摩擦化學(xué)在線(xiàn)表面強(qiáng)化對(duì)齒輪表面強(qiáng)度影響的基礎(chǔ)研究.pdf

1、提高齒輪齒面的承載能力一直是人們研究的重點(diǎn)，本文根據(jù)國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目課題(No：59235082)及國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(No：59905024)，圍繞依托嚙合理論和原位摩擦化學(xué)處理耦合研究產(chǎn)生的新構(gòu)想——在線(xiàn)強(qiáng)化零件表面的技術(shù)，這一學(xué)科前沿進(jìn)行了下列研究工作： 為了使工作簡(jiǎn)潔，選用了一對(duì)直齒圓柱齒輪(spurgearpair)，運(yùn)用嚙合理論對(duì)其齒面的共軛嚙合進(jìn)行仔細(xì)分析，建立了等效運(yùn)動(dòng)模型；運(yùn)用彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論

2、(Elasto-HydrodynamicLubrication，EHL)對(duì)齒面間的潤(rùn)滑油膜厚度進(jìn)行了計(jì)算，并通過(guò)油膜參數(shù)對(duì)齒面間的潤(rùn)滑狀態(tài)進(jìn)行了評(píng)估。按《GB3480-83漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法》對(duì)齒輪的承載能力進(jìn)行了計(jì)算。 以無(wú)機(jī)硼酸鹽為抗磨添加劑，按《GB11144-89潤(rùn)滑油極壓性能測(cè)定法(梯姆肯試驗(yàn)機(jī)法)》對(duì)制備的三組潤(rùn)滑油測(cè)定了OK值，其中3＃油，即：ISOVG68機(jī)械油+5％Na2B4O7+2％RE納米粉+1

3、％BOA+1％T154為最高，達(dá)222.4N。 自己設(shè)計(jì)、搭建了功率流開(kāi)放式齒輪運(yùn)行實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并選用3＃油為實(shí)驗(yàn)用潤(rùn)滑油，與ISOVG68機(jī)械油作潤(rùn)滑油進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果為：ISOVG68機(jī)械油作潤(rùn)滑油時(shí)，在輸入3000rpm，5.96Nm時(shí)，齒面發(fā)現(xiàn)沿節(jié)線(xiàn)出現(xiàn)大面積的點(diǎn)蝕，且齒面有塑性變形；以3＃油為潤(rùn)滑油時(shí)，在輸入3000rpm，8.59Nm時(shí)，齒面發(fā)生了明顯的齒面塑性流動(dòng)(plasticflow)，主動(dòng)輪(小齒輪)在節(jié)

4、線(xiàn)處出現(xiàn)明顯的溝槽，從動(dòng)輪(大齒輪)在節(jié)線(xiàn)處出現(xiàn)明顯的棱脊，大小齒輪工作齒面均十分光潔，未發(fā)現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象發(fā)生。 通過(guò)齒輪的表面分析(僅對(duì)用3＃油的實(shí)驗(yàn)齒輪進(jìn)行)發(fā)現(xiàn)：硼元素在齒輪表面的共軛嚙合過(guò)程中，已滲進(jìn)了齒輪的表面，形成了與基體的結(jié)構(gòu)、性能完全不同的表面改性層；齒輪表面粗糙度下降了，這顯然是跑合使得齒面的微小凸峰被大為減低的結(jié)果；齒輪表面的顯微硬度提高了，這是由于硼元素滲進(jìn)齒輪表面形成改性層和塑性流動(dòng)造成加工硬化的協(xié)同作用的結(jié)

5、果；通過(guò)這些研究指出了傳統(tǒng)的齒輪潤(rùn)滑狀態(tài)與表面損傷評(píng)估體系存在的問(wèn)題：即按彈性流體動(dòng)壓潤(rùn)滑理論對(duì)齒輪傳動(dòng)副在給定的工況下進(jìn)行計(jì)算，得出齒面間的潤(rùn)滑油膜厚度，再計(jì)算油膜參數(shù)，然后對(duì)油膜參數(shù)的評(píng)價(jià)而達(dá)到對(duì)齒輪表面損傷進(jìn)行評(píng)估，未考慮到在邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下，添加劑分解出的活性原子向齒輪表面滲透，形成與齒輪基體的結(jié)構(gòu)、成分、性能完全不同的表面改性層，極大的提高了其抗疲勞強(qiáng)度。也指出了等效于ISO/DP6336/Ⅰ∽Ⅲ-1980的《GB3480-83

6、漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法》的缺陷：在考慮齒面間潤(rùn)滑狀態(tài)對(duì)齒面接觸強(qiáng)度承載能力影響時(shí)，是以彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論為討論問(wèn)題的基礎(chǔ)，未考慮邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下，非活性潤(rùn)滑油抗磨添加劑在嚙合過(guò)程中，由于各種有利因素會(huì)分解出活性原子，滲進(jìn)齒輪表面，形成表面改性層，極大的提高了其承載能力。 提出了對(duì)潤(rùn)滑劑系數(shù)ZL進(jìn)行修正的添加劑修正系數(shù)ZA的設(shè)想和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，即添加劑修正系數(shù)ZA的主要考慮因素為齒輪副傳遞的載荷、轉(zhuǎn)速、中心距、齒輪副的材料。同