Proč viskozita určuje tloušťku filmu EHL
Film EHL na spirálové ozubené kolo Kontaktní zóna zubu je generována hydrodynamickým klínovým efektem, když se oba povrchy zubů sbíhají na straně přiblížení k síti. Tloušťka filmu h_min je dána Dowsonovým-Higginsonovým vzorcem (zjednodušený liniový kontakt):
h_min ∝ (η₀ × v_Σ)^0,7 × R'^0,46 / (E'^0,03 × w'^0,13)
kde: η₀ = dynamická viskozita při vstupní teplotě [Pa·s]
v_Σ = součet rychlostí = v₁ + v₂ ≈ 2 × v_t (součet rychlostí valení) [m/s]
R' = ekvivalentní poloměr zakřivení v kontaktu [mm]
E' = ekvivalentní modul pružnosti ≈ 226 000 N/mm² (ocel-ocel)
w' = normální zatížení na jednotku kontaktní délky [N/mm]
Klíčový vztah: h_min ∝ η₀^0,7 a h_min ∝ v_t^0,7
Zdvojnásobení viskozity oleje (při stejné teplotě): h_min se zvýší o 2^0,7 = 1,62×
Zdvojnásobení rychlosti na linii stoupání (stejná viskozita): h_min se zvýší o 2^0,7 = 1,62×
→ Obě páky mají stejný výkon 0,7 – viskozita a rychlost jsou stejně účinné
při zvyšování tloušťky filmu EHL. Rychlost je však dána aplikací; viskozita
je konstrukční proměnná, kterou inženýr ovládá.
Pro spirálové ozubené kolo, poměr filmu λ = h_min / R_q musí dosáhnout ≥ 2,0 pro plnou ochranu EHL. Pro přesné broušení spirálové ozubené kolo (Ra ≈ 0,2 µm) (R_q ≈ 0,25 µm na bok), kompozitní R_q ≈ √(0,25² + 0,25²) = 0,35 µm, což vyžaduje h_min ≥ 0,70 µm pro λ = 2,0. Stupeň viskozity je zvolen tak, aby se tohoto filmu dosáhlo při skutečné teplotě síťové zóny během normálního provozu.
Vztah mezi viskozitou a teplotou – Proč je provozní teplota důležitá
Třídy ISO VG jsou definovány při 40 °C. spirálové ozubené kolo Síťová zóna obvykle pracuje při teplotě 60–80 °C (objemová teplota síťové zóny) a viskozita oleje při této teplotě je podstatně nižší, než naznačuje nominální třída VG. Viskozita při provozní teplotě musí být vypočítána pomocí modelu viskozita-teplota (ASTM D341 nebo Waltherova rovnice):
Kinematický viskozitní poměr (Waltherova rovnice, zjednodušená):
log log(ν + 0,7) = A − B × log(T_abs)
kde ν = kinematická viskozita [mm²/s = cSt], T_abs = teplota [K]
Konstanty A a B jsou aproximovány k viskozitě oleje při dvou známých teplotách.
Přibližná viskozita minerálního oleje při provozní teplotě (VI ≈ 100):
ISO VG 68 při 40 °C → cca 15 cSt při 80 °C
ISO VG 100 při 40 °C → cca 20 cSt při 80 °C
ISO VG 150 při 40 °C → cca 28 cSt při 80 °C
ISO VG 220 při 40 °C → cca 38 cSt při 80 °C
ISO VG 320 při 40 °C → cca 52 cSt při 80 °C
ISO VG 460 při 40 °C → cca 70 cSt při 80 °C
ISO VG 680 při 40 °C → cca 98 cSt při 80 °C
Syntetický PAO (VI ≈ 150) si zachovává přibližně o 30–401 TP3T vyšší viskozitu při 80 °C
než minerální olej stejné jakosti ISO VG při 40 °C – což je významná výhoda.
