CN1160752A - 用于谐波传动机构的润滑油 - Google Patents
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Abstract
一种用于谐波传动机构的润滑油，其40℃运动粘度为13～75mm2/s，它是以精制矿物油或合成油或其混合物为基础油，以油性剂和极压抗磨剂为主剂，并辅以防锈剂、抗氧剂、降凝剂、抗泡剂、粘度指数改进剂配制而成。本发明谐波传动润滑油与已有技术相比具有摩擦系数低、输出功率增加，磨损小，传动效率高等特点，经多种机型、多种速比、不同载荷的谐波传动减速器使用证明，传动效率提高5～10％，实际使用寿命超过1万小时。
Description
本发明属于润滑油技术领域。确切地说是关于用于谐波传动机构的润滑油。
谐波传动是50年代空间科学和宇航技术发展的产物，与建立在刚体力学基础上的传统的齿轮传动不同，谐波传动是建立在薄壳弹性形变理论基础上的一种新型传动。由于谐波传动机构是由波发生器、柔轮和刚轮三个基本构件组成，因此谐波传动既存在波发生器的弹性流体润滑状态，也存在齿轮啮合的边界或混合润滑状态。迄今为止，国内外尚未见到有关谐波传动机械润滑研究工作的报导，也未见到谐波传动机构的专用润滑油。生产谐波减速器的厂商一般都推荐使用市场上供应的商品润滑油，如美国Emhart公司按照机型推荐用油，HDUC20～50机型使用符合Type A SUFFIXA规格的自动传动油(AFT油)，HDUC65～100机型使用合成型极压工业齿轮油(美国Emhart Co.产品资料)；日本谐波传动株式会社不分机型推荐使用符合JISK22192种2号规格的极压工业齿轮油(日本谐波传动株式会社“谐波传动说明书”)。我国谐波减速器也没有统一的润滑技术要求和定型的润滑油，有的使用一般的齿轮油或双曲线齿轮油，有的甚至使用普通机械油。齿轮油通常用于冶金、煤矿、化纤、化肥和水泥等工业要求高极压性能的齿轮装置，如CN1020044C公开了一种极压工业齿轮油组合物，是由硫磷氮型极压抗磨剂，硫化异丁烯极压剂和苯三唑十八胺盐多效剂调配而成，其40℃运动粘度为68～460mm2/s，主要用于钢铁，矿山和水泥等工业齿轮装置的润滑。USP3919096公开的极压工业齿轮油，其添加剂主要为硫化烯烃、二烃基磷酸酯和苯三唑，以改善润滑油的极压性能。由于谐波传动在结构，传动方式，摩擦状态和润滑条件等方面与传统的齿轮传动有很大的差异，上述极压工业齿轮油的配方和使用性能是按照传统齿轮传动设计的，因而在使用时难以满足谐波传动的摩擦条件和要求。和一般齿轮传动相比，由于谐波减速器轮齿的啮合区范围比较宽，负荷由多达数十个齿面承担，因而其单位面积的载荷比较低，另外，由于齿面速度很低，所以其PV值(齿面压力与相对滑动速度之积)也很小，因此，谐波齿轮的工作条件应属于低温低压边界润滑或混合润滑。
综上所述，对于谐波传动润滑油，应符合以下要求：
(1)要求润滑油具有优良的油性，以便在金属表面形成分子吸附膜，降低摩擦和磨损。
(2)要求润滑油具有一定的极压性，以防止金属接触点摩擦产生局部高温而引起的胶合现象。
(3)要求润滑油具有合适的粘度，如果粘度过大，会因“揽油损失”造成设备效率降低，油温升高等问题；如果粘度过小，则会造成润滑不良而引起机械的磨损和失效。而一般齿轮油和润滑油都难于满足上述要求。
本发明的目的是提供一种具有优良的油性、一定的极压性和合适粘度的用于谐波传动机构的润滑油。
本发明是通过下述技术方案实现的：本发明所说的谐波传动润滑油是以精制矿物油或合成油或其混合物为基础油，以油性剂和极压抗磨剂为主剂，并辅以防锈剂，抗氧剂，降凝剂，抗泡剂和粘度指数改进剂配制而成，其40℃运动粘度为13～75mm2/s，该谐波传动润滑油的组分和含量(相对润滑油)是：
