Page 50 - 《摩擦学学报》2021年第5期

第 5 期 李纪强, 等: 齿轮传动微点蚀与热胶合竞争性失效机制研究 639

(a) Initiation (b) Rapid development (c) Covering the whole tooth-face

Fig. 4 Formation and development of thermal-scuffing
图 4 热胶合的形成与发展过程

Processing marks

In Out
Sliding direction

Scuffing

1 mm
(a) Micromorphology (b) Location

Fig. 5 Thermal scuffing in the engaging-in and -out posistion of a cylindrical helical gear
图 5 圆柱斜齿轮啮入啮出位置热胶合现象

微点蚀与热胶合损伤机理，根据分布位置相似性规律 流体润滑问题. 最小油膜厚度的建立可有效避免微点
可明确得出：两种损伤的产生均与润滑油膜有关，在 蚀与热胶合失效的发生. 在齿轮传动中，受接触载荷、
油膜破裂存在混合润滑或干摩擦的情况下，如果不足 轮齿形线、啮合运动以及润滑油运动黏度、黏压特性、
以引起接触齿面间金属的焊合，则引起微点蚀，在较 黏温特性和添加剂特性多种因素的影响，润滑油膜形
高的接触应力和温度下两啮合齿面会快速形成热胶 成机理复杂，油膜厚度、油膜压力、油膜温升均存在着
一定的关联变化. 目前，针对其相关研究得到了广泛
合失效.

展开，分析了多因素影响的耦合作用. 在ISO/TR15144
2 微点蚀与热胶合竞争性失效机制 “直齿和斜齿圆柱齿轮微点蚀承载能力计算”标准中，
也已形成了润滑油膜厚度计算的半理论半经验Dowson/
经以上分析发现，微点蚀和热胶合失效存在着一
Higginson拟合公式 [20-21] . 油膜厚度的精确计算，是实
定程度上的竞争关系. 本文的目的即是在现有研究的
现微点蚀和热胶合承载能力准确评定的必要条件.
基础之上，通过齿面最小油膜厚度的计算、轮齿瞬时
渐开线圆柱齿轮传动任意啮合位置处的润滑油
啮合温度的分析、材料微观力学特性的表征和金属焊
膜厚度：
合条件的研究，揭示两种损伤形式随机产生的竞争性
0.6
h Y = 1600·R Y ·ρ n,y ·G ·U 0.7 ·W −0.13 (1)
呈现机制，并尝试建立两者的综合评价方法，通过试 M Y Y
式中： R Y 为基于温变测试的润滑油特性修正系数；
验验证，确定评价方法的可行性与准确性.
本文中所采用的试验齿轮参数列于表1中，并选 ρ n,y 为啮合点Y处的法向相对曲率半径；G 为材料参
M
[22]
数； U Y 为局部速度参数； W Y 为局部载荷参数 .
用了高性能合金钢齿轮材料18CrNiMo7-6，热处理工
其中， ρ n,y 主要考虑啮合点几何形状的影响：
艺为正火+调质+渗碳淬火，采用成形磨削精加工方式.

√ ( ) ( )
2.1 润滑油膜厚度 d −d 2 · d −d 2
2
2
Y1 b1 Y2 b2
对于渐开线齿轮传动，润滑油膜可简化为在滚滑 ρ n,Y = √ ( ) ( ) (2)
2
2
2·cosβ b · d −d 2 + d −d 2
运动-Newton流体-赫兹应力综合作用下的线接触弹性 Y1 b1 Y2 b2