Výběr třídy ISO VG – Tabulka rychlosti a teploty na linii rozteče
Šroubovitý výstroj převodovka s olejovou vanou – správná třída ISO VG musí poskytovat dostatečnou viskozitu při provozní teplotě v zóně síta (obvykle 60–80 °C u průmyslových převodovek) k dosažení λ ≥ 2,0, přičemž musí zůstat dostatečně nízká při minimální počáteční teplotě okolí, aby mohla protékat filtrem a dosáhnout síta během prvních 30–60 sekund provozu
Následující tabulka uvádí doporučení jakosti ISO VG pro cementované a broušené šikmá ozubená kola (povrch zubu Ra ≤ 0,3 µm) při teplotě olejové vany 60–80 °C, na základě AGMA 9005-F16 Tabulka 2 (průmyslové uzavřené převodové pohony):
| Rychlost na lineární ose v_t | Doporučená ISO VG (minerální CLP) | Doporučená ISO VG (PAO CLP HC) | Poznámky |
|---|---|---|---|
| < 0,5 m/s (velmi pomalé) | VG 680–1000 | VG 460–680 | Režim mezního mazání; vysoká viskozita kompenzuje nedostatek hydrodynamického filmu. Použitelné pro ozubená kola míchaček gumy a deskových mlýnů (článek 64, článek 68). |
| 0,5–5 m/s (pomalý až střední) | VG 320–680 | VG 220–320 | Smíšené mazivo pro starší verze EHL. Zemědělské převodovky (Art56), jeřábové kladkostroje (Art70), běžné průmyslové převodovky M10+. |
| 5–15 m/s (průmyslový standard) | VG 150–320 | VG 100–220 | Plná EHL na horní hranici tohoto rozsahu. Většina uzavřených průmyslových spirálové ozubené kolo Převodovky spadají do této kategorie. |
| 15–25 m/s (rychle) | VG 68–150 | VG 68–100 | Plného EHL lze snadno dosáhnout; ztráty mícháním při těchto otáčkách prudce stoupají nad VG 220. Převodovky kompresorů (Art50), pohony velkých průmyslových ventilátorů (Art69). |
| > 25 m/s (vysoká rychlost) | VG 32–100 (minerální okrajový) | Preferováno VG 32–75 PAO | Při >40 m/s je silně preferován PAO – nižší koeficient trakce a lepší index viskozity udržují kvalitu filmu. Reduktory EV (Art62), zvyšovače otáček turbíny (Art69). |
Kategorie maziv pro převodovky dle normy ISO 6743-6 – Který typ pro šikmá ozubená kola?
Norma ISO 6743-6 klasifikuje převodová maziva podle typu základového oleje a přísad. Výběr správné kategorie je stejně důležitý jako výběr správné třídy ISO VG – nesprávná kategorie se správnou viskozitou stále nedostatečně chrání:
Standardní minerální základový olej s přísadou pro extrémní tlak na bázi síry a fosforu (S/P). Vhodný pro většinu průmyslových spirálové ozubené kolo Pohony při v_t = 1–20 m/s. Stupeň mikropittingu FVA MLS 6–8. Interval výměny: 3 000–8 000 hodin v závislosti na sledování stavu. Nejvýhodnější volba pro standardní převodovky.
Hydrokrakovaný základový olej skupiny III se zlepšenou oxidační stabilitou a mírně vyšším viskozitním indexem (VI) (≈ 120) než konvenční CLP. 20–30% delší životnost než CLP. Doporučeno pro spirálové ozubené kolo převodovky při vyšší okolní teplotě nebo prodloužených servisních intervalech. Stupeň mikropittingu FVA MLS 8–10. Lepší volba pro hlavní převodovky větrných turbín a převodovky pro offshore aplikace.
Syntetický základový olej PAO skupiny IV; VI ≈ 150. Nejlepší výkon při vysokých otáčkách (nižší součinitel trakce → vyšší účinnost), nejlepší tekutost za nízkých teplot, nejdelší životnost (5 000–12 000 hodin). Vhodný pro reduktory EV, spirálové pohony BFP a jakékoli jiné... spirálové ozubené kolo aplikace, kde je energetická účinnost monetizována. Přibližně 2–3× dražší na litr než minerální CLP.
NEDOPORUČUJE SE pro standardní šikmá ozubená kola. Polyglykolový základový olej je vynikající pro šnekové převody (velmi nízký koeficient trakce na kontaktech bronz-ocel), ale napadá nitrilkaučuková těsnění a emulguje s vodou snadněji než PAO. Výjimkou jsou speciální aplikace se šnekovými převody...spirálové ozubené kolo kombinované převodovky, kde má prioritu šnekový stupeň, nebo pohony s nerezovou hřídelí, kde se nepoužívají nitrilová těsnění.
Minerál vs. PAO – Kdy se upgrade vyplatí?