(1)1.0～8.0m％、最好是2.0～7.0m％具有极压性能的油性剂A，0～1.0m％、最好是0.05～0.5m％油性剂苯三唑脂肪胺盐；
(2)0～4.0m％、最好是0.2～3.0m％极压抗磨剂B；
(3)0.01～4.0m％、最好是0.02～3.0m％防锈剂C；
(4)0.05～1.2m％、最好是0.1～1.0m％抗氧剂2，6-二叔丁基对甲酚，0～0.1m％抗氧剂D；
(5)0～3.0m％降凝剂聚α-烯烃-1；
(6)0～25ppm抗泡剂甲基硅油，其25℃运动粘度为2000～5000mm2/s；
(7)0～10m％粘度指数改进剂；
(8)余量选自精制矿物油、合成油或只加有少量抗氧剂的低凝点成品油及其混合物的基础油。
本发明所说的具有极压性能的油性剂A选自硫化烯烃棉子油-1和膦酸酯之一或其混合物，膦酸酯也是一种摩擦改进剂；所说的极压抗磨剂B选自磷酸三甲酚酯、硫磷酸丁辛基锌盐，硫磷酸含氮衍生物，硫化异丁烯之一或其中两至三种混合物或复合物；所说的防锈剂C选自烯基丁二酸和石油磺酸钡中的一种；所说的抗氧剂D选自噻二唑衍生物和苯三唑衍生物之一；所说的粘度指数改进剂选自聚异丁烯，聚甲基丙烯酸酯，乙烯-丙烯共聚物之一或其混合物。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.由于采用了在保持一定极压性能的基础上，提高油性的添加剂配方，使之更适应于谐波传动的摩擦特点和润滑要求，因而使磨擦系数降低，输出功率增加，磨损降低，延长了设备寿命。从台架试验的铁谱分析结果可以看出：本发明谐波传动润滑油磨屑数量少，尺寸小，未发生异常磨损，而N46机械油则产生润滑不良，磨损严重的现象。
2.由于本发明采用了比现用润滑油更低的粘度，提高了粘度指数，降低了凝固点，使其使用温度范围更宽，同时由于降低了“揽油损失”，因而提高了传动效率，降低了油温温升，提高了整机效率，同时还具有节电效果。本发明谐波传动润滑油经多种机型，多种速比，不同载荷，多台谐波传动减速器使用考验证明：传动效率提高5～10％，实际使用寿命已超过一万小时。
下面的实施例将对本发明作进一步说明。
实例1
制备粘度牌号为N46的谐波传动润滑油a。
基础油：150SN中性油77.4m％(市售)，
500SN中性油13.67m％(市售)，
添加剂：(1)7.0m％具有极压性能的油性剂硫化烯烃棉子油-1(T405、沈阳石油化工二厂)，
(2)0.03m％油性剂苯三唑脂肪胺盐(T406，南京宁江化工厂)，
(3)0.5m％极压抗磨剂磷酸三甲酚酯(T306，上海彭浦化工厂)，
(4)0.3m％防锈剂烯基丁二酸(T746，旅顺化工厂)，
(5)0.1m％抗氧剂2，6-二叔丁基对甲酚(T501，锦州炼油厂)，
(6)1.0m％降凝剂聚α-烯烃-1(T803，兰州炼油化工总厂)，
(7)10ppm抗泡剂甲基硅油(T901，V25℃＝2000～5000mm2/s，上海树脂厂)。
将基础油和添加剂(1)-(6)混合，在65℃±5℃搅拌溶解，然后加入抗泡剂(7)，充分搅拌，使之混合均匀，过滤，即得粘度牌号为N46的本发明谐波传动润滑油a(粘度牌号参见国标GB3141-82“工业用润滑油粘度分类”)。
实例2
按照实例1所述方法制备N68谐波传动润滑油b。
基础油：150SN中性油39.3m％，500SN中性油52.08m％，
添加剂：(1)2.0m％摩擦改进剂膦酸酯(T451，长沙望城石化厂)，
(2)0.3m％油性剂苯三唑脂肪胺盐(T406)，
(3)3.0m％抗氧抗腐剂硫磷酸丁辛基锌盐(T202，锦州炼油厂)，
(4)0.02m％防锈剂烯基丁二酸(T746)，
(5)0.8m％抗氧剂2，6-二叔丁基对甲酚(T501)，
