затворени зъбни предавки):
| Скорост на линията на подаване v_t | Препоръчителен ISO VG (минерален CLP) | Препоръчителен ISO VG (PAO CLP HC) | Забележки |
|---|---|---|---|
| < 0,5 м/с (много бавно) | VG 680–1000 | ВГ 460–680 | Режим на гранично смазване; високият вискозитет компенсира липсата на хидродинамичен филм. Приложимо за зъбни колела на гумени смесители и плоски мелници (чл. 64, чл. 68). |
| 0,5–5 м/с (бавно до умерено) | ВГ 320–680 | ВГ 220–320 | Смесено смазване за ранни EHL. Селскостопански скоростни кутии (Art56), телфери за кранове (Art70), общопромишлени зъбни колела M10+. |
| 5–15 м/с (индустриален стандарт) | ВГ 150–320 | ВГ 100–220 | Пълен EHL в горния край на този диапазон. Повечето затворени промишлени спирална предавка Скоростните кутии попадат в тази категория. |
| 15–25 м/с (бързо) | ВГ 68–150 | VG 68–100 | Пълен EHL се постига лесно; загубата от разбъркване се увеличава рязко над VG 220 при тези скорости. Компресорни редуктори (Art50), големи промишлени задвижвания на вентилатори (Art69). |
| > 25 м/с (висока скорост) | VG 32–100 (минерален маргинален) | VG 32–75 PAO е за предпочитане | При >40 m/s, PAO е силно предпочитан — по-ниският коефициент на сцепление и по-добрият индекс на вискозитет поддържат качеството на филма. Редукторите на EV (Art62), усилвателите на скоростта на турбините (Art69). |
Категории смазки за зъбни колела по ISO 6743-6 — Кой тип е подходящ за спираловидни зъбни колела?
ISO 6743-6 класифицира смазочните материали за зъбни колела по базово масло и вид на добавките. Изборът на правилната категория е също толкова важен, колкото и изборът на правилния клас ISO VG — грешната категория с правилния вискозитет все още не осигурява адекватна защита:
Стандартно минерално базово масло със сярно-фосфорна (S/P) добавка за екстремно налягане. Подходящо за повечето индустриални машини. спирална предавка Задвижвания при v_t = 1–20 m/s. FVA степен на микропитинг MLS 6–8. Интервал на смяна: 3000–8000 часа в зависимост от следенето на състоянието. Най-рентабилен избор за стандартни скоростни кутии.
Хидрокрекирано базово масло от Група III с подобрена окислителна стабилност и малко по-висок VI (≈ 120) от конвенционалното CLP. 20–30% по-дълъг експлоатационен живот от CLP. Препоръчва се за спирална предавка скоростни кутии при по-висока околна температура или удължен интервал на обслужване. FVA клас на микропитинг MLS 8–10. По-добър вариант за главни скоростни кутии на вятърни турбини и офшорни скоростни кутии.
Синтетично базово масло PAO Група IV; VI ≈ 150. Най-добри характеристики при висока скорост (по-нисък коефициент на сцепление → по-висока ефективност), най-добър поток при ниски температури, най-дълъг експлоатационен живот (5000–12 000 часа). Предпочита се за редуктори за електрически превозни средства, спирални задвижвания BFP и всякакви други... спирална предавка приложение, при което енергийната ефективност се монетизира. Приблизително 2–3 пъти по-скъпо на литър от минералните продукти CLP.
НЕ се препоръчва за стандартни спирални зъбни колела. Полигликоловото базово масло е отлично за червячни зъбни колела (много нисък коефициент на сцепление при контакти от бронз и стомана), но атакува нитрилните гумени уплътнения и емулгира с вода по-лесно от полиакрилоновото масло (PAO). Малкото изключения са специалните приложения с червячни зъбни колела.спирална предавка комбинирани скоростни кутии, където червячната степен е с приоритет, или задвижвания с вал от неръждаема стомана, където не се използват нитрилни уплътнения.
Минерал срещу PAO — Кога надстройката се отплаща?