Přechod z minerální CLP na CLP PAO pro spirálové ozubené kolo Pohon přináší tři výhody: účinnost (snížení víření a tření v záběru → nižší náklady na energii), delší životnost oleje (zkrácený interval údržby a prostoje) a lepší ochranu při extrémních teplotách. Zda se modernizace vyplatí, závisí na provozním profilu:
Výpočet návratnosti účinnosti (příklad: 75 kW) spirálové ozubené kolo pohon, CLP 220 → PAO 220):
Zlepšení účinnosti: přibližně 0,5–1,0% (snížení ztrát způsobených mícháním + mícháním)
Roční úspora energie: 75 kW × 0,007 × 8 000 h/rok = 4 200 kWh/rok
Při ceně 0,12 USD/kWh: úspora energie 504 USD/rok na pohon
Návratnost oleje za dobu jeho životnosti:
Minerální olej CLP 220: výměna oleje každých 3 000 hodin → 2,7 výměny/rok po dobu 8 000 hodin/rok
CLP PAO 220: výměna oleje každých 8 000 hodin → 1 výměna/rok
Roční úspora objemu oleje: 1,7 výměny × objem oleje = značné u velkých převodovek
Bod zvratu: Cena PAO obvykle činí 2–3× více než minerální CLP na litr. Pro převodovku o objemu 100 litrů:
Prémie PAO za jedno naplnění: 300 USD; úspora energie: 504 USD/rok → návratnost < 1 rok.
Pro pohony provozované <2 000 hodin/rok nebo s malým objemem oleje je minerální olej CLP cenově výhodnější.
Viskozita při studeném startu – požadavek na minimální okolní teplotu
A spirálové ozubené kolo Převodovka se nesmí nikdy spouštět s plným zatížením, dokud olej nevyteče z olejové vany do záběru ozubených kol a ložisek. Při velmi nízkých okolních teplotách může minerální olej s vysokou viskozitou zgelovatět nebo téct tak pomalu, že prvních 30–60 sekund provozu probíhá bez dostatečného mazání. Minimální okolní teplota pro start s plným zatížením bez předehřevu:
Bod tuhnutí a minimální teploty spouštění minerálního převodového oleje CLP (přibližné):
VG 220 CLP minerální: bod tuhnutí ≈ −15 °C; minimální rozběh při plném zatížení ≈ −5 °C
VG 320 CLP minerální: bod tuhnutí ≈ −12 °C; minimální teplota při plném zatížení ≈ 0 °C
VG 680 CLP minerální: bod tuhnutí ≈ −9 °C; minimální rozběh při plném zatížení ≈ +5 °C
VG 220 PAO: bod tuhnutí ≈ −45 °C; minimální bod startu při plném zatížení ≈ −30 °C
VG 320 PAO: bod tuhnutí ≈ −42 °C; minimální bod startu při plném zatížení ≈ −25 °C
Pro převodovky v chladném podnebí (korejská zima, sibiřské instalace, arktické pobřeží):
Syntetický olej PAO je často jedinou možností viskozitního stupně, která se vyhne požadavkům na ohřev oleje.
Korea Ever-Power – Doporučení ohledně viskozity oleje s objednávkami převodovek
Pro výpočet kompozitního R_q a požadovaného h_min pro λ = 2,0 se používá hodnota Ra povrchu zubu z výrobního ozubeného kola naměřená společností Korea Ever-Power, která se používá k výpočtu kompozitního R_q a požadovaného h_min pro λ = 2,0 – což přímo určuje minimální třídu ISO VG potřebnou při specifikované provozní teplotě pro daný materiál. spirálové ozubené kolo instalace
Společnost Korea Ever-Power poskytuje doporučenou jakost ISO VG (a minimální výpočet λ = h_min/R_q, který ji odůvodňuje) u každého ozubené kolo se spirálovým řezem objednávka – s použitím skutečně naměřené plochy zubu Ra z výrobního ozubeného kola, nikoli hodnoty předpokládané třídou. Doporučení pro olej zahrnuje minimální počáteční teplotu okolí pro daný stupeň a indikuje, zda je pro provoz v chladném podnebí potřebný syntetický olej PAO. Jako přímý výrobce šikmých ozubených kolSpolečnost Korea Ever-Power porovnává doporučenou viskozitu oleje s rychlostí na ose stoupání ozubeného kola a výpočtem ztrát mícháním – doporučuje nižší stupeň viskozity, pokud zákazník specifikoval zbytečně vysokou viskozitu (VG), která by snížila účinnost bez zlepšení poměru λ. Projděte si sortiment šikmých ozubených kol.
