风电齿轮微点蚀及应对研究

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1、风电齿轮的微点蚀研究赵玉良徐鸿钧姜永涛（小国更型机械研究院有限公司，陕西西安710032）摘要：木文对影响风电齿伦齿面微点蚀的各相关因素进行了分析。为避免发生微点蚀，不仅润滑方面的因索要了以重视，设计与制造因索也同样不能忽略。本文最后给出了提高齿面抗微点蚀能力可采取的的若干技术措施。关键词：微点蚀；风电齿轮近几年来，随着风力发电、造船及航空航天等行业的快速发展，对长寿命及高可靠性齿轮箱的需求也在快速增长，由此也引发了对低速重载齿轮传动中微点蚀现彖的重视和深入系统的研究。事实上，对低速重载齿轮，较Z于齿轮的弯曲强度

2、和接触强度，齿轮微点蚀己成为影响其寿命及运行可靠性的一个更为重要的影响因素，因而近些年来，AGMA（美国齿轮制造商协会）、BGA（英国齿轮协会）、NREL（美国可再生能源实验室）等均相继进行了一系列相关的专题研究，取得了一定进展。在我国，这一问题尚未引起足够的重视，非常冇必要对此进行全面系统的分析研究，并制订相应的控制方案及应对牯施。1齿轮微点蚀的产生及危害微点蚀现象又称灰斑现象，是指齿伦工作过程屮齿而岀现的一种呈发灰状态的特征现彖，其实质是齿面出现微小裂纹并伴冇少量材料转移，是一个齿面形成微小裂纹并发生冷胶合的

3、综合过程。这种现彖一般发生在低速重载齿轮的啮合齿面上，如风电齿轮箱、船川齿轮箱的低速级传动齿血上。微点蚀现象发生的机理一•般认为是由于低速重载齿轮的啮合齿面间多呈混合或边界润滑状态。在齿轮啮介过程中，由于两齿面微观结构的波峰发生直接接触，并在较高的接触及的切应力和相对摩擦作用下，导致齿面局部温度升高，油膜或化学反应膜破裂，进而产生复杂的弹槊性变形，在此过程屮也就产生了齿伦表面的微小裂纹和材料转移。齿面微点蚀的裂纹都位于表层且比较微小，-•般深度10-20//m,并与表面倾斜角度小于45度。微点蚀多发牛在齿轮箱的跑

4、和阶段，齿面最易发牛微点蚀的部位多为滑动和滚动速度方向相反的区域，因之对主动或从动齿轮一般均位于齿轮的节圆以下，如图1所示,这已为较多的试验或观察所证实。图1齿面微点蚀及部位齿面发生微点蚀后，根据所受载荷及应用条件的不同，同吋随着齿面润滑条件的改善,冇些将不再发展，而冇些则会随着运行时间的增长，齿面磨损进一步加剧，齿形精度下降和啮合齿面间动载荷的加大，并导致微裂纹进一步扩展，发展到一定程度将引起齿面的宏观点蚀、剥落，并最终导致传动装置性能的恶化和丧失。正是由于微点蚀在低速重载齿伦传动中出现的普遍性和对高端传动装置

5、运行寿命及町靠性的严重影响，国外近些年來对与此相关专题的研究I•分活跃，人们从对微点蚀的各种影响因素的系统研究，到对抗微点蚀齿轮的设计及制造，都己取得了不少成果。冃前FZG/FVA还专门制定了润滑汕及齿轮副的微点蚀试验规范，各品牌润滑汕产品的抗微点蚀能力等级均要明确给出。一般讲，影响齿面微点蚀的因素主要有：（1）润滑介质因素，如油的种类、粘度、油性及添加剂种类等（2）材料种类及热处理状态与组织（3）设计参数及制造工艺方法下而将对几个主要影响因素进行分析，以供确定合理的设计、制造及使用方法。2润滑油对微点蚀的影响众

6、多试验及应川表明，合成油较Z于矿物油冇着更为优界的综合润滑性能，因此冃前的高端齿轮箱如风电增速箱等均采用各种合成润滑汕作为其润滑介质。合成润滑汕的普遍优点表现为粘温指数高、抗氧化能力强、低温流动性好、抗濟损、摩擦功耗低、挥发性低、换汕周期长及抗微点蚀能力强等。目前常用的合成汕主要有三种类型：（1）聚—烯坯润滑汕，也就是常说的PAO汕，它是由Q■烯坯在催化剂作用下聚合，再经蒸饰、加氢而获得的一类长链烷泾，是目前应用最为普遍的一类合成汕。代表性品牌或朱产商如EXXONMOBIL、TOTAL、BP、ANDEROL及KL

7、UBER等，都提供此类油品。（2）聚酯类润滑油，简称PAG油。众多试验表明，PAG油在粘温指数、抗磨性、抗微点蚀性、溶解水能力、润滑性、洁净性等方面均优于PAO汕。仅在低温起动性、材料相容性和基础汕相溶性方而稍逊于PAO汕。正是由于上述优点，PAG汕在风电齿轮箱小逐步得到广泛应用，其代表性甜牌及生产商主要有COGNIS.STEPAN>FUCHS>SHELL及KLUBER等。（3）酯类润滑油，除具有合成油的基本优点外，突出特点是生物降解速度快，对环境影响小，生成汕泥残渣倾向小。国外目前对该类产品的研究开发十分活跃，

8、随着其性能的进一步改进和长期工作稳定性的提高，其应用将会逐步普及和拓展。目前酯类油的一个主要用途是用于PAO油的混合剂，用于改善油品的润滑性，并降低齿面摩擦系数。在PAG和PAO油中，整体来讲，PAG油较ZPAO油有更优异的综合性能，尤其在抗微点蚀能力方面更为明显。此外由于其优异的粘温性和水溶性，在环境湿度变化较大及环境较为潮湿的地区，PAG油更为适用。而在温度较低地区，