Prečo viskozita určuje hrúbku filmu EHL
Film EHL na špirálové ozubené koleso Kontaktná zóna zubov vzniká hydrodynamickým klinovým efektom, keď sa dva povrchy zubov zbiehajú na strane priblíženia k sieti. Hrúbka filmu h_min sa určuje podľa Dowsonovho-Higginsonovho vzorca (zjednodušený priamy kontakt):
h_min ∝ (η₀ × v_Σ)^0,7 × R'^0,46 / (E'^0,03 × w'^0,13)
kde: η₀ = dynamická viskozita pri vstupnej teplote [Pa·s]
v_Σ = súčet rýchlostí = v₁ + v₂ ≈ 2 × v_t (súčet rýchlostí valenia) [m/s]
R' = ekvivalentný polomer zakrivenia v kontakte [mm]
E' = ekvivalentný modul pružnosti ≈ 226 000 N/mm² (oceľ-oceľ)
w' = normálové zaťaženie na jednotku kontaktnej dĺžky [N/mm]
Kľúčový vzťah: h_min ∝ η₀^0,7 a h_min ∝ v_t^0,7
Zdvojnásobenie viskozity oleja (pri rovnakej teplote): h_min sa zvýši o 2^0,7 = 1,62×
Zdvojnásobenie rýchlosti na čiare sklonu (rovnaká viskozita): h_min sa zvýši o 2^0,7 = 1,62×
→ Obe páky majú rovnaký výkon 0,7 – viskozita a rýchlosť sú rovnako účinné
pri zvyšovaní filmu EHL. Rýchlosť je však určená aplikáciou; viskozita
je konštrukčná premenná, ktorú inžinier kontroluje.
Pre špirálové ozubené koleso, pomer filmu λ = h_min / R_q musí dosiahnuť ≥ 2,0 pre úplnú ochranu EHL. Pre presné brúsenie špirálové ozubené koleso (Ra ≈ 0,2 µm) (R_q ≈ 0,25 µm na bok), kompozitný R_q ≈ √(0,25² + 0,25²) = 0,35 µm, čo vyžaduje h_min ≥ 0,70 µm pre λ = 2,0. Stupeň viskozity sa volí tak, aby sa tento film dosiahol pri skutočnej teplote sieťovej zóny počas normálnej prevádzky.
Vzťah medzi viskozitou a teplotou – prečo je dôležitá prevádzková teplota
Triedy ISO VG sú definované pri 40 °C. špirálové ozubené koleso Sieťová zóna typicky pracuje pri teplote 60 – 80 °C (objemová teplota sieťovej zóny) a viskozita oleja pri tejto teplote je podstatne nižšia, ako naznačuje nominálny stupeň VG. Viskozita pri prevádzkovej teplote sa musí vypočítať pomocou modelu viskozita-teplota (ASTM D341 alebo Waltherova rovnica):
Kinematický viskozitný pomer (Waltherova rovnica, zjednodušená):
log log(ν + 0,7) = A − B × log(T_abs)
kde ν = kinematická viskozita [mm²/s = cSt], T_abs = teplota [K]
Konštanty A a B sú prispôsobené viskozite oleja pri dvoch známych teplotách.
Približná viskozita pri prevádzkovej teplote pre minerálny olej (VI ≈ 100):
ISO VG 68 pri 40 °C → približne 15 cSt pri 80 °C
ISO VG 100 pri 40 °C → približne 20 cSt pri 80 °C
ISO VG 150 pri 40 °C → približne 28 cSt pri 80 °C
ISO VG 220 pri 40 °C → približne 38 cSt pri 80 °C
ISO VG 320 pri 40 °C → približne 52 cSt pri 80 °C
ISO VG 460 pri 40 °C → približne 70 cSt pri 80 °C
ISO VG 680 pri 40 °C → približne 98 cSt pri 80 °C
Syntetický PAO (VI ≈ 150) si zachováva približne o 30–401 TP3T vyššiu viskozitu pri 80 °C
ako minerálny olej rovnakej triedy ISO VG pri 40 °C – čo je významná výhoda.
