风电锁紧盘复合润滑：D-321 R 与 G-Rapid Plus 的工程应用与可靠性分析

行业

电力

应用

风机主传动链锁紧盘装配

部件

锁紧盘（内锥环／外锥环）

温度

按机型工艺文件确定

速度

装配低速滑动；紧固后无持续相对运动

负荷

高面压（锥面径向夹紧）

材料

钢制内／外锥环；主轴—空心轴配合面

润滑点

内锥环锥面（D-321 R 干膜）、外锥环锥面（G-Rapid Plus 膏）

核心技术结论

01 这不是将两款润滑剂混在一起，而是让两种表面各司其职

内锥环的工作锥面采用 D-321 R 固体减摩涂层，外锥环的配合锥面采用 G-Rapid Plus 装配润滑膏。装配拧紧过程中，两种润滑材料在同一锥面摩擦副中配合，控制高面压下的低速滑动与咬合风险。

D-321 R

内锥环：固化附着的 MoS₂ 干膜

G-Rapid Plus

外锥环：含固体润滑剂的装配膏

μ ≈ 0.04

STÜWE 手册对锥面润滑提出的摩擦要求，并非已测得的组合实测值

两个工程案例：德国 STÜWE（斯图威）的 HSD 安装手册列出内锥环粘结型减摩涂层、外锥环装配膏的常用做法，并推荐 D-321 R 与 G-Rapid Plus。FLENDER / Winergy 的实际风电齿轮箱项目也采用这条复合润滑技术路线。两个案例的应用背景真实，但零件结构、装配公差和具体施工量仍应按对应机型工艺文件执行。

图1　风电主传动系统中的锁紧盘位置。概念示意图，由本文绘制，非具体机型零件图。

STÜWE HSD 型锁紧盘产品参考（概念插图） —— 来源 ↗

FLENDER 风电齿轮箱制造场景参考（结构概念插图） —— 来源 ↗

风电锁紧盘结构爆炸图（结构概念插图） —— 来源 ↗

图示为便于理解锁紧盘构造的原创概念插图，均可直接阅读；相关企业和产品的公开资料链接列于图注及文末。图示并非厂家零件图。

02 锁紧盘的结构关系：润滑涂在哪儿、绝不能涂在哪儿

风机齿轮箱空心输入轴套在风轮主轴外侧。锁紧盘位于空心轴外圈，螺栓产生轴向夹紧作用，使锥环发生轴向相对运动并建立径向压力。真正传递扭矩的是主轴外圆与空心轴内孔之间的高静摩擦接触。

图2　锁紧盘剖视与涂覆位置。蓝色仅代表 D-321 R 干膜，橙色代表 G-Rapid Plus 膏剂；形状与厚度均为原理示意，非制造尺寸。

图3　重要概念：锥面追求装配摩擦可控，轴—孔传扭面必须保留设计所需静摩擦。不要混淆两者。

03 机理解释：为什么“干膜＋润滑膏”适合高面压锥面

3.1 核心是边界润滑，而不是建立厚油膜

锁紧盘锥环装配通常是短距离、低速度、高接触压力的金属滑动。润滑剂很难依赖稳定流体动压油膜完全隔开金属表面，所以 MoS₂ 等固体润滑组分十分重要。MoS₂ 层状晶体容易沿层间剪切，有利于降低高载荷接触时的局部滑动阻力。

图4　局部接触界面放大：D-321 R 与 G-Rapid Plus 分别位于两个零件上；层厚仅为可视化，不按比例。

D-321 R：固定的固体润滑层

固体润滑剂、粘结剂和溶剂构成涂层体系，溶剂挥发固化后在钢表面形成薄膜。潜在价值在于金属表面保留固体润滑层，减少局部金属直接接触，并降低润滑膏挤出时完全丧失润滑介质的可能。

G-Rapid Plus：装配阶段的润滑介质

矿物油基膏体携带 MoS₂、石墨和其他固体润滑剂，适合压装与磨合。在实际锥面装配过程中帮助降低粘滑及咬合风险。它不应被理解为能够持续形成完整厚油膜。

3.2 润滑的目标是装配一致性，而非“摩擦越低越好”