(6)2.5m％降凝剂聚α-烯烃-1(T803)，
(7)20ppm抗泡剂甲基硅油(T901)。
实例3
按照实例1所述方法制备N15谐波传动润滑油c。
基础油：25#变压器油69.9m％(市售)，
150SN中性油22.0m％，
添加剂：(1)3.0m％油性剂硫化烯烃棉子油-1(T405)，
(2)2.0m％摩擦改进剂膦酸酯(T451)，
(3)2.0m％极压抗磨剂磷酸三甲酚酯(T306)，
(4)0.2m％防锈剂烯基丁二酸(T746)，
(5)0.4m％抗氧剂2，6-二叔丁基对甲酚(T501)，
(6)0.5m％降凝剂聚α-烯烃-1(T803)，
(7)10ppm抗泡剂甲基硅油(T901)。
实例4
按照实例1所述方法制备N32谐波传动润滑油d。
基础油：13#冷冻机油36.3m％(市售)，
18#冷冻机油54.67m％(市售)，
添加剂：(1)4.0m％油性剂硫化烯烃棉子油-1(T405)，
(2)0.1m％油性剂苯三唑脂肪胺盐(T406)，
(3)0.5m％极压抗磨剂硫磷酸含氮衍生物(T305，南京宁江化工厂)与1.0m％极压抗磨剂硫化异丁烯(T321，锦州义县精细化工总厂)的复合物。
(4)3.0m％防锈剂石油磺酸钡(T701杭州炼油厂)，
(5)0.4m％抗氧剂2，6-二叔丁基对甲酚(T501)，
(6)0.03m％金属减活剂苯三唑衍生物(T551，兰州炼油化工总厂)，
(7)5ppm抗泡剂甲基硅油(T901)。
实例5
按照实例1所述方法制备N22谐波传动润滑油e。
基础油：25#变压器油35.5m％，150SN中性油53.25m％，
添加剂：(1)6.0m％摩擦改进剂膦酸酯(T451)，
(2)0.2m％油性剂苯三唑脂肪胺盐(T406)，
(3)0.5m％抗氧抗腐剂硫磷酸丁辛基锌盐(T202)，
(4)0.3m％极压抗磨剂硫磷酸含氮衍生物(T305与0.7m％极压抗磨剂硫化异丁烯(T321)的复合物，
(5)2.0m％防锈剂石油磺酸钡(T701)，
(6)0.5m％抗氧剂2，6-二叔丁基对甲酚(T501)，
(7)0.05m％金属减活剂噻二唑衍生物(T561，兰州炼油化工总厂)，
(8)1.0m％降凝剂聚α-烯烃-1(T803)，
(9)20ppm抗泡剂甲基硅油(T901)。
实例6
按照实例1所述方法制备N32谐波传动润滑油f。
基础油：减一线聚α烯烃合成油37.6m％(燕山石化总公司化工三厂生产)，
减二线聚α烯烃合成油56.38m％燕山石化总公司化工三厂生产)，
添加剂：(1)2.0m％油性剂硫化烯烃棉子油-1(T405)，
(2)2.0m％摩擦改进剂膦酸酯(T451)，
(3)0.13m％极压抗磨剂硫磷酸含氮衍生物(T305)与0.27m％极压抗磨剂硫化异丁烯(T321)的复合物，
(4)0.6m％防锈剂石油磺酸钡(T701)，
(5)1.0m％抗氧剂2，6-二叔丁基对甲酚(T501)，
(6)0.02m％金属减活剂噻二唑衍生物(T561)。
实例7
本实例主要考查油性剂的添加量与减少摩擦能力之间的关系。
(1)谐波传动润滑油g、h、i、j的配制：在原料油中，按照表3所示量加入油性剂和极压抗磨剂，配制成本发明谐波传动润滑油g、h、i、j，其粘度牌号均为N32。
原料油的配方：0.2m％T746防锈剂+0.5m％T501抗氧剂+14.3m％25#变压器油+85m％150SN中性油。
(2)低速四球试验：济南材料试验机厂生产的四球机，转速：1r/min，负荷196N，按照GB3142所述有关操作方法测定摩擦系数，结果见表3。
(3)谐波台架试验：XB1-120谐波减速器，速比100，转速3000r/min，输出扭矩450N·m，运行3小时，每隔5分钟测定减速器外壳温度，测6-8次，取平均值，结果见表1。
