摩擦化學(xué)在線表面強化對齒輪表面強度影響的基礎(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，本文根據(jù)國家自然科學(xué)基金重點項目課題(No：59235082)及國家自然科學(xué)基金面上項目(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——在線強化零件表面的技術(shù)，這一學(xué)科前沿進行了下列研究工作： 為了使工作簡潔，選用了一對直齒圓柱齒輪(spurgearpair)，運用嚙合理論對其齒面的共軛嚙合進行仔細分析，建立了等效運動模型；運用彈性流體動力潤滑理論

2、(Elasto-HydrodynamicLubrication，EHL)對齒面間的潤滑油膜厚度進行了計算，并通過油膜參數(shù)對齒面間的潤滑狀態(tài)進行了評估。按《GB3480-83漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法》對齒輪的承載能力進行了計算。 以無機硼酸鹽為抗磨添加劑，按《GB11144-89潤滑油極壓性能測定法(梯姆肯試驗機法)》對制備的三組潤滑油測定了OK值，其中3＃油，即：ISOVG68機械油+5％Na2B4O7+2％RE納米粉+1

3、％BOA+1％T154為最高，達222.4N。 自己設(shè)計、搭建了功率流開放式齒輪運行實驗臺，并選用3＃油為實驗用潤滑油，與ISOVG68機械油作潤滑油進行對比實驗。實驗的結(jié)果為：ISOVG68機械油作潤滑油時，在輸入3000rpm，5.96Nm時，齒面發(fā)現(xiàn)沿節(jié)線出現(xiàn)大面積的點蝕，且齒面有塑性變形；以3＃油為潤滑油時，在輸入3000rpm，8.59Nm時，齒面發(fā)生了明顯的齒面塑性流動(plasticflow)，主動輪(小齒輪)在節(jié)

4、線處出現(xiàn)明顯的溝槽，從動輪(大齒輪)在節(jié)線處出現(xiàn)明顯的棱脊，大小齒輪工作齒面均十分光潔，未發(fā)現(xiàn)點蝕現(xiàn)象發(fā)生。 通過齒輪的表面分析(僅對用3＃油的實驗齒輪進行)發(fā)現(xiàn)：硼元素在齒輪表面的共軛嚙合過程中，已滲進了齒輪的表面，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齒輪表面形成改性層和塑性流動造成加工硬化的協(xié)同作用的結(jié)

5、果；通過這些研究指出了傳統(tǒng)的齒輪潤滑狀態(tài)與表面損傷評估體系存在的問題：即按彈性流體動壓潤滑理論對齒輪傳動副在給定的工況下進行計算，得出齒面間的潤滑油膜厚度，再計算油膜參數(shù)，然后對油膜參數(shù)的評價而達到對齒輪表面損傷進行評估，未考慮到在邊界潤滑狀態(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度。也指出了等效于ISO/DP6336/Ⅰ∽Ⅲ-1980的《GB3480-83

6、漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法》的缺陷：在考慮齒面間潤滑狀態(tài)對齒面接觸強度承載能力影響時，是以彈性流體動力潤滑理論為討論問題的基礎(chǔ)，未考慮邊界潤滑狀態(tài)下，非活性潤滑油抗磨添加劑在嚙合過程中，由于各種有利因素會分解出活性原子，滲進齒輪表面，形成表面改性層，極大的提高了其承載能力。 提出了對潤滑劑系數(shù)ZL進行修正的添加劑修正系數(shù)ZA的設(shè)想和設(shè)計準(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