Miks viskoossus määrab EHL-kile paksuse
EHL-i film spiraalne käik Hammaste kokkupuutetsoon tekib hüdrodünaamilise kiiluefekti tõttu, kui kaks hambapinda koonduvad võrgu lähenemisküljel. Kile paksust h_min määrab Dowson-Higginsoni valem (joonkontakt, lihtsustatud):
h_min ∝ (η₀ × v_Σ)^0,7 × R'^0,46 / (E'^0,03 × w'^0,13)
kus: η₀ = dünaamiline viskoossus sisselasketemperatuuril [Pa·s]
v_Σ = summa kiirus = v₁ + v₂ ≈ 2 × v_t (veermiskiiruste summa) [m/s]
R' = kokkupuutel ekvivalentne kõverusraadius [mm]
E' = ekvivalentne elastsusmoodul ≈ 226 000 N/mm² (teras-teras)
w' = normaalkoormus kontaktpikkuse ühiku kohta [N/mm]
Peamine seos: h_min ∝ η₀^0,7 ja h_min ∝ v_t^0,7
Õli viskoossuse kahekordistamine (samal temperatuuril): h_min suureneb 2^0,7 = 1,62× võrra
Pigikiiruse kahekordistamine (sama viskoossus): h_min suureneb 2^0,7 = 1,62× võrra
→ Mõlemal kangil on sama 0,7 võimsust – viskoossus ja kiirus on võrdselt efektiivsed
EHL-kile suurendamisel. Kiiruse määrab aga rakendus; viskoossus
on inseneri poolt kontrollitav disainimuutuja.
A jaoks spiraalne käik, peab kile suhe λ = h_min / R_q saavutama täieliku EHL-kaitse saavutamiseks ≥ 2,0. Täppislihvimise korral spiraalne käik (Ra ≈ 0,2 µm) (R_q ≈ 0,25 µm külje kohta), komposiit R_q ≈ √(0,25² + 0,25²) = 0,35 µm, mis nõuab h_min ≥ 0,70 µm λ = 2,0 korral. Viskoossusklass valitakse sellise kile saavutamiseks võrgusilma tegelikul temperatuuril normaalse töö ajal.
Viskoossuse ja temperatuuri seos – miks on töötemperatuur oluline?
ISO VG klassid on defineeritud temperatuuril 40 °C. spiraalne käik Võrgutsooni temperatuur on tavaliselt 60–80 °C (võrgutsooni täitetemperatuur) ja õli viskoossus sellel temperatuuril on oluliselt madalam kui nominaalne VG-klass ette näeb. Viskoossus töötemperatuuril tuleb arvutada viskoossuse-temperatuuri mudeli abil (ASTM D341 või Waltheri võrrand):
Kinemaatilise viskoossuse suhe (Waltheri võrrand, lihtsustatud):
log log(ν + 0,7) = A − B × log(T_abs)
kus ν = kinemaatiline viskoossus [mm²/s = cSt], T_abs = temperatuur [K]
Konstandid A ja B sobitatakse õli viskoossusega kahel teadaoleval temperatuuril.
Mineraalõli ligikaudne viskoossus töötemperatuuril (VI ≈ 100):
ISO VG 68 temperatuuril 40 °C → u. 15 cSt temperatuuril 80 °C
ISO VG 100 temperatuuril 40 °C → umbes 20 cSt temperatuuril 80 °C
ISO VG 150 temperatuuril 40 °C → umbes 28 cSt temperatuuril 80 °C
ISO VG 220 temperatuuril 40 °C → umbes 38 cSt temperatuuril 80 °C
ISO VG 320 temperatuuril 40 °C → umbes 52 cSt temperatuuril 80 °C
ISO VG 460 temperatuuril 40 °C → umbes 70 cSt temperatuuril 80 °C
ISO VG 680 temperatuuril 40 °C → umbes 98 cSt temperatuuril 80 °C
Sünteetiline PAO (VI ≈ 150) säilitab temperatuuril 80 °C ligikaudu 30–40% kõrgema viskoossuse.
kui sama ISO VG klassi mineraalõli temperatuuril 40 °C – märkimisväärne eelis.
ISO VG klassi valik — kaldenurga kiiruse ja temperatuuri tabel
Spiraalne varustus õlivanniga käigukast – õige ISO VG klass peab tagama võrgusilma töötemperatuuril (tavaliselt 60–80 °C tööstuslike käigukastide puhul) piisava viskoossuse, et saavutada λ ≥ 2,0, jäädes samal ajal minimaalsel ümbritseva õhu käivitustemperatuuril piisavalt madalaks, et voolata läbi filtri ja jõuda võrgusilma esimese 30–60 töösekundi jooksul.
