齿轮油

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介绍
齿轮油应具有良好的抗磨、耐负荷性能和合适的粘度。此外，还应具有良好的热氧化安定性、抗泡性、水分离性能和防锈性能。由于齿轮负荷一般都在490兆帕（MPa）以上，而双曲线齿面负荷更高达2942MPa，齿轮油的用量约占润滑油总量的6%～8%。齿轮油是性能优异的润滑油。
齿轮油以石油润滑油基础油或合成润滑油为主，加入极压抗磨剂和油性剂调制而成的一种重要的润滑油。用于各种齿轮传动装置，以防止齿面磨损、擦伤、烧结等，延长其使用寿命，提高传递功率效率。而双曲线齿面负荷更高达2942MPa，为防止油膜破裂造成齿面磨损和擦伤，在齿轮油中常加入极压抗磨剂，普遍采用硫- 磷或硫-磷-氮型添加剂。 
性能
齿轮油一般要求具备以下6条基本性能：
1、合适的粘度及良好的粘温性,粘度是齿轮油最基本的性能。粘度大，形成的润滑油膜较厚，抗负载能力相对较大。
2、足够的极压抗磨性
极压抗磨性是齿轮油最重要的性质、最主要的特点。
是赖以防止运动中齿面磨损、擦伤、胶合的性能。
抗磨、耐负荷性能 　由于齿轮负荷一般都在490MPa以上，而双曲线齿面负荷更高达2942MPa,为防止油膜破裂造成齿面磨损和擦伤，在齿轮油中一般都加入极压抗磨剂，以前常用硫-氯型、硫-磷-氯型、硫-氯-磷-锌型、硫-铅型和硫-磷-铅型添加剂。普遍采用硫-磷或硫-磷-氮型添加剂。
3、良好的抗乳化性
齿轮油遇水发生乳化变质会严重影响润滑油膜形成而引起擦伤、磨损。
4、良好的氧化安定性和热安定性
良好的热氧化安定性保证油品的使用寿命。
5、良好的抗泡性
生成的泡沫不能很快消失将影响齿轮啮合处油膜形成，夹带泡沫使实际工作油量减少，影响散热。
6、良好的防锈防腐蚀性
腐蚀和锈蚀不仅破坏齿轮的几何学特点和润滑状态，腐蚀与锈蚀产物会进一步引起齿轮油变质，产生恶性循环。
齿轮油还应具备其他－些性能，如粘附性、剪切安定性等。目前我国多数中、重负荷工业齿轮油所用的极压添加剂以硫磷型为主与国外同类产品质量水平相当。 
工作条件
齿轮之间的接触面积很小，基本是线接触，而在运动过程中既有滚动摩擦，又有滑动摩擦，这样，齿轮油的工作条件就与其他润滑油有很大差别。由于齿轮间接触面积小，所以其承受的压力很大。一些载重机械的减速器齿轮的齿面压力达400—1 000 MPa，汽车传动装置中双曲线齿轮的使用条件更为苛刻，负荷更重，其接触部位的压力可高达1000—4 000 MPa，在如此高的压力下，润滑油极易从齿间被挤压出来，容易引起齿面的擦伤和磨损。为此，齿轮油要具有在高负荷下使齿面处于边界润滑和弹性流体动力润滑状态的性能。
适宜的黏度是齿轮油的主要质量指标。黏度大其耐负荷能力大，但黏度过大也会给循环润滑带来困难，增加齿轮的运动阻力，以致发热而造成动力损失。因而，黏度要合适，特别是加有极压抗磨剂的油，其耐负荷性能主要靠极压抗磨剂，这类油黏度不能过高。要有良好的热氧化安定性，良好的抗磨损、耐负荷性能，良好的抗泡沫性能，良好的抗乳化性能，良好的防锈、防腐性，良好的抗剪切安定性。
此外，还有其他性能要求，如良好的低温流动性、与密封材料的适应性、储存安定性、开式齿轮油还要求有黏附性等。 
作用
（1）润滑传动系统，减少齿轮及其它运动部件的磨损，保证传动系统正常运动，延长使用寿命。
（2）减少齿伦传动仆的摩擦和传动损失，提高机械效率。