Надграждане от CLP минерал до CLP PAO за спирална предавка Задвижването носи три ползи: ефективност (намалено въртене и триене в мрежата → по-ниски разходи за енергия), по-дълъг експлоатационен живот на маслото (намален интервал на поддръжка и престой) и по-добра защита при екстремни температури. Дали подобрението се отплаща зависи от работния профил:
Изчисляване на възвръщаемостта на ефективността (пример: 75 kW) спирална предавка задвижване, CLP 220 → PAO 220):
Подобряване на ефективността: приблизително 0,5–1,0% (намаляване на загубите от мрежата + разбиване)
Годишна икономия на енергия: 75 kW × 0,007 × 8 000 h/година = 4 200 kWh/година
При 0,12 щ.д./kWh: 504 щ.д./годишно икономия на енергия на задвижване
Възвръщаемост на маслото през целия му експлоатационен живот:
CLP 220 минерално масло: смяна на маслото на всеки 3000 часа → 2,7 смени/година за 8000 часа/година
CLP PAO 220: смяна на маслото на всеки 8000 часа → 1 смяна/годишно
Годишна икономия на обем масло: 1,7 смени × обем масло = значително за големи скоростни кутии
Точка на безубыточност: PAO обикновено струва 2–3× CLP минерал на литър. За скоростна кутия със 100 литра:
Премия за PAO на зареждане: 300 щ.д.; икономия на енергия: 504 щ.д./година → изплащане < 1 година.
За задвижвания, работещи <2000 часа годишно или с малък обем масло, минералното масло CLP е по-рентабилно.
Вискозитет при студен старт — изискване за минимална околна температура
А спирална предавка Скоростната кутия никога не трябва да се стартира с пълно натоварване, преди маслото да е изтекло от картера до зъбното зацепване и лагерите. При много ниски температури на околната среда, минералното масло с висок вискозитет може да се желира или да тече толкова бавно, че първите 30–60 секунди работа да протичат без адекватно смазване. Минималната температура на околната среда за стартиране с пълно натоварване без предварително загряване:
Точка на течливост и минимални температури на стартиране за минерално трансмисионно масло CLP (приблизително):
VG 220 CLP минерал: точка на течливост ≈ −15°C; минимална начална температура при пълно натоварване ≈ −5°C
VG 320 CLP минерал: точка на течливост ≈ −12°C; минимална начална температура при пълно натоварване ≈ 0°C
VG 680 CLP минерал: точка на течливост ≈ −9°C; минимално начало при пълно натоварване ≈ +5°C
VG 220 PAO: точка на течливост ≈ −45°C; минимална начална температура при пълно натоварване ≈ −30°C
VG 320 PAO: точка на течливост ≈ −42°C; минимална начална температура при пълно натоварване ≈ −25°C
За скоростни кутии в студен климат (корейска зима, сибирски инсталации, арктически брегови зони):
Синтетичното масло PAO често е единственият вариант с вискозитетен клас, който избягва изискванията за подгряване на маслото.
Korea Ever-Power — Препоръка за вискозитет на маслото при поръчки на оборудване
Измерената от Korea Ever-Power стойност на зъбната повърхност Ra от производственото зъбно колело (Ra ≤ 0,2 µm за DIN клас 5, Ra ≤ 0,4 µm за DIN клас 7) се използва за изчисляване на композитния R_q и необходимия h_min за λ = 2,0 — което директно определя минималния клас ISO VG, необходим при определената работна температура за спирална предавка инсталация
Korea Ever-Power предоставя препоръчителния клас ISO VG (и минималното изчисление λ = h_min/R_q, което го оправдава) с всеки спирално нарязано зъбно колело поръчка — използвайки действително измерената повърхност на зъба Ra от производствената предавка, а не приета от класа стойност. Препоръката за масло включва минималната начална температура на околната среда за посочения клас и сигнализира дали е необходимо синтетично масло PAO за работа в студен климат. Като директен производител на спирални зъбни колела, Korea Ever-Power сверява препоръчителния вискозитет на маслото спрямо скоростта на стъпката на зъбното колело и изчислението за загуба на въртене — препоръчва по-нисък клас вискозитет, ако клиентът е посочил ненужно висок VG, който би намалил ефективността, без да подобри съотношението λ. Разгледайте продуктова гама от спирални зъбни колела.