Výber triedy ISO VG – Tabuľka rýchlosti a teploty na čiare rozstupu
Špirálovitý výstroj prevodovka s olejovou vaňou – správna trieda ISO VG musí poskytovať dostatočnú viskozitu pri prevádzkovej teplote zóny siete (zvyčajne 60 – 80 °C pre priemyselné prevodovky) na dosiahnutie λ ≥ 2,0, pričom musí zostať dostatočne nízka pri minimálnej počiatočnej teplote okolia, aby pretekala cez filter a dosiahla sieť v priebehu prvých 30 – 60 sekúnd prevádzky
Nasledujúca tabuľka uvádza odporúčania pre triedy ISO VG pre cementované a brúsené materiály špirálové ozubené kolesá (povrch zuba Ra ≤ 0,3 µm) pri teplote olejovej vane 60–80 °C, na základe AGMA 9005-F16 Tabuľka 2 (priemyselné uzavreté ozubené pohony):
| Rýchlosť na čiare rozstupu v_t | Odporúčaná ISO VG (minerálna CLP) | Odporúčaná hodnota ISO VG (PAO CLP HC) | Poznámky |
|---|---|---|---|
| < 0,5 m/s (veľmi pomalé) | VG 680–1000 | VG 460–680 | Režim hraničného mazania; vysoká viskozita kompenzuje nedostatok hydrodynamického filmu. Použiteľné pre ozubené kolesá miešačiek gumy a doskových mlynov (článok 64, článok 68). |
| 0,5–5 m/s (pomalý až stredný) | VG 320–680 | VG 220–320 | Zmiešané mazivo pre staršie verzie EHL. Poľnohospodárske prevodovky (Art56), žeriavové kladkostroje (Art70), všeobecné priemyselné prevodovky M10+. |
| 5–15 m/s (priemyselný štandard) | VG 150–320 | VG 100–220 | Plná EHL na hornej hranici tohto rozsahu. Väčšina uzavretých priemyselných špirálové ozubené koleso Prevodovky patria do tejto kategórie. |
| 15–25 m/s (rýchlo) | VG 68–150 | VG 68–100 | Plná EHL sa ľahko dosiahne; strata vírením pri týchto rýchlostiach prudko stúpa nad VG 220. Prevodovky kompresorov (Art50), pohony veľkých priemyselných ventilátorov (Art69). |
| > 25 m/s (vysoká rýchlosť) | VG 32–100 (minerálny okraj) | VG 32–75 PAO preferovaný | Pri teplote > 40 m/s sa výrazne uprednostňuje PAO – nižší koeficient trakcie a lepší index viskozity udržiavajú kvalitu filmu. Reduktory EV (Art62), zvyšovače otáčok turbíny (Art69). |
Kategórie mazív pre prevody podľa normy ISO 6743-6 – Ktorý typ pre špirálové ozubené kolesá?
Norma ISO 6743-6 klasifikuje prevodové mazivá podľa ich základného oleja a typu prísady. Výber správnej kategórie je rovnako dôležitý ako výber správneho stupňa ISO VG – nesprávna kategória so správnou viskozitou stále nedostatočne chráni:
Štandardný minerálny základový olej s prísadou pre extrémne tlaky na báze síry a fosforu (S/P). Vhodný pre väčšinu priemyselných špirálové ozubené koleso Pohony pri v_t = 1–20 m/s. Stupeň mikropittingu FVA MLS 6–8. Interval výmeny: 3 000 – 8 000 hodín v závislosti od monitorovania stavu. Najnákladovo efektívnejšia voľba pre štandardné prevodovky.
Hydrokrakovaný základový olej skupiny III so zlepšenou oxidačnou stabilitou a mierne vyšším VI (≈ 120) ako konvenčný CLP. 20–30% dlhšia životnosť ako CLP. Odporúčané pre špirálové ozubené koleso prevodovky pri vyššej okolitej teplote alebo pri predĺženom servisnom intervale. Stupeň mikropittingu FVA MLS 8–10. Lepšia voľba pre hlavné prevodovky veterných turbín a prevodovky pre offshore zariadenia.