图5　轴向预紧力经锥面转换为径向夹紧力。锥面摩擦对装配行程与压力传递有影响；具体关系依赖锥角与锁紧盘构造。

如果锥面摩擦偏高，拧紧时更多力消耗于摩擦，可能影响规定行程内形成的径向夹紧力；若摩擦偏离原设计值，也可能改变位移或预紧状态。优先目标是满足设计摩擦与指定装配工艺，而不是无限降低摩擦系数。

STÜWE 手册写的是锥面润滑应采用高 MoS₂ 含量、摩擦系数 μ=0.04 的材料。这是安装要求，不能直接解释为“D-321 R＋G-Rapid Plus 在任何条件下的实测 μ 都等于0.04”。G-Rapid Plus TDS 的压装 μ=0.05 属于另外一种试验方法，不能直接等同。

04 两个实际案例：STÜWE（斯图威）与 FLENDER / Winergy

这套方案不是把两种润滑剂预先混合，而是按照锥环表面的不同要求分别施涂。德国锁紧盘制造商与风电齿轮箱项目均有采用该复合技术路线的实例。

案例一 · 原厂安装规范

STÜWE（斯图威）HSD 系列锁紧盘

已应用的制造商方案

应用位置：机械锁紧盘及其在风机主传动链的轴毂连接，利用锥面相对运动建立径向夹紧力。

润滑方法：STÜWE《Shrink Disc Type HSD》手册在“Cleaning and Lubrication”一节明确描述：通常选择内环粘结型减摩涂层＋外环装配润滑膏；推荐表中分别列出 MOLYKOTE D-321 R 和 G Rapid +。

设计逻辑：手册规定使用高 MoS₂ 含量、摩擦系数约 μ=0.04 的材料，并对轴—孔无油脂界面及螺栓润滑另行规定。

STÜWE HSD 原厂安装手册（英文第28—29页） ↗

案例二 · 风电齿轮箱实际应用

FLENDER / Winergy 风电齿轮箱

已确认的风电应用案例

应用位置：FLENDER / Winergy 风电齿轮箱主轴连接部位的锁紧盘。

润滑方法：在已确认的实际应用中，锥面同样采用固体减摩涂层与含 MoS₂ 装配润滑膏配合的技术路线，使用 D-321 R 与 G-Rapid 系列材料，具体施工安排与 STÜWE 方案相对应。

技术意义：该案例说明复合润滑不仅见于锁紧盘厂商的产品说明，也进入了风电齿轮箱的实际装配应用。

FLENDER 官方网站 ↗ （应用方式依据实际项目资料；具体型号参数不在本文展开）

两种资料来源：STÜWE 案例可对照公开原厂说明书；FLENDER / Winergy 案例来自已确认的实际应用信息。它们都属于真实工程应用，但不意味着两家公司采用相同的锁紧盘型号、油膏用量、涂层厚度或螺栓紧固程序。

从单一润滑膏到复合润滑，改变了什么？

05 两款材料：技术参数只取与本工况真正相关的部分

数据来自杜邦原始 TDS；不同测试方法下的摩擦数据不能直接相互排名。 D-321 R TDS ↗　G-Rapid Plus TDS ↗

温度数据不应被误用：二者 TDS 标称高温范围不意味着风电锁紧盘在该最高温度下可持续满足夹紧设计，也不意味着矿物基础油在450℃能够保持液体润滑性能。系统工作温度、摩擦稳定性和装配设计才是本场景优先因素。

06 推荐将施工流程拆成六个控制环节

图6　复合润滑方案的工艺路径。此图为施工步骤示意，不代替原厂标准作业指导书。

01 清洁与隔离识别内、外锥环及轴—孔传扭界面。涂层基体先除油并保持清洁；防止溶剂、膏剂迁移到轴—孔配合面。

02 内锥环施涂 D-321 R按核准的工艺喷/刷，检查覆盖范围、厚度及表面状态。TDS 典型推荐干膜5—20µm，但实际目标厚度由项目工艺确定。

03 固化并检验以23℃约2小时为 TDS 参考。低温、环境、批量施工时需核定固化条件；不能把“表干5分钟”当作“已完全固化”。

04 外锥环施涂 G-Rapid Plus在配合锥面形成均匀装配润滑层；不要为了降低摩擦随意加厚，不应形成可迁移的明显堆积。

05 依 OEM 装配规程锁紧按指定顺序、力矩和终止位置装配。STÜWE HSD 手册另有端面齐平、分轮拧紧等程序，不应直接套用到未确认的 FLENDER 型号。