Често задавани въпроси
Не е задължително. Ако двигателят бъде сменен, за да работи по-бързо (по-висока скорост по линията на стъпката), съществуващото масло с висок вискозитет може да причини прекомерни загуби от разбиване и висока температура на маслото. Ако двигателят бъде сменен, за да работи по-бавно, оригиналният вискозитет може да е твърде нисък за адекватен EHL филм при намалената скорост по линията на стъпката. Когато скоростта на съществуващо масло спирална предавка промени в скоростната кутия с повече от ±30%, вискозитетът на маслото трябва да се преизчисли при новата работна скорост, за да се потвърди, че λ остава над 2.0. Korea Ever-Power предоставя това преизчисляване за всякакви спирална предавка задвижване, което е претърпяло промяна на скоростта — изчислението взема като входни данни действителната геометрия на зъбното колело (модул, ширина на повърхността, диаметър на стъпката) и новата скорост.
В споделен резервоар спирална предавка В скоростната кутия (най-често срещаната конфигурация), всички степени споделят едно и също масло — като се прави компромис между идеалния вискозитет за високоскоростния първи етап (по-нисък VG) и идеалния за нискоскоростния последен етап (по-висок VG). Стандартният подход е да се избере вискозитетът на маслото за най-критичния етап (обикновено етапът с най-висока скорост на линията на стъпката, където загубата от разбиване е най-чувствителна към вискозитета) и да се приеме леко неоптимален λ при по-бавните етапи — които обикновено не са критични, защото по-ниската им скорост на линията на стъпката означава, че филмът EHL вече е дебел. За скоростни кутии, където съотношението на скоростите между първия и последния етап надвишава 10:1 (съотношението v_t надвишава 10:1), си струва да се обмислят отделни маслени камери за всеки етап — всяка със собствен оптимизиран клас масло — за да се избегне както прекомерно смазване на високоскоростния етап, така и недостатъчно смазване на нискоскоростния етап.
Да, косвено — чрез два механизма. По-голям модул спирална предавка има по-голям еквивалентен радиус на контакт R', което увеличава h_min при същия вискозитет и скорост (h_min ∝ R'^0.46). Това означава голям модул спираловидни зъбни колела може да постигне същата цел λ = 2.0 с по-нисък вискозитет, отколкото зъбните колела с малък модул при същата скорост по стъпковата линия. Зъбните колела с голям модул обаче често работят с по-ниски скорости по стъпковата линия, което частично компенсира това предимство. Крайният ефект: за зъбни колела с много голям модул (M20+), работещи с ниски скорости (0.5–3 m/s), комбинацията от голямо R' и ниска скорост прави образуването на EHL филм незначително дори при масла с много висок вискозитет — ето защо граничното смазване с EP (EP) свойства става критично за зъбните колела с голям модул. спираловидни зъбни колела.
Полигликоловите масла са несъвместими с NBR уплътнения, използвани в почти всички индустриални... спирална предавка скоростни кутии. Маслото CLP PG набъбва и разгражда NBR уплътненията в рамките на седмици след излагане, причинявайки течове на масло, които замърсяват околната среда и водят до маслено гладуване на зъбното задвижване. Вторият проблем е емулгирането на вода: CLP PG абсорбира вода и образува стабилна емулсия, която е трудно да се отстрани чрез отделяне на вода — емулгираната вода след това причинява ръжда вътре в корпуса на скоростната кутия и по зъбните страни на спирална предавкаCLP PG е правилният лубрикант за червячни скоростни кутии (където ниският коефициент на сцепление на PG върху бронз е уникално полезен) — но за всяко задвижване с спирална предавка етап, CLP PAO е високоефективният синтетичен продукт по избор, а не CLP PG.
Препоръчителен клас ISO VG за всяка поръчка на спираловидно зъбно колело
Korea Ever-Power изчислява λ = h_min / R_q при измерената Ra и действителната скорост на линията на наклона, след което препоръчва минималния клас ISO VG и категория масло (CLP / CLP HC / CLP PAO) — с минимална начална температура и интервал за смяна на маслото — като стандарт в документацията за поръчката. Не се изисква отделно инженерство на смазочни материали.
λ = h_min / R_q изчисление · Избор на клас ISO VG · CLP / CLP HC / CLP PAO препоръка · Температура на студен старт · Сервизен интервал · Стандартно включване
Редактор: Cxm