Syntetický základový olej PAO skupiny IV; VI ≈ 150. Najlepší výkon pri vysokých rýchlostiach (nižší koeficient trakcie → vyššia účinnosť), najlepší prietok pri nízkych teplotách, najdlhšia životnosť (5 000 – 12 000 hodín). Vhodný pre reduktory EV, špirálové pohony BFP a akékoľvek... špirálové ozubené koleso aplikácia, kde sa energetická účinnosť monetizuje. Približne 2 – 3× drahšie na liter ako minerálne CLP.
NEODPORÚČA SA pre štandardné špirálové ozubené kolesá. Polyglykolový základový olej je vynikajúci pre závitovkové prevody (veľmi nízky koeficient trakcie na kontaktoch bronz-oceľ), ale napáda nitrilové gumové tesnenia a emulguje s vodou ľahšie ako PAO. Niekoľko výnimiek tvoria špeciálne aplikácie so závitovkovými prevodmi.špirálové ozubené koleso zložené prevodovky, kde má prioritu závitovkový stupeň, alebo pohony s nerezovým hriadeľom, kde sa nepoužívajú nitrilové tesnenia.
Minerál vs. PAO – Kedy sa vylepšenie oplatí?
Prechod z minerálneho CLP na CLP PAO pre špirálové ozubené koleso Pohon prináša tri výhody: účinnosť (znížené vírenie a trenie v zábere → nižšie náklady na energiu), dlhšiu životnosť oleja (skrátený interval údržby a prestoje) a lepšiu ochranu pri extrémnych teplotách. Či sa modernizácia oplatí, závisí od prevádzkového profilu:
Výpočet návratnosti efektívnosti (príklad: 75 kW) špirálové ozubené koleso pohon, CLP 220 → PAO 220):
Zlepšenie účinnosti: približne 0,5 – 1,01 TP3T (zníženie strát z oka + vírenia)
Ročná úspora energie: 75 kW × 0,007 × 8 000 h/rok = 4 200 kWh/rok
Pri cene 0,12 USD/kWh: úspora energie 504 USD/rok na pohon
Návratnosť oleja počas jeho životnosti:
Minerálny olej CLP 220: výmena oleja každých 3 000 hodín → 2,7 výmeny/rok počas 8 000 hodín/rok
CLP PAO 220: výmena oleja každých 8 000 hodín → 1 výmena/rok
Ročná úspora objemu oleja: 1,7 výmeny × objem oleja = značné pre veľké prevodovky
Bod zvratu: Cena PAO zvyčajne predstavuje 2–3× cenu minerálneho CLP na liter. Pre prevodovku s objemom 100 litrov:
Príplatok za PAO za jedno naplnenie: 300 USD; úspora energie: 504 USD/rok → návratnosť < 1 rok.
Pre pohony prevádzkované <2 000 hodín/rok alebo s malým objemom oleja je minerálny olej CLP nákladovo efektívnejší.
