Waarom de viscositeit de dikte van EHL-films bepaalt
De EHL-film bij de spiraalvormig tandwiel De contactzone tussen de tanden wordt gegenereerd door het hydrodynamische wigeffect, doordat de twee tandoppervlakken samenkomen aan de naderingszijde van het gaas. De filmdikte h_min wordt bepaald door de Dowson-Higginson-formule (lijncontact, vereenvoudigd):
h_min ∝ (η₀ × v_Σ)^0,7 × R'^0,46 / (E'^0,03 × w'^0,13)
waarbij: η₀ = dynamische viscositeit bij inlaattemperatuur [Pa·s]
v_Σ = som van de snelheden = v₁ + v₂ ≈ 2 × v_t (som van de rolsnelheden) [m/s]
R' = equivalente kromtestraal bij contact [mm]
E' = equivalente elasticiteitsmodulus ≈ 226.000 N/mm² (staal-staal)
w' = normale belasting per eenheid contactlengte [N/mm]
Kernrelatie: h_min ∝ η₀^0.7 en h_min ∝ v_t^0.7
Verdubbeling van de olieviscositeit (bij dezelfde temperatuur): h_min neemt toe met 2^0,7 = 1,62×
Verdubbeling van de pitch-line snelheid (bij dezelfde viscositeit): h_min neemt toe met 2^0,7 = 1,62×
→ Beide hefbomen hebben hetzelfde vermogen van 0,7 — viscositeit en snelheid zijn even effectief
bij het verhogen van de EHL-film. De snelheid wordt echter bepaald door de toepassing; viscositeit.
is de ontwerpvariabele die de ingenieur beheerst.
Voor een spiraalvormig tandwielVoor een volledige EHL-bescherming moet de filmverhouding λ = h_min / R_q ≥ 2,0 zijn. Voor een precisieslijping moet de filmverhouding λ = h_min / R_q ≥ 2,0 zijn. spiraalvormig tandwiel (Ra ≈ 0,2 µm) (R_q ≈ 0,25 µm per flank), de samengestelde R_q ≈ √(0,25² + 0,25²) = 0,35 µm, wat een h_min ≥ 0,70 µm vereist voor λ = 2,0. De viscositeitsklasse wordt gekozen om deze film te verkrijgen bij de werkelijke temperatuur van de gaaszone tijdens normaal gebruik.
Relatie tussen viscositeit en temperatuur — Waarom de bedrijfstemperatuur belangrijk is
ISO VG-kwaliteitsklassen worden gedefinieerd bij 40 °C. spiraalvormig tandwiel De meshzone werkt doorgaans bij een temperatuur van 60–80 °C (bulktemperatuur van de meshzone), en de viscositeit van de olie bij deze temperatuur is aanzienlijk lager dan de nominale VG-waarde doet vermoeden. De viscositeit bij bedrijfstemperatuur moet worden berekend met behulp van het viscositeit-temperatuurmodel (ASTM D341 of de Walther-vergelijking):
Kinematische viscositeitsverhouding (Walther-vergelijking, vereenvoudigd):
log log(ν + 0.7) = A − B × log(T_abs)
waarbij ν = kinematische viscositeit [mm²/s = cSt], T_abs = temperatuur [K]
De constanten A en B worden aangepast aan de viscositeit van de olie bij twee bekende temperaturen.
Geschatte viscositeit bij bedrijfstemperatuur voor minerale olie (VI ≈ 100):
ISO VG 68 bij 40°C → ca. 15 cSt bij 80°C
ISO VG 100 bij 40°C → ca. 20 cSt bij 80°C
ISO VG 150 bij 40°C → ca. 28 cSt bij 80°C
ISO VG 220 bij 40°C → ca. 38 cSt bij 80°C
ISO VG 320 bij 40°C → ca. 52 cSt bij 80°C
ISO VG 460 bij 40°C → ca. 70 cSt bij 80°C
ISO VG 680 bij 40°C → ca. 98 cSt bij 80°C
PAO synthetisch (VI ≈ 150) behoudt een ongeveer 30–40% hogere viscositeit bij 80 °C
dan minerale olie van dezelfde ISO VG-kwaliteit bij 40 °C — een aanzienlijk voordeel.
