许多齿轮可能受到一种称为微点蚀的现象影响。当齿轮上形成微观裂纹,并随着时间和应力作用导致出现微观凹坑时,即可观察到这种现象。这些凹坑逐渐扩大并最终脱落,甚至可能成为齿轮的主要失效模式。
微点蚀通常发生在弹性流体动力润滑(EHL)条件下。当齿轮节线处的EHL油膜厚度过薄时,表面粗糙峰将发生接触。当这些粗糙峰在高负荷下与对偶表面接触时,会引起弹性或塑性变形,从而导致微点蚀。
表面疲劳非常相似。在弹性流体动力润滑条件下,表面疲劳通常是由于硬质或软质颗粒在表面上产生凹痕而导致的。这些压痕会形成所谓的凸缘。随着时间的推移和反复的高负荷作用,表面破裂的地方会形成凹坑。随着持续的高负荷,凹坑会逐渐扩大。
影响因素
表面疲劳和微点蚀受所用特定润滑剂的影响,包括其基础油、添加剂、粘度选择和颗粒污染。虽然合成油或矿物油润滑剂可能会发生微点蚀或表面疲劳,但在相同粘度等级和添加剂配方下,合成油在高温下能提供更好的保护。这是因为合成油通常具有更高的粘度指数。换言之,合成油的粘度可能随温度升高的变化幅度更小。
虽然极压(EP)添加剂通常是必需的,但在某些情况下,它们可能对表面产生化学侵蚀并引发微点蚀。这类添加剂在高温下活性也会增强。有研究表明,不含EP添加剂的油品的抗微点蚀能力最强。通过FZG FVA 54测试可评估油品的抗微点蚀能力。
高粘度油由于EHL膜较厚,因此具有更强的抗微点蚀能力。然而,过度提高粘度并非最佳选择,因为这可能导致运行温度升高、能量损失增加和/或油品氧化加速。
高风险接触区域
机械设备中任何存在滚动接触的部位都可能发生微点蚀和表面疲劳,包括滚动轴承(沿滚道基面)和齿轮(通常发生在节线附近区域)。凸轮和滚轮等部件也存在滚动接触引发的表面疲劳和微点蚀风险。
当颗粒尺寸显著大于EHL油膜厚度时,可能在滚动作用下被卷入接触面之间。这些颗粒一旦进入接触区域,将承受巨大的接触压力。抗压强度较低的颗粒会碎裂成更小颗粒,部分嵌入表面,其余则通过接触区。硬度较高且尺寸大于EHL油膜厚度的颗粒可能通过压入较软表面穿过接触区,如前所述,这些凹痕会形成凸起边缘,随着接触压力的增加,最终从表面脱落。
控制微点蚀和表面疲劳
选择合适的粘度是减少微点蚀和表面疲劳的关键。负载越高,粘度就越高,负载越低,粘度就越低。
运行速度也会对微点蚀和表面疲劳产生影响。低速运行时油膜厚度减小,高速时油膜厚度增加。这是选择合适粘度时需要考虑的另一因素。
工作温度也会对微点蚀和表面疲劳产生影响。随着接触区温度升高,油品粘度降低,厚度减小。随着温度升高,粘度过低的润滑剂会变薄,无法提供足够的保护,从而加速微点蚀和表面疲劳。如果使用极压油,其EP添加剂在较高温度下活性增强,可有效防止粘着磨损。
当然,粘度过高也会产生过多的热量。粘度过高产生的热量会导致氧化加速。如果未通过油液分析确定剩余使用寿命并及时换油,油品将劣化失效,并且无法提供足够的保护。