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齿轮润滑剂的最佳选择:合成油还是润滑脂?

2023-03-24 15:059660

如果工程师要使齿轮发挥最佳性能,则齿轮(即使是塑料齿轮)也需要润滑。过去,工程师和设计师会推荐哪种类型的润滑油几乎毫无疑问:石油基润滑油。但就性能而言,合成油已开始主导高端润滑油,而润滑脂现在的配方适用于齿轮,是最便宜的齿轮润滑剂。



合成油的优势


随着齿轮变得越来越小和旋转得越来越快,它们会产生更多的热量。有时,对于石油基润滑剂来说,热量太大了,这就是为什么大多数设备制造商使用合成润滑剂来应对高温的原因。相比之下,合成油在 212°F (100°C) 左右开始分解,当温度低于 0°F (-18°C) 时变得无法使用,而合成润滑剂仍在 -130 至 500°F 的温度下保持齿轮旋转(−90 至 260°C)。当温度不是问题时,工程师和设计师也在转向齿轮和其他组件的合成材料,他们指定它们是为了提高性能和在分子水平上微调润滑剂的能力,以便它们的特性符合应用的需求。


合成材料在高温下能更好地抵抗氧化,也就是说,它们具有更好的热氧化稳定性。氧化会降解润滑剂并降低其性能。更糟糕的是,由此产生的氧化物具有磨蚀性,会过早磨损齿轮和其他部件。合成材料在高温下也不像石油基润滑剂那样易挥发。



合成油比石油具有更高的薄膜强度,润滑剂在零件上形成一层薄膜,降低摩擦和磨损,如果薄膜破裂,保护就会减少。合成油的粘度指数也高于石油产品,这意味着基础油的粘度在温度变化时保持更恒定。蒸发和流体流失对合成材料来说不是什么大问题,因此,齿轮机构每个零件使用较少的合成润滑剂。由于具有所有这些优点,合成润滑油的使用寿命通常是同等粘度石油产品的三到五倍。


润滑脂是粉末状材料或增稠剂和基础油的混合物,增稠剂包括钠、黏土和皂(如锂)和合成材料(如 PTFE)。正确的油对齿轮润滑脂至关重要,因为它决定了润滑脂的特性。尽管润滑脂可用于高速和低速齿轮箱,但外壳应该几乎没有开放空间,这些空间可以使润滑脂远离需要润滑的运动部件。


合成润滑剂通过在配对齿轮齿之间形成保护膜,使齿轮运行更平稳,使用寿命更长。这加宽了牙齿之间的接触线并增加了支撑负载的面积。最终结果是齿轮上的压力和磨损更小。合成油有六个系列,每个系列都有自己的特性,获得正确的齿轮是确保平稳运行齿轮的关键。


合成碳氢化合物是最流行的齿轮和变速箱合成润滑剂,它们可在低至 −76°F (−60°C) 的温度下工作并抗氧化,它们可以与多种塑料一起使用,并且与其他合成材料相比价格相对便宜。



合成酯与许多金属相容,包括钢铁,这使它们非常适合切割和粉末金属齿轮。它们还能承受高达 356°F (180°C) 的温度,这使得它们在汽车增压器和其他重载应用中的齿轮中很受欢迎。聚乙二醇适用于黄铜和磷青铜,这使得它们在蜗轮中很常见。


有机硅和全氟聚醚 (PFPE) 与几乎所有塑料齿轮兼容,两者都能承受很宽的温度范围并具有良好的低温扭矩特性。 PFPE 可抵抗苛刻的化学品,例如硫酸、盐酸、碱、卤素和石油溶剂。并且一些 PFPE 具有低蒸气压,这是真空室和航空航天应用的基本特性,在这些应用中存在脱气问题。


聚苯醚 (PPE) 已找到一些利基齿轮应用,例如,PPE 具有抗辐射性,因此非常适合医疗和牙科设备中的齿轮。


结论


尽管油一直是齿轮的首选润滑剂,但它们比合成润滑脂更昂贵且更容易泄漏,使用润滑脂还消除了油封的成本和复杂性。合成润滑脂可能很轻,往往会停留在预先设定的位置,并且可以处理低扭矩应用。许多工程师错误地认为只有传统的齿轮油才能用于低扭矩齿轮,润滑脂可以配制得足够轻,以用于小型齿轮马达。事实上,齿轮润滑脂可以做得非常柔软,以至于在静态时会在剪切变硬的情况下流动成凝胶。


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