ISO VG-klasse selectie — Pitch-Line snelheid en temperatuurtabel
Spiraalvormig versnelling Versnellingsbak met oliebadcarter — de juiste ISO VG-kwaliteit moet voldoende viscositeit bieden bij de bedrijfstemperatuur van de tandwieloverbrenging (doorgaans 60-80 °C voor industriële versnellingsbakken) om een λ ≥ 2,0 te bereiken, terwijl de viscositeit bij de minimale omgevingstemperatuur bij aanvang laag genoeg moet blijven om door het filter te stromen en de tandwieloverbrenging te bereiken binnen de eerste 30-60 seconden van de werking.
De volgende tabel geeft aanbevelingen voor ISO VG-kwaliteit voor gecarburiseerd en geslepen staal. spiraalvormige tandwielen (tandoppervlak Ra ≤ 0,3 µm) bij een oliecartertemperatuur van 60–80 °C, gebaseerd op AGMA 9005-F16 Tabel 2 (industriële gesloten tandwieloverbrengingen):
| Pitch-Line Velocity v_t | Aanbevolen ISO VG (Mineral CLP) | Aanbevolen ISO VG (PAO CLP HC) | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| < 0,5 m/s (zeer langzaam) | VG 680–1000 | VG 460–680 | Grenssmeerregime; hoge viscositeit compenseert het gebrek aan hydrodynamische film. Toepasbaar op tandwielen van rubberen mengers en plaatmolens (Art. 64, Art. 68). |
| 0,5–5 m/s (langzaam tot gemiddeld) | VG 320–680 | VG 220–320 | Gemengde smering tot vroege EHL. Landbouwversnellingsbakken (Art. 56), kraanliften (Art. 70), algemene industriële M10+ tandwielkasten. |
| 5–15 m/s (industriële standaard) | VG 150–320 | VG 100–220 | Volledige EHL aan de bovenkant van dit bereik. De meeste gesloten industriële installaties. spiraalvormig tandwiel Versnellingsbakken vallen in deze categorie. |
| 15–25 m/s (snel) | VG 68–150 | VG 68–100 | Volledige EHL wordt gemakkelijk bereikt; het roerverlies stijgt bij deze snelheden sterk boven VG 220. Compressorversnellingsbakken (Art50), grote industriële ventilatoraandrijvingen (Art69). |
| > 25 m/s (hoge snelheid) | VG 32–100 (minerale randwaarde) | VG 32–75 PAO heeft de voorkeur | Bij snelheden van meer dan 40 m/s heeft PAO sterk de voorkeur — een lagere tractiecoëfficiënt en een betere viscositeitsindex zorgen voor een betere filmkwaliteit. EV-reductoren (Art. 62), turbinesnelheidsverhogers (Art. 69). |
ISO 6743-6 Categorieën tandwielsmeermiddelen — Welk type is geschikt voor spiraalvormige tandwielen?
ISO 6743-6 classificeert tandwielsmeermiddelen op basis van hun basisolie en additieventype. Het kiezen van de juiste categorie is net zo belangrijk als het kiezen van de juiste ISO VG-klasse — een verkeerde categorie met de juiste viscositeit biedt nog steeds onvoldoende bescherming:
Standaard minerale basisolie met zwavel-fosfor (S/P) additief voor extreme druk. Geschikt voor de meeste industriële toepassingen. spiraalvormig tandwiel Aandrijvingen bij v_t = 1–20 m/s. FVA micropitting classificatie MLS 6–8. Vervangingsinterval: 3.000–8.000 uur, afhankelijk van de conditiebewaking. Meest kosteneffectieve keuze voor standaard tandwielkasten.