Järgmises tabelis on esitatud ISO VG klassi soovitused karastatud ja jahvatatud terase jaoks. spiraalsed hammasrattad (hambapinna Ra ≤ 0,3 µm) õlivanni temperatuuril 60–80 °C, vastavalt AGMA 9005-F16 tabelile 2 (tööstuslikud suletud hammasrattad):
| Pitch-line kiirus v_t | Soovitatav ISO VG (mineraalne CLP) | Soovitatav ISO VG (PAO CLP HC) | Märkused |
|---|---|---|---|
| < 0,5 m/s (väga aeglane) | VG 680–1000 | VG 460–680 | Piirmäärimisrežiim; kõrge viskoossus kompenseerib hüdrodünaamilise kile puudumist. Rakendatav kummisegistite ja plaatveskite hammasratastele (Art64, Art68). |
| 0,5–5 m/s (aeglane kuni mõõdukas) | VG 320–680 | VG 220–320 | Segatud määrimine varajasele EHL-ile. Põllumajanduslike käigukastide (Art56), kraanatõstukite (Art70), üldise tööstusliku M10+ käigukastide jaoks. |
| 5–15 m/s (tööstusstandard) | VG 150–320 | VG 100–220 | Täielik EHL selle vahemiku ülemises otsas. Enamik suletud tööstushooneid spiraalne käik Käigukastid kuuluvad sellesse kategooriasse. |
| 15–25 m/s (kiire) | VG 68–150 | VG 68–100 | Täielik EHL saavutatakse kergesti; loksumiskadu tõuseb nendel kiirustel järsult üle VG 220. Kompressori käigukastid (Art50), suured tööstuslikud ventilaatori ajamid (Art69). |
| > 25 m/s (suur kiirus) | VG 32–100 (mineraalne marginaalne) | Eelistatud on VG 32–75 PAO | >40 m/s kiirusel on PAO tugevalt eelistatud — madalam veojõutegur ja parem viskoossusindeks säilitavad kile kvaliteedi. Elektriautode kiiruse reduktorid (Art62), turbiini kiiruse suurendajad (Art69). |
ISO 6743-6 käigukasti määrdeainete kategooriad – millist tüüpi valida kaldhammasratastele?
ISO 6743-6 klassifitseerib käigukastiõlid baasõli ja lisandi tüübi järgi. Õige kategooria valimine on sama oluline kui õige ISO VG klassi valimine – vale kategooria õige viskoossusega ei kaitse ikkagi piisavalt:
Standardne mineraalbaasõli väävli-fosfori (S/P) äärmusrõhu lisandiga. Sobib enamiku tööstuslike rakenduste jaoks. spiraalne käik Ajami kiirus v_t = 1–20 m/s. FVA mikropittingu reiting MLS 6–8. Vahetusintervall: 3000–8000 tundi, olenevalt seisukorra jälgimisest. Kõige kulutõhusam valik standardsete käigukastide jaoks.
Hüdrokrakitud III rühma baasõli, millel on parem oksüdatsioonikindlus ja veidi kõrgem viskoossusindeks (≈ 120) kui tavalisel CLP-l. 20–30% pikem kasutusiga kui CLP-l. Soovitatav spiraalne käik Käigukastid kõrgema ümbritseva õhu temperatuuri või pikendatud hooldusintervallide korral. FVA mikropitingu reiting MLS 8–10. Parem valik tuuleturbiinide peakäigukastidele ja avamere käigukastidele.
PAO IV grupi sünteetiline baasõli; VI ≈ 150. Parim jõudlus suurtel kiirustel (madalam veojõutegur → suurem efektiivsus), parim voolavus külmas, pikim kasutusiga (5000–12 000 tundi). Eelistatud elektrimootorite reduktoritele, BFP kaldülekannetele ja igale muule. spiraalne käik rakendus, kus energiatõhusust rahaks muudetakse. Ligikaudu 2–3 korda kallim liitri kohta kui CLP mineraal.
EI ole soovitatav standardsete kaldhammasrataste jaoks. Polüglükooli baasõli sobib suurepäraselt ussiülekannetele (väga madal veojõutegur pronksi ja terase kontaktidel), kuid ründab nitriilkummist tihendeid ja emulgeerub veega kergemini kui PAO. Vähesed erandid on spetsiaalsed rakendused ussiülekannetega.spiraalne käik liitkäigukastid, kus ussikäigul on prioriteet, või roostevabast terasest võlliga ajamid, kus nitriiltihendeid ei kasutata.
Mineraal vs PAO — millal tasub uuendus ära?
