新型涂層鋼蝸輪副傳動機理研究與傳動性能評價.pdf

1、在重載蝸桿傳動中，蝸輪材料采用鑄錫青銅，而蝸桿采用鋼材料，組成具有良好減磨特性的嚙合副。但青銅蝸輪存在以下幾方面的缺點：耗費貴重的有色金屬且工藝較復(fù)雜，成本高；鋼－銅接觸副耐磨性差，重載工況下磨損嚴(yán)重，縮短了產(chǎn)品使用壽命；青銅合金的接觸、彎曲疲勞強度較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合金鋼，從而增大了蝸輪傳動的模數(shù)。針對以上問題,本文在對蝸桿傳動全工況嚙合分析的基礎(chǔ)上，采用表面工程強化技術(shù)和齒面改質(zhì)理論，在鋼蝸輪副齒面上生成功能性涂層,并進(jìn)行了深入系統(tǒng)的理

2、論和試驗研究，實現(xiàn)了以鋼蝸輪替代青銅蝸輪的目標(biāo)。論文具體的研究工作如下：
　?、俳Y(jié)合蝸桿副嚙合原理和3D實體建模方法，建立了阿基米德蝸桿傳動副的三維實體模型；采用彈性接觸理論，分別對鋼－鋼蝸輪副和鋼－銅蝸輪副進(jìn)行接觸有限元分析。結(jié)果表明嚙合副材料的機械特性和力學(xué)性能直接影響蝸輪副的傳動性能，鋼蝸輪副齒面生成的涂層應(yīng)具備加載可跑合性。
　?、谶\用摩擦磨損理論，建立了蝸輪輪齒接觸磨損模型，獲得了輪齒齒面的磨損深度分布特征；基于建

3、立的蝸輪輪齒接觸磨損模型，分析材料的力學(xué)機械性能對蝸輪磨損的影響。研究表明磨損率與配對材料副的磨損系數(shù)、較軟材料的硬度、等效彈性模量等因素有關(guān)。
　?、劢⑽佪嗇嘄X本體溫度的數(shù)學(xué)模型，運用有限元方法對蝸輪穩(wěn)態(tài)溫度場進(jìn)行分析，獲得了輪齒的溫度分布規(guī)律。構(gòu)建了接觸副的摩擦系數(shù)、熱分配系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、熔合性與本體溫度的關(guān)系模型。從理論上論證了鋼蝸輪表面減摩涂層的抗膠合能力。
　?、茉跇?biāo)準(zhǔn)試件上制備超微細(xì)磷酸錳轉(zhuǎn)化涂層和硫化亞鐵固體

4、潤滑涂層；在摩擦磨損試驗機上對涂層標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行摩擦磨損試驗；分析涂層磨面形貌和微觀結(jié)構(gòu)，并結(jié)合能譜分析的結(jié)果研究了涂層的減摩耐磨機理和跑合性能。結(jié)果表明兩種涂層均具有優(yōu)良的減摩耐磨性能，且具有加載可跑合性能。
　?、菰谠O(shè)計加工的鋼蝸輪副齒面上制備兩種不同的涂層：超微細(xì)磷酸錳轉(zhuǎn)化涂層及硫化亞鐵固體潤滑涂層。在蝸桿傳動試驗臺上對涂層鋼蝸輪副進(jìn)行綜合性能測試，對比研究其傳動性能。試驗結(jié)果表明：涂層鋼蝸輪副較之未涂層鋼蝸輪副縮短了跑合時間