Hydrogekraakte basisolie van Groep III met verbeterde oxidatiestabiliteit en een iets hogere VI (≈ 120) dan conventionele CLP. 20–30% langere levensduur dan CLP. Aanbevolen voor spiraalvormig tandwiel Tandwielkasten geschikt voor hogere omgevingstemperaturen of langdurig gebruik. FVA micropitting rating MLS 8–10. Een betere optie voor hoofdtandwielkasten van windturbines en offshore tandwielkasten.
PAO Groep IV synthetische basisolie; VI ≈ 150. Beste prestaties bij hoge snelheden (lagere tractiecoëfficiënt → hoger rendement), beste vloeibaarheid bij lage temperaturen, langste levensduur (5.000–12.000 uur). Bij voorkeur voor EV-reductoren, BFP-spiraalaandrijvingen en alle andere toepassingen. spiraalvormig tandwiel Toepassing waarbij energie-efficiëntie wordt beloond. Ongeveer 2-3 keer duurder per liter dan CLP-mineraalwater.
Niet aanbevolen voor standaard spiraalvormige tandwielen. Polyglycol-basisolie is uitstekend geschikt voor wormwielen (zeer lage wrijvingscoëfficiënt op brons-staalcontacten), maar tast nitrilrubberafdichtingen aan en emulgeert gemakkelijker met water dan PAO. De weinige uitzonderingen zijn speciale toepassingen met wormwielen.spiraalvormig tandwiel Samengestelde tandwielkasten waarbij de wormwieloverbrenging prioriteit heeft, of aandrijfassen van roestvrij staal waarbij geen nitrilafdichtingen worden gebruikt.
Minerale olie versus PAO — Wanneer loont de upgrade?
Upgraden van CLP-mineraal naar CLP PAO voor een spiraalvormig tandwiel De upgrade levert drie voordelen op: efficiëntie (minder werveling en wrijvingsverlies → lagere energiekosten), langere levensduur van de olie (kortere onderhoudsintervallen en minder stilstand) en betere bescherming bij extreme temperaturen. Of de upgrade rendabel is, hangt af van het bedrijfsprofiel.
Terugverdienberekening op basis van rendement (voorbeeld: 75 kW) spiraalvormig tandwiel aandrijving, CLP 220 → PAO 220):
Efficiëntieverbetering: circa 0,5–1,0% (vermindering van maas- en roerverliezen)
Jaarlijkse energiebesparing: 75 kW × 0,007 × 8.000 uur/jaar = 4.200 kWh/jaar
Bij USD 0,12/kWh: USD 504/jaar energiebesparing per aandrijving
Terugverdientijd van de olie:
CLP 220 mineraalolie: olie verversen om de 3.000 uur → 2,7 keer per jaar bij 8.000 uur per jaar
CLP PAO 220: olie verversen om de 8.000 uur → 1 keer per jaar
Jaarlijkse besparing op olievolume: 1,7 olieverversingen × olievolume = aanzienlijk voor grote versnellingsbakken
Break-evenpunt: PAO kost doorgaans 2–3 keer zoveel als CLP-mineraalolie per liter. Voor een versnellingsbak van 100 liter:
PAO-premie per vulling: USD 300; energiebesparing: USD 504/jaar → terugverdientijd < 1 jaar.
Voor aandrijvingen die minder dan 2000 uur per jaar draaien of een klein olievolume gebruiken, is CLP-mineraalolie kosteneffectiever.