06 复装时遵守原厂维修规则STÜWE 手册指出拆卸后不必一律拆散重新润滑，主要在脏污时清洁重润滑，并强调更换锁紧螺栓；遵守对应型号规定。

注意：杜邦 TDS 中关于磷化或喷砂改善附着力，是一般表面处理信息。对已加工精密锥面不得未经图纸或制造商批准擅自喷砂、改变粗糙度或尺寸。

07 复合润滑为什么可能提高可靠性？关键不只是“多了一层保护”

锁紧盘锥面的工作特点很特别：装配时发生短距离、高面压、低速滑动；紧固完成后，锥面原则上不再持续滑动。因此，这套复合润滑方案首先要保证装配阶段的摩擦可控，同时兼顾长期静置后的拆卸状态。

7.1 固定干膜与装配膏，承担不同的润滑任务

D-321 R 是固化在金属表面的固体润滑膜。其中的 MoS₂、石墨参与边界润滑，粘结体系将固体润滑材料留在预定表面。G-Rapid Plus 则是可铺展的装配膏。它能够随接触压力在局部粗糙峰与沟谷间重新分布，并在装配滑动期间提供基础油及固体润滑组分。

图7　复合界面的工作分工：涂层强调表面附着，膏体强调接触区的润滑材料分布。属于机理示意，不能据此直接推算实际摩擦系数或寿命。

在高面压作用下，膏体可能被压薄并局部挤出。此时，如果固体膜仍具有良好附着力，就有机会减少金属表面直接接触的风险。反过来，在涂层表面存在微观不平整时，适量膏体可能改善局部剪切状态。这是所谓“复合润滑”具有工程吸引力的主要原因。

这里的“双保险”不是两个彼此独立的安全系统。膏体被挤出、涂层磨损、表面污染或施工偏差仍可能同时发生。合理的理解是：两种材料提供了不同形式的边界润滑途径，在部分不利条件下可能起到互补作用。

7.2 可靠性要分三个阶段看

01

装配时

锥环相对滑动，要求摩擦稳定、尽量避免局部粘着和爬行。润滑膏与固体膜主要在这个阶段发挥减摩作用。

02

运行期间

正常紧固后，锥环通常不做持续相对运动。可靠性重点转为夹紧状态保持、界面保护及抑制可能出现的微动与腐蚀。

03

维护拆卸

经过较长服役时间后，关注是否出现锈蚀、咬合、异常拆卸阻力，以及涂层残留、界面划伤等现象。

油膏在装配时起作用，不等于它必须在10年或20年后仍保持最初的完整油膜。对长期静止的锁紧盘，关键是原厂规定的夹紧状态不因润滑、磨损或腐蚀而失控。干膜可提供附着型固体润滑界面，但并不意味着涂层不会老化、磨损或剥离。

7.3 有助于摩擦一致性，但不能把摩擦系数越低越好当作目标

锁紧盘拧紧螺栓的轴向作用力，要经过锥面的相对滑动才能转化为径向夹紧力。锥面摩擦波动会改变实际装配推进状态，因此摩擦稳定性、可重复装配以及与设计参数相匹配，比追求单个最低摩擦数值更重要。

STÜWE HSD 手册提出锥面润滑条件约 μ=0.04，这属于原厂的技术要求；G-Rapid Plus 技术资料中的 μ=0.05 则来自其指定压装试验。两者不是在相同试验条件下对整套复合界面的直接测量，不宜进行机械换算或排名。

