Page 54 - 《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 643

表 2 试验方案
Table 2 Test details

Batchnumber Part number Oil Torque/(N·m) Speed/(r/min) Hertzian stress/MPa
1-A Plain mineral oil 2 000 2 500 1 565
1 1-B Plain mineral oil 2 250 2 500 1 660
1-C Plain mineral oil 2 500 2 500 1 745
2-A Plain mineral oil 2 000 3 000 1 575
2 2-B Plain mineral oil 2 000 3 500 1 590
2-C Plain mineral oil 2 000 4 000 1 606
3 3-A Plain mineral oil 1 000 2 000 1 110

1
2
4 6
Pins need to be oiled on assembly

7
5
3
(a) Structural diagram (b) Three-dimensional model

Fig. 9 Gear test bedstand
图 9 齿轮试验台

大接触温度，见图7~8，结合试验损伤形式，以确定不 行后观察，齿面以微点蚀为主；对于2组试验齿轮，在
发生微点蚀所需的润滑油膜最小安全系数和不发生 扭矩固定、转速递变的过程中，随着旋转速度的增大，
热胶合所需的接触温度最小安全系数，验证上述微点 齿面最大接触温度逐步升高，与1组不同的是最小油
蚀与热胶合竞争性失效分析方法的正确性，并用于指 膜厚度变化较小，在扭矩2 000 N·m和转速4 000 r/min
导类似制造工艺与润滑油型号齿轮的设计. 具体试验 的试验条件下，2组试验齿轮啮合齿面出现热胶合损
方案列于表2中. 伤，而在3 000 r/min和3 500 r/min的试验转速下，经过

3.3 试验结果 长时间运行后观察，齿面也仍以微点蚀为主.
试验结果列于表3中，对于1组试验齿轮，在转速 通过油膜厚度和接触温度的计算，在1组和2组试
固定、扭矩递增的过程中，随着齿面啮合赫兹应力的 验条件下，最小油膜厚度均远小于两齿面粗糙度的平
逐步增大，最小油膜厚度逐渐减小，而最大接触温度 均值，按统一评判准则(9)要求，均存在微点蚀和热胶
逐步升高，在扭矩2 500 N·m和转速2 500 r/min的试验 合风险，两组试验结果也表现出了对应的损伤形式：
条件下，啮合齿面快速出现大面积热胶合损伤，而在 1-A、1-B和2-A、2-B出现微点蚀损伤，在齿面最大接触
2 000 N·m和2 250 N·m的试验载荷下，经过长时间运 温度达到大约220 ℃的情况下，1-C和2-C出现热胶合

表 3 试验结果与计算
Table 3 Test results and calculations

Batch Minimum film Average Safety factor of Scuffing Maximum contact Safety factor of contact
Part number Experimental results
number thickness/μm roughness/μm oil film temperature/℃ temperature/℃ temperature
1-A Micro-pitting 0.312 0.635 0.491 220 188 1.170
1 1-B Micro-pitting 0.263 0.635 0.414 220 203 1.084
1-C Thermal-scuffing 0.231 0.635 0.364 220 220 1.000
2-A Micro-pitting 0.321 0.635 0.506 217 197 1.102
2 2-B Micro-pitting 0.324 0.635 0.510 217 206 1.053
2-C Thermal-scuffing 0.329 0.635 0.518 217 217 1.000
3 3-A Local micro-pitting 1.063 0.635 1.674 217 115 1.887