Viscositeit bij koude start — Minimale omgevingstemperatuurvereiste
A spiraalvormig tandwiel De versnellingsbak mag nooit onder volledige belasting worden gestart voordat de olie vanuit het carter naar de tandwieloverbrenging en lagers is gestroomd. Bij zeer lage omgevingstemperaturen kan minerale olie met een hoge viscositeit indikken of zo langzaam stromen dat de eerste 30-60 seconden van de werking onvoldoende smering plaatsvindt. De minimale omgevingstemperatuur voor een start onder volledige belasting zonder voorverwarming is:
Stolpunt en minimale starttemperatuur (bij benadering) van minerale CLP-tandwielolie:
VG 220 CLP mineraal: stolpunt ≈ −15 °C; minimaal startpunt bij volledige belasting ≈ −5 °C
VG 320 CLP mineraal: stolpunt ≈ −12°C; minimaal startpunt bij volledige belasting ≈ 0°C
VG 680 CLP mineraal: stolpunt ≈ −9°C; minimale starttemperatuur bij volledige belasting ≈ +5°C
VG 220 PAO: stolpunt ≈ −45 °C; minimaal startpunt bij volledige belasting ≈ −30 °C
VG 320 PAO: stolpunt ≈ −42 °C; minimale starttemperatuur bij volledige belasting ≈ −25 °C
Voor versnellingsbakken in koude klimaten (Koreaanse winter, Siberische installaties, offshore-installaties in het Arctische gebied):
PAO-synthetisch materiaal is vaak de enige optie met de juiste viscositeitsklasse die geen olieverwarming vereist.
Korea Ever-Power — Aanbeveling olieviscositeit bij bestellingen van tandwielen
De door Korea Ever-Power gemeten tandoppervlakte-Ra van het geproduceerde tandwiel (Ra ≤ 0,2 µm voor DIN-klasse 5, Ra ≤ 0,4 µm voor DIN-klasse 7) wordt gebruikt om de samengestelde R_q en de vereiste h_min voor λ = 2,0 te berekenen. Dit bepaalt direct de minimale ISO VG-klasse die nodig is bij de gespecificeerde bedrijfstemperatuur. spiraalvormig tandwiel installatie
Korea Ever-Power levert bij elk product de aanbevolen ISO VG-classificatie (en de minimale λ = h_min/R_q-berekening die deze rechtvaardigt). spiraalvormig gesneden tandwiel bestelling — gebruikmakend van de daadwerkelijk gemeten tandoppervlakte Ra van het productietandwiel, niet van een door de klasse aangenomen waarde. De olieaanbeveling omvat de minimale omgevingstemperatuur voor de start van de gespecificeerde oliesoort en geeft aan of PAO-synthetische olie nodig is voor gebruik in koude klimaten. Als directe fabrikant van spiraalvormige tandwielenKorea Ever-Power controleert de aanbeveling voor de olieviscositeit aan de hand van de steeksnelheid van de tandwielen en de berekening van het wrijvingsverlies. Indien de klant een onnodig hoge viscositeitsklasse (VG) heeft opgegeven die de efficiëntie zou verminderen zonder de λ-verhouding te verbeteren, wordt een lagere viscositeitsklasse aanbevolen. Bekijk de assortiment spiraalvormige tandwielen.
Veelgestelde vragen
Niet per se. Als de motor wordt vervangen om sneller te draaien (hogere pitch-line snelheid), kan de bestaande olie met hoge viscositeit leiden tot overmatig wrijvingsverlies en een hoge olietemperatuur. Als de motor wordt vervangen om langzamer te draaien, kan de oorspronkelijke viscositeit te laag zijn voor een adequate EHL-film bij de lagere pitch-line snelheid. Wanneer de snelheid van een bestaande motor spiraalvormig tandwiel Bij een wijziging van de versnellingsbak van meer dan ±30% moet de viscositeitsklasse van de olie opnieuw worden berekend bij de nieuwe bedrijfssnelheid om te bevestigen dat λ boven de 2,0 blijft. Korea Ever-Power verzorgt deze herberekening voor elke versnellingsbak. spiraalvormig tandwiel Een aandrijving waarvan de snelheid is veranderd — de berekening gebruikt de werkelijke tandwielgeometrie (module, tandbreedte, steekdiameter) en de nieuwe snelheid als invoer.