Viskozita pri studenom štarte – požiadavka na minimálnu teplotu okolia
A špirálové ozubené koleso Prevodovka sa nesmie nikdy štartovať pri plnom zaťažení skôr, ako olej vytečie z olejovej vane do záberu ozubených kolies a ložísk. Pri veľmi nízkych okolitých teplotách môže minerálny olej s vysokou viskozitou gélovať alebo tiecť tak pomaly, že prvých 30 – 60 sekúnd prevádzky nie je dostatočne mazané. Minimálna okolitá teplota pre štart pri plnom zaťažení bez predhrievania:
Bod tuhnutia a minimálne štartovacie teploty minerálneho prevodového oleja CLP (približné):
VG 220 CLP minerálny: bod tuhnutia ≈ −15 °C; minimálny štart pri plnom zaťažení ≈ −5 °C
VG 320 CLP minerálny: bod tuhnutia ≈ −12 °C; minimálny štart pri plnom zaťažení ≈ 0 °C
VG 680 CLP minerálny: bod tuhnutia ≈ −9 °C; minimálny štart pri plnom zaťažení ≈ +5 °C
VG 220 PAO: bod tuhnutia ≈ −45 °C; minimálny štart pri plnom zaťažení ≈ −30 °C
VG 320 PAO: bod tuhnutia ≈ −42 °C; minimálny štart pri plnom zaťažení ≈ −25 °C
Pre prevodovky v chladnom podnebí (kórejská zima, sibírske inštalácie, arktické pobrežné oblasti):
Syntetický PAO je často jedinou možnosťou viskozitného stupňa, ktorá sa vyhýba požiadavkám na ohrievač oleja.
Korea Ever-Power – Odporúčanie viskozity oleja s objednávkami prevodovky
Na výpočet kompozitného R_q a požadovaného h_min pre λ = 2,0 sa používa hodnota Ra povrchu zuba ozubeného kolesa nameraná spoločnosťou Korea Ever-Power (Ra ≤ 0,2 µm pre triedu DIN 5, Ra ≤ 0,4 µm pre triedu DIN 7), ktorá priamo určuje minimálnu triedu ISO VG potrebnú pri špecifikovanej prevádzkovej teplote pre daný výrobok. špirálové ozubené koleso inštalácia
Spoločnosť Korea Ever-Power poskytuje odporúčaný stupeň ISO VG (a minimálny výpočet λ = h_min/R_q, ktorý ho odôvodňuje) s každým ozubené koleso so špirálovým rezom objednávka – s použitím skutočne nameranej hodnoty povrchu zuba Ra z výrobného ozubeného kolesa, nie hodnoty predpokladanej triedou. Odporúčanie pre olej zahŕňa minimálnu počiatočnú teplotu okolia pre daný druh a indikuje, či je pre prevádzku v chladnom podnebí potrebný syntetický olej PAO. Ako priamy výrobca špirálových ozubených koliesSpoločnosť Korea Ever-Power porovnáva odporúčanie viskozity oleja s rýchlosťou na čiare stúpania ozubeného kolesa a výpočtom strát vírením – odporúča nižší stupeň viskozity, ak zákazník zadal zbytočne vysokú viskozitu (VG), ktorá by znížila účinnosť bez zlepšenia pomeru λ. Prezrite si sortiment špirálových ozubených kolies.
Často kladené otázky
Nie nevyhnutne. Ak sa motor vymení za rýchlejší (s vyššou rýchlosťou na čiare rozstupu valcov), existujúci olej s vysokou viskozitou môže spôsobiť nadmerné straty vírením a vysokú teplotu oleja. Ak sa motor vymení za pomalší, pôvodná viskozita môže byť príliš nízka na vytvorenie adekvátneho filmu EHL pri zníženej rýchlosti na čiare rozstupu valcov. Keď sa rýchlosť existujúceho oleja špirálové ozubené koleso Ak sa rýchlosť prevodovky zmení o viac ako ±30%, mal by sa prepočítať stupeň viskozity oleja pri nových prevádzkových otáčkach, aby sa potvrdilo, že λ zostáva nad 2,0. Spoločnosť Korea Ever-Power poskytuje tento prepočet pre akékoľvek špirálové ozubené koleso pohon, ktorý prešiel zmenou rýchlosti – výpočet berie ako vstupy skutočnú geometriu ozubeného kolesa (modul, šírku čela, priemer rozstupu) a novú rýchlosť.