由表1可以看出：随着油性剂用量的增加，低速四球摩擦系数和谐波台架试验油温温升相应降低。
表2列举了本发明谐波传动润滑油a、b、g与日本JISK22192种2号谐波传动润滑油性能比较。
由表2可以看出：日本JISK22192种2号谐波传动润滑油相当于ISO标准的N68极压工业齿轮油，它具有较高的Pd值(烧结负荷)和ZMZ值(综合磨损值)，表现出较好的抗极压性能。本发明谐波传动润滑油a、b、g在具有一定的极压性能基础上，提高了油性剂的含量，使之更适应于谐波传动摩擦特点和润滑要求，因此，其摩擦系数比JIS油降低约1/4，粘温性能和凝固点均比JIS油好。
表1
注：T405：硫化烯烃棉子油-1；
| 油样编号 | 添加剂用量(m％) | 低速四球摩擦系数(μ) | 谐波台架油温温升(℃) | |
| 具有极压性能的油性剂 | 极压抗磨剂 | |||
| g | 6m％T405 | 0 | 0.087 | 31 |
| h | 3.5m％T405 | 0 | 0.105 | - |
| i | 2m％T405 | 0.3m％T3050.6m％T321 | 0.108 | 31.3 |
| j | 2m％T451 | 0.3m％T3050.6m％T321 | 0.115 | 32.5 |
T451：膦酸酯；
T305：硫磷酸含氮衍生物；
T321：硫化异丁烯。
表2
| 编号 | 性能 | 本发明谐波传动润滑油 | 日本JIS2种2号 | 试验方法 | ||
| a | b | g | ||||
| 1 | 运动粘度40℃mm2/s100℃ | 46.08 | 70.71 | 31.92 | 65.71 | GB/T265 |
| 7.11 | 9.65 | 59.5 | 8.83 | |||
| 2 | 粘度指数 | 113 | 112 | 114 | 108 | GB/T2541 |
| 3 | 凝固点℃ | -31 | -29 | -30 | -24 | GB/T510 |
| 4 | 闪点(开口)℃ | 222 | 238 | 202 | 223 | GB/T267 |
| 5 | 水份m％ | 无 | 无 | 无 | 无 | GB/T260 |
| 6 | 机械杂质m％ | 无 | 无 | 无 | 无 | GB/T511 |
| 7 | 铜片腐蚀，100×3hr(级) | 1a | 1a | 1a | 1a | GB/T5096 |
| 8 | 防锈试验：60℃×24hr蒸馏水 | 无锈 | 无锈 | 无锈 | - | GB/T11143 |
| 9 | 抗氧化试验：旋转氧弹，150℃吸氧25lb/m2，min | 450 | 450 | 365 | 440 | |
| 10 | 摩擦系数μ四球机1r/min | 0.087 | 0.084 | 0.087 | 0.115 | |
| 11 | 四球机d60 20mm试验PbN(kg)1450r/minpdN(kg)ZMZN(kg) | 0.30 | 0.29 | 0.33 | 0.28 | GB/T3142 |
| 735(75) | 785(80) | 883(90) | 785(80) | |||
| 2452(250) | 2452(250) | 3089(315) | 3923(400) | |||
| 363.4(37.06) | 360.4(36.75) | 408.4(41.65) | 510.3(52.04) | |||
| 12 | 起泡性(泡沫倾向/泡沫稳定性)ml24℃93℃后24℃ | 1/02/00/0 | 1/05/01/0 | 1/05/01/0 | 1/025/01/0 | GB/T12579 |