In een gedeelde opvangbak spiraalvormig tandwiel Bij een versnellingsbak (de meest voorkomende configuratie) delen alle trappen dezelfde olie, waarbij een compromis wordt gesloten tussen de ideale viscositeit voor de eerste trap met hoge snelheid (lagere VG) en de ideale viscositeit voor de laatste trap met lage snelheid (hogere VG). De standaardaanpak is om de olieviscositeit te kiezen voor de meest kritische trap (doorgaans de trap met de hoogste steeksnelheid, waar het wrijvingsverlies het meest gevoelig is voor viscositeit) en een iets suboptimale λ te accepteren voor de langzamere trappen. Deze zijn doorgaans niet kritisch omdat de lagere steeksnelheid betekent dat de EHL-film al dik is. Voor versnellingsbakken waarbij de snelheidsverhouding tussen de eerste en laatste trap groter is dan 10:1 (v_t-verhouding groter dan 10:1), is het de moeite waard om aparte oliekamers voor elke trap te overwegen, elk met een eigen geoptimaliseerde oliekwaliteit, om zowel overmatige smering in de hogesnelheidstrap als onvoldoende smering in de lagesnelheidstrap te voorkomen.
Ja, indirect — via twee mechanismen. Een grotere module spiraalvormig tandwiel heeft een grotere equivalente contactstraal R', waardoor h_min toeneemt bij dezelfde viscositeit en snelheid (h_min ∝ R'^0.46). Dit betekent dat een grotere module spiraalvormige tandwielen Kan dezelfde λ = 2,0-doelwaarde bereiken met een lagere viscositeit dan tandwielen met een kleine module bij dezelfde steeksnelheid. Tandwielen met een grote module draaien echter vaak met lagere steeksnelheden, waardoor dit voordeel gedeeltelijk teniet wordt gedaan. Het netto-effect: voor tandwielen met een zeer grote module (M20+) die met lage snelheden draaien (0,5–3 m/s), maakt de combinatie van een grote R' en een lage snelheid de EHL-filmvorming marginaal, zelfs met oliën met een zeer hoge viscositeit. Daarom is EP-grenssmering cruciaal voor tandwielen met een grote module. spiraalvormige tandwielen.
Polyglycololiën zijn onverenigbaar met NBR-afdichtingen die in vrijwel alle industriële toepassingen worden gebruikt. spiraalvormig tandwiel Versnellingsbakken. CLP PG-olie zwelt op en tast NBR-afdichtingen binnen enkele weken aan, waardoor olielekkages ontstaan die het milieu vervuilen en leiden tot olieschaarste in de tandwielaandrijving. Een tweede probleem is wateremulsificatie: CLP PG absorbeert water en vormt een stabiele emulsie die moeilijk te verwijderen is door waterafscheiding. Het geëmulgeerde water veroorzaakt vervolgens roestvorming in de versnellingsbakbehuizing en op de tandflanken van de tandwielen. spiraalvormig tandwielCLP PG is het juiste smeermiddel voor wormwieloverbrengingen (waar de lage wrijvingscoëfficiënt van PG op brons een uniek voordeel biedt) — maar voor elke aandrijving met een spiraalvormig tandwiel Voor dit stadium is CLP PAO de hoogwaardige synthetische olie bij uitstek, niet CLP PG.
ISO VG-klasse aanbeveling bij elke bestelling van spiraalvormige tandwielen
Korea Ever-Power berekent λ = h_min / R_q bij de gemeten Ra en de werkelijke spoedsnelheid, en adviseert vervolgens de minimale ISO VG-klasse en oliecategorie (CLP / CLP HC / CLP PAO) — met minimale starttemperatuur en olieverversingsinterval — als standaard in de orderdocumentatie. Er is geen aparte smeermiddelontwikkeling nodig.
λ = h_min / R_q berekening · ISO VG-klasse selectie · CLP / CLP HC / CLP PAO aanbeveling · Koude starttemperatuur · Onderhoudsinterval · Standaard inbegrepen
Redacteur: Cxm