（3）冷却传动机件。齿轮传动，由于齿面接触摩擦会产生大量热量，如不及时散发掉，就会在齿面局部造成高温，严重的还会造成烧蚀和粘接。齿轮油在循环润滑过程中不断将热量带走，通过空气与传动机构壳体散发出去，保证传动机件正常工作。
（4）防止腐蚀与锈蚀。
（5）降低齿面冲击与传动噪声。
（6）齿轮油有洗涤作用，能不断将结在齿轮表面的污染物和固体颗粒冲洗干净。 
主要指标
L-CKC中负荷闭式工业齿轮油质量控制指标
产品符合国家标准：GB 5903-1995
本系列产品是采用精制润滑油馏份为基础油，加入抗氧、防锈和极压等多种添加剂制得，具有良好的抗氧、防锈、抗乳化、抗泡沫性和极压抗磨性，在重负荷、冲击负荷下能保持良好的润滑性。
适用于中等温度和重负荷下运转的齿面接触应力小于1000N/mm的工业闭式齿轮传动装置的润滑
L-CKC油是在L-CKB油基础上再提高其极压性能的一种极压型工业闭式齿轮油 
项目
单位
质量指标
试验方法
68#
100#
150#
220#
320#
460#
680#
运动粘度（40℃）
mm/s
61.2~
74.8
90~
110
135~
165
198~
242
288~
352
414~
506
612~
748
GB/T265
粘度指数，不小于
90
GB/T2541
闪点（开口），不低于
℃
180
180
200
200
200
200
200
GB/T267
倾点，不高于
℃
-8
-8
-8
-8
-8
-8
-5
GB/T3535
水分，不大于
%
痕迹
GB/T260
机械杂质，不大于
%
0.02
GB/T511
铜片腐蚀（121℃，3h），不大于
级
1
GB/T5096
液相锈蚀试验（蒸馏水、合成海水）
无锈
GB/T11143
泡沫性（泡沫倾向/泡沫稳定性）
24℃，不大于
93.5℃ ，不大于
后24℃，不大于
mL/mL
75/10
75/10
75/10
GB/T12579
抗乳化性（82℃）
油中水，不大于
乳化层，不大于
总分离水，不小于
%
mL
mL
1.0
2.0
60
1.0
2.0
60
1.0
2.0
60
1.0
2.0
60
1.0
2.0
60
1.0
4.0
50
1.0
4.0
50
GB/T8022
Timken机试验
OK负荷，不小于
N(lb)
200(45)
GB/T11144
FZG齿轮机试验（A/8.3/90）
通过级，不小于
级
11
S
GL-4中负荷车辆齿轮油质量控制指标
本系列产品是采用高粘度指数基础油，加入抗氧、防锈、防腐和极压等多种添加剂制得，具有良好的极压抗磨性、抗擦伤性、热氧化安定性、防腐性、防锈性和贮存安定性。
适用于低速高低扭矩、高速低扭矩下操作的手动传动箱、螺旋伞齿轮特别是各种车用的准双曲线齿轮润滑，也可用于要求使用API GL-4规格油品的各种国产和进口车辆。 
项目
单位
质量指标
试验方法
90
85W/90
80W/90
运动粘度（100℃）
mm/s
13.5~24.0
GB/T265
粘度指数，不小于
75
—
—
GB/T2541
表观粘度达150Pa·s时温度，不高于
℃
—
-12
-26
GB/T11145
闪点（开口），不低于
℃
180
180
165
GB/T3536
倾点，不高于
℃
-10
-15
-30
GB/T3535
机械杂质，不大于
%
0.05
GB/T511
水分，不大于
%
痕迹
GB/T260
铜片腐蚀（121℃，3h），不大于
级
3b
GB/T5096
锈蚀试验（15#钢棒）
