Page 52 - 《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 641

1.0 2 000 N·m-2 500 r/min 0.8 2 000 N·m-3 000 r/min
0.9 2 250 N·m-2 500 r/min 0.7 2 000 N·m-3 500 r/min
Film thickness/μm 0.8 Film thickness/μm 0.5
2 000 N·m-4 000 r/min
2 500 N·m-2 500 r/min
0.6
0.7
0.6
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
0.2 0.2
0.1 0.1
0 0
−18 −12 −6 0 6 −18 −12 −6 0 6
Angle of rotation/(°) Angle of rotation/(°)
(a) Torque effect (b) Speed effect
0.8
0.7
Film thickness/μm 0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 10 20
−15 −10 −5 0 5 10 Contact width/mm
0
Angle of rotation/(°)
(c) Three-dimensional distribution of the film thickness (torque: 2 000 N·m; speed: 2 500 r/min)

Fig. 7 Distribution of film thickness along the meshing line
图 7 油膜厚度沿啮合线的分布

滑雷诺方程推导得出 [20,22-24] . 两种方法均能较为准确 大轮的热接触系数.
地计算瞬时啮合温度. 图8为试验齿轮在不同扭矩-转速组合工况下齿面
渐开线圆柱齿轮传动的瞬时啮合温度： 接触温度沿啮合线位置的分布，横坐标为旋转角度，
(6) 单位：º，纵坐标为啮合温度，单位：℃. 与图7对比可以
θ B,Y = θ oil +θ M ′ +θ fl,Y
式中： θ oil 为进油口或油池的温度； θ M ′为齿面啮合残留 看到，受单双齿啮合和滑动摩擦的影响，在啮合线上
温升； θ fl,Y 为齿轮副啮合闪温. 接触温度与油膜厚度分布趋势正好相反，均在啮入啮
θ M ′主要考虑闪温残留对循环啮合齿面本体温度 出的齿根齿顶处出现接触温度高点，与油膜厚度不同
的影响，受载荷、滑差、齿面粗糙度、油液黏度等多种 的是接触温度不但受扭矩影响较大，受旋转速度变化
因素的影响，结合理论分析，由试验测定的拟合计算公式： 的影响也较大.

( )0.72 2.3 统一评判准则
8.40× X S T 1 ·n 1 ·µ m · H V
θ M ′ = · (7)
X Ca a·b 综上分析，微点蚀和热胶合损伤均受齿轮润滑影
式中：T 、n 为小轮的扭矩和转速； µ m为平均摩擦系数； 响较大，两啮合齿面处于混合润滑时会形成逐渐发展
1
1
H V 为载荷损耗系数； X S 为润滑系数； X Ca为齿顶修缘系
的微点蚀损伤，随着齿面精度和光洁度的丧失，啮合
数；a为齿轮副中心距；b为接触齿宽.
齿轮副的振动噪声与功率损失也会逐步增加，在达到
θ fl,Y 为齿面啮合闪温，主要考虑高压摩擦条件下
一定损伤程度后，甚至发展成宏观点蚀；而当两啮合
啮合齿面的瞬时温升：
齿面处于混合润滑或干摩擦状态时，如啮合齿面的瞬
√
ρ n,Y · E 1 · E 2 · p 3 时温度过高，则两接触齿面的金属产生直接的焊合，
4 dyn,Y
θ fl,Y = 7.9×10 ·µ m · ( ) ( )
E 2 1−ν + E 1 1−ν 2 在运转撕裂的作用下，即会瞬间发生胶合失效. 这一
2
1 2

ν r1,Y −ν r2,Y 现象在工程应用和试验测试中是可以观察到的. 因
· √ √ (8)
B M1 · ν r1,Y + B M2 · ν r2,Y 此，综合以上对微点蚀和热胶合损伤机理的分析，基
式中： p dyn,Y 为局部赫兹接触应力； B M1 和 B M2 为小轮与 于前述油膜厚度与瞬时啮合温度计算方法的推导，通