重载开式齿轮的摩擦副是大小齿轮，其工况条件主要是低速、重载、冲击负荷。在该工况条件下，摩擦副处于典型的边界摩擦和混合摩擦范围，这将会导致严重的齿面损伤，怎样将特定条件下的摩擦副从边界摩擦和混合摩擦范围带到弹性流体动力润滑状态，这是摩擦学专门研究的范围。
图一重载开式齿轮摩擦区域分布
如图二所示，STRIBECK曲线是国际通用用于评价某个特定摩擦副的手段，它与摩擦副的负载、速度、尺寸，以及润滑剂的基础油粘度、添加剂性能息息相关。
由于低速工况下油契力远不如高速工况下强，因而需要高粘度的基础油形成抗剪切的高弹性缓冲油膜，润滑油的基础油粘度是第一要素，添加剂，尤其是极压抗磨添加剂的品质、含量和在基础油中的溶解性也大大影响润滑剂的承载性能和抗磨损效果。
图二：STRIBECK曲线速度-黏度-磨擦系数
二、齿面产生点蚀和擦伤
点蚀是齿面较严重的疲劳损伤之一，是齿面材料在变化的接触应力作用下，由于金属疲劳而产生的麻点状或坑状损伤。最初的点蚀仅为针尖大小的麻点，如果工作条件未改善，麻点就会逐渐扩大，甚至数点连片，最后形成较大的损伤。
齿轮在啮合过程中，齿面的相对滑动起着形成油膜的作用，相对滑动速度越高，齿面间越易形成油膜。在节线处啮合时，相会滑动速度低，形成油膜条件差，润滑效率低甚至润滑失效。因此点蚀首先出现节线或齿根区域，然后延伸成片。
齿面擦伤，在工况条件下，齿面啮合形成的油膜不足或油膜破裂，造成啮合面的金属部分接触，造成齿面擦伤。 含有极压抗磨剂的高黏度润滑剂可形成抗剪切的高弹性缓冲油膜，能有效减缓点蚀和齿面擦伤的发生。
三、开式齿轮润滑剂发展经历及新工业要求
在开式齿轮润滑领域，润滑剂经历了三个发展阶段：
1、溶剂沥青型产品
这类产品一般以沥青为黏附剂，添加醚类化合物作为稀释剂，以改善润滑油在低温下的流动性和泵送效果。一旦溶剂挥发过多，该类润滑油就会导致堵塞分配器和管路。而且沥青属于杂环类化合物，在润滑剂中实际起到增粘的作用而非润滑作用。同时沥青分子链容易被剪断，润滑剂变稀后粘附性下降而起不到保护齿面的作用。另外，沥青难于清洗，不环保，目前在欧美等国家已经被法律禁止使用。
2、石墨基润滑脂
一般以铝皂/复合铝皂稠化矿物油，并加有一定量的固体自润滑材料石墨，其主要特点是石墨在重载、冲击载荷以及缺油情况下起到紧急润滑的功效。该类产品正因为含有石墨而不符合环保趋势，而且在回转窑油池润滑中，润滑脂常黏附在齿轮罩和大齿轮非工作面不能回流而造成润滑成本增加。该类产品的抗焊接负荷一般只有6500-7000牛顿，在高负荷和极压工况下，不能提供足够的润滑保护。
3、全油型润滑油
第三代的超高粘度的半合成油，加有特殊的极压抗磨添加剂，粘附力强，能在齿面形成足够厚的润滑油膜来保证齿轮润滑。它是100%的基础油参加润滑，不象前两者润滑剂中只有部分基础油参与润滑，因而在保证充分润滑的前提下全油型润滑油可以降低用量一半。同时由于其分子量整齐，润滑油不会因为被剪断而造成粘度下降，导致油膜破裂，粘附性变差而从齿轮表面流失。该润滑剂属于环保型产品，为最新一代的开式齿轮润滑产品，如KLUBERFLUIDC-F3ULTRA。
润滑油的基础油粘度V40，V100值反映了该产品的油膜承载能力，KLUBERFLUIDC-F3ULTRA分别高达16500cSt，500cSt，第二代的石墨基产品的V40仅为680-2500cSt。同时KLUBERFLUIDC-F3ULTRA具有更好的粘温性能，粘温度指数高达170，而沥青型产品仅40左右，石墨基润滑脂为100左右。KLUBERFLUIDC-F3ULTRA更具有高达8500牛顿的抗焊接负荷，而溶剂沥青型产品仅为4000牛顿，石墨基润滑脂一般为6500-7000牛顿。
使用现代、环保健康的润滑剂的发展趋势对新的粘附性润滑剂的研发造成了影响，从而导致了全新产品的问世。人们需要一种不含沥青，并且不含铅、氯以及CFC溶剂的润滑剂，而且这种润滑剂应当是浅色的，可以避免含石墨润滑剂带来的污染，并且废油处理更简便，运行维护更容易。含石墨的粘附性润滑剂弥补了含沥青产品的很多缺陷，但是它的颜色还是不够透明。
市场上合成/半合成的的高粘和超高粘润滑剂是不含石墨，但含有多种添加剂。这种润滑剂也有优越的粘附性和良好的齿面保护性能。
下图为石墨基产品和全油型开齿润滑剂在齿面的形成的油膜情况，使用KLUBERFLUIDC-F3ULTRA很容易用肉眼观察到齿面情况。
四、全透明粘附性润滑剂的特点
全透明粘附性润滑剂的承载级别>12级，磨损量<0.2mg/kwh（FZG试验A8.3/90℃，DIN51354），焊接载荷>8500N（VKA四球磨损试验，DIN51350，point4）。
依照实际的运作条件，无石墨润滑剂可以通过喷洒、油池和循环等润滑方式使用。在喷洒润滑的情况下，润滑剂消耗量可以降低50%。这显然对废油处理有着积极的影响。另外，经验表明，小齿轮轴承的振动和齿面温度都显著降低。另一个重要的方面就是浅色的、透明的润滑剂事维护检测齿面的工作容易许多，例如，用闪频检测仪在不停机情况下对齿轮啮合面进行检查，不再需要进行费钱、费时的齿轮清洗了。除此之外，通过透明的油膜可以随时观测齿面的变化，而且，废油处理的成本也因为润滑剂用量的下降而降低了。润滑剂根据《德国空气清洁法令分类V》进行分级，可以直接进行焚烧处理。
五、全透明粘附性润滑剂的应用
KLUBERFLUIDC-F3Ultra在全球30多个国家，400多个电厂、水泥厂均有成功应用，在国内也有超过50条2500-10000t/d水泥干法生产线使用KLUBERFLUIDC-F3Ultra用于开式齿轮润滑。
结论
全透明粘附性润滑剂相对含沥青和石墨润滑剂保护齿面效能突出，对环境友好，并且润滑成本较低，是开式齿轮润滑剂的发展方向。选择合适的润滑剂要根据特定的操作和实际工况决定，并要参考设备生产厂家的润滑推荐。
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