CLP mineraalilt CLP PAO-le üleminek spiraalne käik Ajamil on kolm tasuvuspunkti: efektiivsus (väiksem loksumine ja võrgu hõõrdumine → madalam energiakulu), pikem õli kasutusiga (lühenenud hooldusintervall ja seisakuaeg) ning parem kaitse äärmuslike temperatuuride korral. See, kas uuendus tasub end ära, sõltub tööprofiilist:
Tõhususe tasuvusaja arvutus (näide: 75 kW) spiraalne käik ajam, CLP 220 → PAO 220):
Efektiivsuse paranemine: ligikaudu 0,5–1,01 TP3T (võrgusilma + plahvatuskadude vähenemine)
Aastane energiasääst: 75 kW × 0,007 × 8000 h/aastas = 4200 kWh/aastas
0,12 USD/kWh juures: 504 USD/aastas energiasääst ajamiga
Õli kasutusea tasuvusaeg:
CLP 220 mineraalõli: õlivahetus iga 3000 töötunni järel → 2,7 vahetust aastas 8000 töötunni jooksul aastas
CLP PAO 220: õlivahetus iga 8000 töötunni järel → 1 õlivahetus aastas
Aastane õlimahu kokkuhoid: 1,7 õlivahetust × õlimaht = oluline suurte käigukastide puhul
Tasuvuspunkt: PAO maksab tavaliselt 2–3 korda rohkem kui CLP mineraal liitri kohta. 100-liitrise käigukasti puhul:
PAO lisatasu tankimise kohta: 300 USD; energiasääst: 504 USD/aastas → tasuvusaeg < 1 aasta.
Ajamite puhul, mis töötavad alla 2000 tunni aastas või mille õlimaht on väike, on CLP mineraalõli kulutõhusam.
Külmkäivituse viskoossus — minimaalne ümbritseva õhu temperatuuri nõue
A spiraalne käik Käigukasti ei tohi kunagi täiskoormusel käivitada enne, kui õli on õlivannist voolanud hammasrataste hambumisse ja laagritesse. Väga madalal ümbritseva õhu temperatuuril võib kõrge viskoossusega mineraalõli geelistuda või voolata nii aeglaselt, et esimesed 30–60 töösekundit kulgevad ilma piisava määrimiseta. Minimaalne ümbritseva õhu temperatuur täiskoormusel käivitamiseks ilma eelsoojenduseta:
Mineraalse CLP käigukastiõli hangumispunkt ja minimaalsed käivitustemperatuurid (ligikaudsed):
VG 220 CLP mineraal: hangumistemperatuur ≈ −15 °C; minimaalne täiskoormuse käivitus ≈ −5 °C
VG 320 CLP mineraal: hangumistemperatuur ≈ −12 °C; minimaalne täiskoormuse käivitustemperatuur ≈ 0 °C
VG 680 CLP mineraal: hangumistemperatuur ≈ −9 °C; minimaalne täiskoormuse käivitus ≈ +5 °C
VG 220 PAO: hangumistemperatuur ≈ −45 °C; minimaalne täiskoormuse käivitus ≈ −30 °C
VG 320 PAO: hangumistemperatuur ≈ −42 °C; minimaalne täiskoormuse käivitus ≈ −25 °C
Külmas kliimas (Korea talv, Siberi paigaldised, Arktika avamere käigukastidele) mõeldud käigukastide puhul:
PAO sünteetiline õli on sageli ainus viskoossusklassiga variant, mis väldib õlikütteseadme nõudeid.
Korea Ever-Power — õli viskoossuse soovitus koos käigukasti tellimustega
Korea Ever-Poweri mõõdetud hambapinna väärtust Ra tootmiskäigult (Ra ≤ 0,2 µm DIN-klassi 5 puhul, Ra ≤ 0,4 µm DIN-klassi 7 puhul) kasutatakse komposiidi R_q ja vajaliku h_min arvutamiseks λ = 2,0 korral – mis määrab otseselt kindlaksmääratud töötemperatuuril vajaliku minimaalse ISO VG klassi. spiraalne käik paigaldus
Korea Ever-Power pakub iga tootega soovituslikku ISO VG klassi (ja seda õigustavat minimaalset λ = h_min/R_q arvutust). spiraalne lõigatud hammasratas järjekord – kasutades tootmiskäigu tegelikku mõõdetud hambapinda Ra, mitte klassi eeldatud väärtust. Õlisoovitus sisaldab määratud klassi minimaalset ümbritseva õhu käivitustemperatuuri ja märgib, kas külmas kliimas töötamiseks on vaja PAO-sünteetilist õli. Otsese spiraalhammasrataste tootjaKorea Ever-Power võrdleb õli viskoossuse soovitust käigu hammasratta kiiruse ja pöörlemiskao arvutusega ning soovitab madalamat viskoossusklassi, kui klient on määranud ebavajalikult kõrge viskoossusklassi, mis vähendaks efektiivsust ilma λ suhet parandamata. Sirvige spiraalkäigukasti tootevalik.