V zdieľanej jímke špirálové ozubené koleso V prevodovke (najbežnejšie usporiadanie) sa všetky stupne delia o rovnaký olej – kompromisom medzi ideálnou viskozitou pre vysokorýchlostný prvý stupeň (nižšia VG) a ideálnou viskozitou pre nízkorýchlostný posledný stupeň (vyššia VG). Štandardný prístup spočíva vo výbere viskozity oleja pre najkritickejší stupeň (zvyčajne stupeň s najvyššou rýchlosťou na čiare rozstupu, kde sú straty vírením najcitlivejšie na viskozitu) a akceptovaní mierne suboptimálnej hodnoty λ v pomalších stupňoch – ktoré zvyčajne nie sú kritické, pretože ich nižšia rýchlosť na čiare rozstupu znamená, že film EHL je už hrubý. Pri prevodovkách, kde pomer otáčok medzi prvým a posledným stupňom presahuje 10:1 (pomer v_t presahuje 10:1), sa oplatí zvážiť samostatné olejové komory pre každý stupeň – každá s vlastným optimalizovaným druhom oleja – aby sa predišlo nadmernému mazaniu vo vysokorýchlostnom stupni aj nedostatočnému mazaniu v nízkorýchlostnom stupni.
Áno, nepriamo – prostredníctvom dvoch mechanizmov. Väčší modul špirálové ozubené koleso má väčší ekvivalentný kontaktný polomer R', čo zvyšuje h_min pri rovnakej viskozite a rýchlosti (h_min ∝ R'^0,46). To znamená veľký modul špirálové ozubené kolesá môže dosiahnuť rovnaký cieľ λ = 2,0 s nižšou viskozitou ako ozubené kolesá s malým modulom pri rovnakej rýchlosti na čiare rozstupu. Ozubené kolesá s veľkým modulom však často bežia pri nižších rýchlostiach na čiare rozstupu – čo túto výhodu čiastočne kompenzuje. Čistý efekt: pri ozubených kolesách s veľmi veľkým modulom (M20+) bežiacich pri nízkych rýchlostiach (0,5 – 3 m/s) spôsobuje kombinácia veľkého R' a nízkej rýchlosti, že tvorba filmu EHL je marginálna aj pri olejoch s veľmi vysokou viskozitou – a preto sa hraničné mazanie EP stáva kritickým pre ozubené kolesá s veľkým modulom. špirálové ozubené kolesá.
Polyglykolové oleje nie sú kompatibilné s tesneniami NBR používanými prakticky vo všetkých priemyselných špirálové ozubené koleso prevodovky. Olej CLP PG napučiava a degraduje tesnenia NBR v priebehu niekoľkých týždňov po vystavení sa pôsobeniu oleja, čo spôsobuje úniky oleja, ktoré kontaminujú životné prostredie a vedú k nedostatku oleja v prevodovom pohone. Druhým problémom je emulgácia vody: CLP PG absorbuje vodu a vytvára stabilnú emulziu, ktorú je ťažké odstrániť oddelením vody – emulgovaná voda potom spôsobuje hrdzavenie vo vnútri telesa prevodovky a na bokoch zubov prevodovky. špirálové ozubené kolesoCLP PG je správne mazivo pre závitovkové prevodovky (kde je nízky koeficient trakcie PG na bronze jedinečne výhodný) – ale pre akýkoľvek pohon s špirálové ozubené koleso fáze je CLP PAO preferovanou vysokovýkonnou syntetickou zložkou, nie CLP PG.
Odporúčanie triedy ISO VG pre každú objednávku ozubeného kolesa so špirálovým ozubeným kolesom
Spoločnosť Korea Ever-Power vypočíta λ = h_min / R_q pri nameranej rýchlosti Ra a skutočnej rýchlosti na čiare sklonu, potom v dokumentácii objednávky štandardne odporúča minimálnu triedu ISO VG a kategóriu oleja (CLP / CLP HC / CLP PAO) – s minimálnou počiatočnou teplotou a intervalom výmeny oleja. Nie je potrebné žiadne samostatné technicky spracovanie maziva.
Výpočet λ = h_min / R_q · Výber triedy ISO VG · Odporúčanie CLP / CLP HC / CLP PAO · Teplota pri studenom štarte · Servisný interval · Štandardné zaradenie
Redaktor: Cxm