实例8
本实例主要考查谐波传动润滑油粘度与谐波传动减速器台架试验传动效率的关系。
按照实例1所述方法制备谐波传动润滑油k、l、m、n、o。其添加剂配方为：2m％具有极压性能的油性剂硫化烯烃棉子油-1(T405)+0.2m％防锈剂烯基丁二酸(T746)+0.5m％抗氧剂2，6-二叔丁基对甲酚(T501)。其基础油配方见表3。
传动效率的测试：XB1-120减速器，减速比100，在输入转速3000r/min，输出扭矩450N·m条件下，运行3小时后每隔5分钟测定输入、输出扭矩，测试6-8次，取平均值，按下式计算传动效率：
传动效率η＝输出功率wh/输入功率wz
＝输出扭矩mh/输入扭矩mz·减速比。
试验结果见表3
由表3可以看出：随着油样粘度的降低，传动效率相应提高。
表3
| 油样编号 | 粘度牌号 | 基础油配方(m％) | 传动效率(％) | ||
| 25#变压器油 | 150SN中性油 | 500SN中性油 | |||
| k | N15 | 75 | 25 | - | 86.8 |
| l | N22 | 43 | 57 | - | 86.9 |
| m | N32 | 15 | 85 | - | 86.1 |
| n | N46 | - | 84 | 16 | 84.6 |
| o | N68 | - | 43 | 57 | 84.8 |
实例9按照实例1所述方法制备N68谐波传动润滑油p。
基础油：150SN中性油51.7m％，500SN中性油40.3m％；
添加剂：(1)2.0m％油性剂硫化烯烃棉子油-1(T405)；
(2)0.1m％防锈剂烯基丁二酸(T746)；
(3)0.6m％抗氧剂2，6-二叔丁基对甲酚(T501)；
(4)1m％降凝剂聚α-烯烃-1(T803)；
(5)4.3m％粘度指数改进剂聚异丁烯(T603，锦州炼油厂)。
Claims (5)
1.一种谐波传动润滑油，其特征在于其40℃运动粘度为13～75mm2/s，添加剂是以油性剂和极压抗磨剂为主剂并辅以其它添加剂，该润滑油的组份和含量(相对润滑油)是：
(1)1.0～8.0m％具有极压性能的油性剂A，0～1.0m％油性剂苯三唑脂肪胺盐；
(2)0～4.0m％极压抗磨剂B；
(3)0.01～4.0m％防锈剂C；
(4)0.05～1.2m％抗氧剂2，6-二叔丁基对甲酚、0～0.1m％抗氧剂D；
(5)0～3.0m％降凝剂聚α-烯烃-1；
(6)0～25ppm抗泡剂甲基硅油，其25℃运动粘度为2000～5000mm2/s；
(7)0～10m％粘度指数改进剂；
(8)余量为基础油，
其中具有极压性能的油性剂A选自硫化烯烃棉子油-1和膦酸酯之一或其混合物；极压抗磨剂B选自磷酸三甲酚酯、硫磷酸丁辛基锌盐、硫磷酸含氮衍生物、硫化异丁烯之一或其中两至三种混合物或复合物；防锈剂C选自烯基丁二酸和石油磺酸钡中的一种；抗氧剂D选自噻二唑衍生物和苯三唑衍生物之一；粘度指数改进剂选自聚异丁烯、聚甲基丙烯酸酯、乙烯-丙烯共聚物之一或其混合物；基础油选自精制矿物油，合成油或只加有少量抗氧剂的低凝点成品油及其组合物。
2.根据权利要求1所说的谐波传动润滑油，其特征在于(1)中具有极压性能的油性剂A为2.0～7.0m％，苯三唑脂肪胺盐为0.05～0.5m％。
3.根据权利要求1所说的谐波传动润滑油，其特征在于(2)中极压抗磨剂B为0.2～3.0m％。
4.根据权利要求1所说的谐波传动润滑油，其特征在于(3)中防锈剂C为0.02～3.0m％。
5.根据权利要求1所说的谐波传动润滑油，其特征在于(4)中抗氧剂2，6-二叔丁基对甲酚为0.1～1.0m％。
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