Korduma kippuvad küsimused
Mitte tingimata. Kui mootor vahetatakse välja, et see töötaks kiiremini (suurem kaldenurga kiirus), võib olemasolev kõrge viskoossusega õli põhjustada liigset segamiskadu ja kõrget õlitemperatuuri. Kui mootor vahetatakse välja, et see töötaks aeglasemalt, võib algne viskoossus olla vähendatud kaldenurga kiiruse juures piisava EHL-kile jaoks liiga madal. Kui olemasoleva mootori kiirus spiraalne käik Kui käigukast muutub rohkem kui ±30%, tuleks õli viskoossusklass uuel töökiirusel uuesti arvutada, et kinnitada, et λ jääb üle 2,0. Korea Ever-Power pakub seda ümberarvutust iga spiraalne käik ajam, mille kiirus on muutunud – arvutus võtab sisenditeks tegeliku hammasratta geomeetria (moodul, hammasratta laius, sammu läbimõõt) ja uue kiiruse.
Jagatud süvendisüsteemis spiraalne käik Käigukastis (kõige levinum paigutus) jagavad kõik astmed sama õli – kompromissiks on ideaalse viskoossuse vahel kiire esimese astme jaoks (madalam VG) ja ideaalse madala kiirusega viimase astme jaoks (kõrgem VG). Standardne lähenemisviis on valida õli viskoossus kõige kriitilisema astme jaoks (tavaliselt suurima sammujoone kiirusega aste, kus segamiskadu on viskoossuse suhtes kõige tundlikum) ja aktsepteerida veidi optimaalsest madalamat λ aeglasemates astmetes – mis tavaliselt ei ole kriitilised, kuna nende madalam sammujoone kiirus tähendab, et EHL-kile on juba paks. Käigukastide puhul, kus esimese ja viimase astme kiiruse suhe ületab 10:1 (v_t suhe ületab 10:1), tasub kaaluda iga astme jaoks eraldi õlikambrit – igaühel oma optimeeritud õliklassiga –, et vältida nii ülemäärast määrimist kiirel astmel kui ka alamääramist madalal kiirusel.
Jah, kaudselt – kahe mehhanismi kaudu. Suurem moodul spiraalne käik on suurem ekvivalentne kontaktraadius R', mis suurendab h_min sama viskoossuse ja kiiruse juures (h_min ∝ R'^0,46). See tähendab suurt moodulit spiraalsed hammasrattad suudab saavutada sama λ = 2,0 sihtväärtuse madalama viskoossusega kui väikese mooduliga hammasrattad sama sammujoone kiiruse juures. Suure mooduliga hammasrattad töötavad aga sageli madalama sammujoone kiirusega – mis osaliselt kompenseerib seda eelist. Netoefekt: väga suure mooduliga hammasrataste (M20+) puhul, mis töötavad madalatel kiirustel (0,5–3 m/s), muudab suure R' ja väikese kiiruse kombinatsioon EHL-kile moodustumise marginaalseks isegi väga kõrge viskoossusega õlide puhul – mistõttu muutub EP piirmäärimine suure mooduliga hammasrataste puhul kriitiliseks. spiraalsed hammasrattad.
Polüglükooliõlid ei sobi kokku praktiliselt kõigis tööstuslikes NBR-tihendites kasutatavate tihenditega. spiraalne käik käigukastid. CLP PG õli paisub ja lagundab NBR-tihendeid nädalate jooksul pärast kokkupuudet, põhjustades õlilekkeid, mis saastavad keskkonda ja viivad käigukasti õlivaeguseni. Teine probleem on vee emulgeerumine: CLP PG imab vett ja moodustab stabiilse emulsiooni, mida on vee eraldamisega raske eemaldada – emulgeerunud vesi põhjustab seejärel roostet käigukasti korpuses ja hammaste külgedel. spiraalne käikCLP PG on õige määrdeaine ussiülekannetele (kus PG madal veojõutegur pronksil on ainulaadselt kasulik) — aga ka igale ajamile, millel on spiraalne käik etapis on eelistatud kõrgjõudlusega sünteetiline aine CLP PAO, mitte CLP PG.
Iga spiraalhammasratta tellimuse puhul on soovitatav ISO VG klass
Korea Ever-Power arvutab λ = h_min / R_q mõõdetud Ra ja tegeliku kaldenurga kiiruse juures ning soovitab seejärel tellimisdokumentatsioonis standardina minimaalset ISO VG klassi ja õlikategooriat (CLP / CLP HC / CLP PAO) – koos minimaalse käivitustemperatuuri ja õlivahetusintervalliga. Eraldi määrdeainete projekteerimist pole vaja.
λ = h_min / R_q arvutus · ISO VG klassi valik · CLP / CLP HC / CLP PAO soovitus · Külmkäivitustemperatuur · Hooldusintervall · Standardvarustus
Toimetaja: Cxm