无锈
GB/T11143A法
最大无卡咬负荷PB，不小于
N
883
GB/T3142
泡沫特性（泡沫倾向/泡沫稳定性）
24℃±0.5℃，不大于
93℃±0.5℃，不大于
后24℃±0.5℃，不大于
mL/mL
100/0
100/0
100/0
GB/T12579
齿轮台架试验
通过
附录
分类
分为汽车齿轮油和工业齿轮油两类。前者用于润滑各种汽车手动变速箱和齿轮传动轴；后者用于润滑冶金、煤炭、水泥和化工等各种工业的齿轮装置。
工业齿轮油
分　级
现行名称
组成、特性及使用说明
L-CKB
抗氧化防锈型
普通工业齿轮油
由精制矿物油加入抗氧化、防锈添加剂调配而成，有严格的抗氧化、防锈、抗泡、抗乳化性能要求，适用于一般轻负荷的齿轮润滑
L-CKC
极压型
中负荷工业齿轮油
由精制矿物油加入抗氧化、防锈、极压抗磨剂调配而成，比CKB具有较好的抗磨性，适用于中等负荷的齿轮润滑
L-CKD
极压型
重负荷工业齿轮油
由精制矿物油加入抗氧化、防锈、极压抗磨剂调配而成，比CKC具有更好的抗磨性和热氧化安定性，适用于高温下操作的重负荷的齿轮润滑
L-CKE
蜗轮蜗杆
蜗轮蜗杆油
由精制矿物油或合成烃加入油性剂等调配而成，具有良好的润滑特性和抗氧化、防锈性能，适用于蜗轮蜗杆润滑
L-CKT
合成烃极压型
低温中负荷
工业齿轮油
以合成烃为基础油，加入同CKC相似的添加剂，性能除具有CKC的特性外，有更好的低温、高温性能，适用于高、低温环境下的中负荷齿轮之润滑
L-CKS
合成烃齿轮油
以合成油或半合成油为基础油加入各种相应的添加剂，适用低温、高温或温度变化大、耐燃、耐热、耐化学品以及其他特殊场合的齿轮传动润滑 
车用齿轮油
1、美国石油学会（API）车辆齿轮油使用性能分级
使用性能分级
GL-1
GL-2
GL-3
GL-4
GL-5
旧API使用
性能分档
普　通
蜗轮用
中等极压性
通用强极压性
润滑油类型
直馏或残馏油
含油性剂、脂，直馏或残馏油
含硫、磷、氯等化合物或锌化合物等极压剂的直馏或残馏油的混合物
适用范围
低负荷低速的正齿螺旋齿轮、蜗轮蜗杆、锥齿轮及手动变速器等
稍高速、高负荷、条件稍苛刻的蜗轮蜗杆及其他齿轮（准双曲面齿轮不能用）
不能用GL-1或GL-2的中等负荷及中速的正齿轮及手动变速器（准双曲面齿轮不适用）
高速低扭矩、低速高扭矩的准双曲面齿轮及很苛刻条件下工作的其他齿轮
比GL-4更苛刻的耐低速高扭矩、高速低扭矩和高速、冲击性负荷的准双曲面齿轮用
使用部位
不能满足汽车齿轮要求，不能用在汽车上
不能满足汽车齿轮的要求，除特殊情况外不能用在汽车上
变速箱、转向器齿轮及条件缓和的差速器齿轮
差速器齿轮、变速箱齿轮及转向器齿轮
工作条件特别苛刻的差速器齿轮及后桥齿轮
含极压剂量，%
2～4
3～6
6～10
相当标准
MIL-L-2105
MIL-L-2105B（C）
2、国内车辆齿轮油的性能分级
代　号
组 成、特 性 和 使 用 说 明
使　用　部　位
L-CLC
精制矿物油加抗氧化剂、防锈剂、抗泡剂和少量极压剂等制成。适用于中等速度和负荷比较苛刻的汽车手动传递箱和曲线齿锥齿轮的驱动桥。这种油比CLA和CLB有较好的耐负荷能力
汽车的手动变速器，曲线齿锥齿轮的驱动桥
L-CLD
精制矿物油加入抗氧化剂、防锈剂、抗泡剂和极压剂等制成。适用于在低速高扭矩或高速低扭矩下工作的各种齿轮，特别是客车和其他各种车辆用的准双曲面齿轮
汽车的手动变速器、曲线齿锥齿轮和使用条件不太苛刻的准双曲面齿轮的驱动桥