7.4 对长期可靠性有利的机制，也存在各自的前提

还应注意，MoS₂ 涂层的耐久表现受湿度、基材、粘结剂及载荷影响。复合润滑能够改善某些摩擦工况，但不能据此承诺任何特定型号的锁紧盘必然具有更长的服役寿命。

08 工程经验与失效边界：为什么仍要关注装配工艺

8.1 摩擦学试验提供了支持，也提出了提醒

固体膜与润滑油、润滑脂共同工作，并不是一个没有实验依据的概念。中国科学院的相关研究给出了两个值得并列阅读的结果。

以上研究使用的是溅射型 MoS₂ 薄膜和其他油、脂，既不是粘结型 D-321 R，也不是 G-Rapid Plus，工况更不同于锁紧盘一次性装配。因此，研究只用于解释固液复合润滑的潜在机制和局限，不能当作本组合在风电锁紧盘上的产品性能证明。

8.2 最容易被忽略的几个失效入口

施工阶段：干膜未固化或覆盖不均

表干不等于最佳润滑状态已经形成。局部厚膜、薄膜或附着力不足，可能导致接触压力及摩擦状态不均。

装配阶段：润滑膏过量、越界

油膏被锥环挤出并不一定说明润滑失效，但过量迁移可能增加清理量；若污染主轴—空心轴传扭界面，则属于应重点避免的风险。

紧固阶段：把锥面与螺栓摩擦混为一谈

锥面所需摩擦条件和螺纹—头部支承面的摩擦要求不同。更换螺栓膏会改变扭矩—预紧力关系。

服役与拆卸阶段：腐蚀、微动、粘着

长期夹紧连接中的涂层完整性和腐蚀环境仍需关注。复合润滑不应被理解为可以取代结构防腐或正确装配。

8.3 怎样评价这套方案是否适合某一款锁紧盘？

与其直接拿不同产品 TDS 中的摩擦系数相互比较，更有效的是在锁紧盘原厂认可的条件下关注以下结果：

1. 装配记录：按原厂扭矩、拧紧顺序和终止位置完成安装，记录锥环推进、端面状态与螺栓紧固情况。
2. 界面状态：检查干膜覆盖与固化、膏体涂布量、挤出位置，以及主轴—空心轴界面是否保持规定的清洁状态。
3. 拆卸与复装：在批准的试验或维护窗口检查锥面的擦伤、粘着、锈蚀和涂层残留，按原厂要求更换紧固件。
4. 替代验证：如需将现有单一润滑膏更换成复合方案，应使用相同材料、粗糙度、锥角和装配过程作配对比较，再由设计责任方确认。

归根结底，复合润滑的工程价值不是“润滑材料越多越安全”，而是把一种附着在锥面上的固体润滑层，与能够在装配时流动和分布的装配膏组合使用，让这两个环节各自有明确任务。 STÜWE 与 FLENDER / Winergy 的实际应用为这条技术路线提供了工程案例；其是否适合其他锁紧盘，则仍由具体结构与装配要求决定。

参考资料

1. STÜWE：Shrink Disc Type HSD User Manual（第28—29页：清洁、润滑、推荐产品）。
2. STÜWE：Wind Turbines（风电应用及锁紧盘连接位置）。
3. FLENDER 官方网站（Winergy 风电传动业务；本案例具体工艺来自实际应用记录）。
4. DuPont：MOLYKOTE D-321 R TDS（成分、厚度、固化与摩擦试验）。
5. DuPont：MOLYKOTE G-Rapid Plus Paste TDS（产品性质、摩擦与承载数据）。
6. 郝俊英等：《固体-油脂复合润滑 I》，《摩擦学学报》，2010。
7. 黄敦新等：《溅射二硫化钼膜在不同润滑条件下的摩擦学性能分析》，《摩擦学学报》，2010。

本文为风电锁紧盘润滑技术科普与工程案例分析。STÜWE 采用公开原厂安装说明书作为资料依据，FLENDER / Winergy 的应用方式来自已确认的实际工程信息。结构图、局部放大图及图层均为原理示意，非厂家正式装配图；具体产品型号和施工条件应以对应锁紧盘制造商的批准文件为准。

案例中的方案必须结合真实设备参数、材料牌号和验证条件复核，不应直接替代现场测试。