Často kladené otázky
Ne nutně. Pokud je motor vyměněn za rychlejší chod (s vyšší rychlostí na čáře stoupání), může stávající olej s vysokou viskozitou způsobit nadměrné ztráty mícháním a vysokou teplotu oleje. Pokud je motor vyměněn za pomalejší chod, může být původní viskozita příliš nízká pro vytvoření dostatečného filmu EHL při snížené rychlosti na čáře stoupání. Pokud je rychlost stávajícího oleje... spirálové ozubené kolo Pokud se otáčky převodovky změní o více než ±30%, je třeba přepočítat viskozitní stupeň oleje při nových provozních otáčkách, aby se potvrdilo, že λ zůstává nad 2,0. Společnost Korea Ever-Power poskytuje tento přepočet pro všechny spirálové ozubené kolo pohon, u kterého došlo ke změně otáček – výpočet bere jako vstupy skutečnou geometrii ozubeného kola (modul, šířku čela, průměr rozteče) a nové otáčky.
Ve sdílené jímce spirálové ozubené kolo V převodovce (nejběžnější uspořádání) sdílejí všechny stupně stejný olej – kompromis mezi ideální viskozitou pro vysokorychlostní první stupeň (nižší VG) a ideální viskozitou pro nízkorychlostní poslední stupeň (vyšší VG). Standardní přístup spočívá ve výběru viskozity oleje pro nejkritičtější stupeň (obvykle stupeň s nejvyšší rychlostí na čáře stoupání, kde je ztráta mícháním nejcitlivější na viskozitu) a akceptování mírně suboptimální hodnoty λ u pomalejších stupňů – které obvykle nejsou kritické, protože jejich nižší rychlost na čáře stoupání znamená, že film EHL je již silný. U převodovek, kde poměr otáček mezi prvním a posledním stupněm přesahuje 10:1 (poměr v_t přesahuje 10:1), se vyplatí zvážit samostatné olejové komory pro každý stupeň – každá s vlastním optimalizovaným druhem oleje – aby se zabránilo jak nadměrnému mazání ve vysokorychlostním stupni, tak i nedostatečnému mazání v nízkorychlostním stupni.
Ano, nepřímo – prostřednictvím dvou mechanismů. Větší modul spirálové ozubené kolo má větší ekvivalentní kontaktní poloměr R', což zvyšuje h_min při stejné viskozitě a rychlosti (h_min ∝ R'^0,46). To znamená velký modul šikmá ozubená kola může dosáhnout stejného cíle λ = 2,0 s nižší viskozitou než ozubená kola s malým modulem při stejné rychlosti na ose stoupání. Ozubená kola s velkým modulem však často běží při nižších rychlostech na ose stoupání – což tuto výhodu částečně kompenzuje. Čistý efekt: u ozubených kol s velmi velkým modulem (M20+) běžících nízkými rychlostmi (0,5–3 m/s) je kombinace velkého R' a nízké rychlosti marginální i u olejů s velmi vysokou viskozitou – a proto se mezní mazání EP stává pro ozubená kola s velkým modulem kritickým šikmá ozubená kola.
Polyglykolové oleje jsou nekompatibilní s těsněními NBR používanými prakticky ve všech průmyslových spirálové ozubené kolo převodovky. Olej CLP PG bobtná a degraduje těsnění NBR během několika týdnů po vystavení vlivu oleje, což způsobuje úniky oleje, které kontaminují životní prostředí a vedou k nedostatku oleje v převodovém pohonu. Druhým problémem je emulgace vody: CLP PG absorbuje vodu a vytváří stabilní emulzi, kterou je obtížné odstranit oddělením vody – emulgovaná voda pak způsobuje rez uvnitř skříně převodovky a na bocích zubů spirálové ozubené koloCLP PG je správné mazivo pro šnekové převodovky (kde je nízký součinitel trakce PG na bronzu jedinečně výhodný) – ale pro jakýkoli pohon s spirálové ozubené kolo fázi je preferovanou vysoce výkonnou syntetickou kapalinou CLP PAO, nikoli CLP PG.
Doporučení třídy ISO VG pro každou objednávku šikmého ozubeného kola
Společnost Korea Ever-Power vypočítává λ = h_min / R_q při naměřené rychlosti Ra a skutečné rychlosti na ose stoupání a poté v dokumentaci objednávky standardně doporučuje minimální třídu ISO VG a kategorii oleje (CLP / CLP HC / CLP PAO) – s minimální počáteční teplotou a intervalem výměny oleje. Není vyžadován žádný samostatný návrh maziva.
Výpočet λ = h_min / R_q · Výběr třídy ISO VG · Doporučení CLP / CLP HC / CLP PAO · Teplota pro studený start · Servisní interval · Standardní zahrnutí
Střihač: Cxm