L-CLE
由精制矿物油加抗氧化剂、防锈剂、抗泡剂和极压剂等制成。适用于在高速冲击负荷、高速低扭矩和低速高扭矩下工作的各种齿轮，特别是客车和其他车辆的准双曲面齿轮
工作条件缓和或苛刻的准双曲面齿轮及其他各种齿轮的驱动桥，也可用于手动变速器 
3、我国汽车齿轮油的粘度分类
粘度牌号
达到150Pa ·s的最高温度/℃
100℃时运动粘度/mm·s
最低
最高
70W
-55
4.1
--
75W
-40
4.1
--
80w
-26
7.0
--
85w
-12
11.0
--
90
--
13.5
24.0
140
--
24.0
41.0
250
--
41.0
--
正确使用
1、根据齿轮工作条件的苛刻程度选用使用等级。
齿轮工作条件的苛刻程度是由齿轮的类型及其工作时的负荷和表面滑移速度决定的。普通齿轮传动可选用普通车辆齿轮油，准双曲面齿轮传动必须选用准双曲面齿轮油。若汽车在山区或满载拖挂行驶，并经常处于高负荷状态下，工作苛刻、油温较高，也可以选用准双曲面齿轮油。
2、依据季节气温选择粘度等级。
齿轮的低温粘度达150000mPa.s时的最高温度决定其适用的最低气温。因此齿轮油的粘度等级一般是根据不同地区或季节的气温情况来选择的。气温高时，选择粘度高的齿轮油；反之，气温低时，选择粘度低的齿轮油。如长江流域及其他地区冬季气温不低于-10℃的地区，全年可用90号油。长江以北冬季气温不低于-26℃的寒区，全年可用80W/90油。黑龙江、内蒙古、新疆等冬季气温在-26℃以下的严寒区，冬季使用75W号油，夏季换用90号油。其他地区全年可用85W/90油。
选择的依据
齿轮种类，齿轮转速，传动比，环境温度及运行温度，输入功率，负载特性（恒载、冲击、负载大小），驱动形式，润滑方式（飞溅、压力），水份污染，油品泄漏等。
影响齿轮润滑的因素
温度：温度下降时，润滑油会变稠。温度上升时，则会变稀。因此在低温条件下需要低粘度的润滑油，而在高温条件下则需要厚重的油以防止金属与金属之间的干摩擦。
速度：滑动和转动的速度越快，齿轮间挤进润滑剂的时间就越少。同时在高速运作下润滑油更易结块变厚。因此：低速用高粘度（稠油），高速用低粘度油（稀油）。
负荷（压力）：高粘度油比稀油更能抵御重负并防止金属与金属之间的碰撞。因此：轻负荷需要低粘度的润滑油，高负荷需要高粘度的润滑油。
冲击负荷：例如由引擎发出的律动力，这就需要比较厚重的油以防油膜的瞬间碎裂而产生的边界润滑，因为只有极少的润滑油可留下。在这种情况下，需要一种含有极压添加剂（EP）的润滑油。
齿轮类型：使用直齿、斜齿、人字齿和伞齿轮副时，滑动和转动会产生有效的油膜形成从而减缓啮合的轮齿间的直接接触。在涡轮涡杆和双曲面齿轮等非平等轴传动装置上，相对滑动运作的方向不利于维持油膜。在这此传动装置上，往往大量出现边界润滑。因此，在涡轮涡杆装置和大偏心量的双曲齿轮传动装置上需要仍为厚重的油。当这些传动装置受到重负和高压时，就要选择具有的高强油膜特性（高粘度）、光滑性、润滑性或甚至极压添加剂的润滑油。
发展趋势
车辆齿轮油发展趋势
近年来，在车辆齿轮油发展方面，有以下3个突出的趋势。
（1）提高热氧化安定性：降低油泥和漆膜，延长油品使用寿命达到终生不换油。如DANA公司推出了50万英里和75万英里不换油的SHAES-256及SHAES-234标准，壳牌公司已有类似产品，中国石油推出了相似的GL-5长寿命超重驱动桥齿轮油。
（2）开发专用的手动变速箱油：具有良好的摩擦特性，满足驾驶的舒畅性，如API制定了MT-1；大众、雪铁龙等分别制定了自己的（VW501.50）、（B712315）等OEM规格；中国石油开发了超越以上规格要求的MTF10和MTF18手动变速箱油系列。
（3）更多使用多级油：为了满足低温换挡、高温有黏膜保护和燃油的经济性要求，使用了含剪切安定性良好黏度指数改进剂的多级油，如75W、75W/90、75W/80、75W/85黏度级别的油用量和比例明显增加。
工业齿轮在中国的行业集中度远高于车辆齿轮，在工业齿轮的润滑中有开式齿轮、蜗轮蜗杆齿轮和闭式齿轮箱的润滑，而其中以闭式齿轮箱润滑为主体。近年来，相继引进了许多大型成套项目，工业齿轮装置正沿着小型化、高速化、标准化方向发展。随着齿轮设计精度提高、流线型设计等引入，使齿轮承载负荷越来越大、齿轮间的公差越来越小、齿轮切线速度加快。操作温度提高，传统的CKC、CKD系列已不能满足要求，润滑材料面临着真正的挑战。工业齿轮油已从通用润滑材料转变成齿轮设计的一个重要零部件，一方面工业齿轮箱朝着更大的动力、更大的载荷和较小的体积方向发展，并且常常置身潮湿、高温、粉尘的工作环境，其中载荷的增大，增加了齿面接触压力和金属与金属之间磨损和点蚀，齿轮箱体积的变小导致油品温度的升高；另一方面齿轮油在润滑齿轮的同时，常常也要确保轴承的润滑，而潮湿的工作条件易导致轴承腐蚀加剧。
新一代齿轮油要求具有更好的氧化安定性和热安定性；具有更宽的使用温度范围并延长换油周期；更优异的极压抗磨性；更好的减摩节能特性。低速重载和高速重载是工业齿轮两种较为苛刻的传动方式，如水泥磨传动设备（立式辊磨减速机）和风电齿轮增速箱。体现这些变化的主要是德国DIN51517-3标准和Flender、FAG、SKF等OEM规格。他们与USS224相比在抗微点蚀、抗磨损和抗腐蚀性能方面提出了要求；美孚推出SHC XMP600新型合成工业齿轮油系列产品就是同时满足USS224规格、DIN51517-3和Flender规格，通过了FAC FE8试验和FVA54微点蚀试验，有助于控制微点蚀和其他形式的齿轮磨损，对齿轮磨损达到了15倍保护；中国石油相应推出的FDIOOO、2000、3000和KG系列高档工齿产品已在风电、钢铁等行业得到应用，其中FD系列着重解决了抗点蚀问题，而KG系列在CKD基础上强化了抗氧化、防腐蚀、抗乳化和抗泡等方面的要求。 
润滑材料发展趋势
由于齿轮的形式和结构趋于成熟，其在工业实践中的变化主要是尺寸、负荷和环境。齿轮润滑的发展除了润滑装置与设计的发展之外，在润滑材料方面也有几个突出的趋势值得注意：
（1）总体技术要求是在保证不降低极压性能的前提下，更好地兼顾腐蚀、氧化等要求，延长换油期和齿轮装置寿命。
（2）产品开发方面是通用和专用的平衡，比如在车用润滑油方面，2105E规格等对于军队、野外施工等独立场所强调通用和简化品种；而对于民用、集团消费等有必要将驱动桥用油与变速箱用油分开以最大限度改进各自的润滑。
（3）从市场方面看齿轮油的需求也有两面性，一方面追求规格技术含量不断提高，工况越来越苛刻，需要具有润滑耐久性、经济性和高可靠性的特种齿轮油，需要采用优质的合成油以及特别的添加剂配伍，保证齿轮传动装置良好平稳运行，减少因润滑不良造成的经济损失，降低设备维护成本，防止资源浪费；另一方面是满足基本使用性能而成本占优的油品，仍将在传统市场占有主导地位，其中基础油和添加剂的成本都必须很有竞争力，需要添加剂在低剂量下仍很有效。