Page 45 - 摩擦学学报2025年第10期

第 45 卷 第 10 期 摩擦学学报（中英文） Vol 45 No 10
2025 年 10 月 Tribology Oct, 2025

DOI: 10.16078/j.tribology.2024164 CSTR: 32261.14.j.tribology.2024164
关健, 吴达祺, 章浏明, 王刚, 陈文杰, 林文捷, 赵辉, 田煜. 不同表面处理20CrMo与GCr15配对摩擦副的极端工况摩擦学行为研
究[J]. 摩擦学学报（中英文）, 2025, 45(10): 1442−1458. GUAN Jian, WU Daqi, ZHANG Liuming, WANG Gang, CHEN Wenjie,
LIN Wenjie, ZHAO Hui, TIAN Yu. Tribological Behavior of Friction Pairs of 20CrMo with Different Surface Treatment and GCr15
under Extreme Conditions[J]. Tribology, 2025, 45(10): 1442−1458.

不同表面处理20CrMo与GCr15配对摩擦副的

极端工况摩擦学行为研究

关 健 , 吴达祺 , 章浏明 , 王 刚 , 陈文杰 , 林文捷 , 赵 辉 , 田 煜 4*
1,2
1,2
4
1,2*
3
1,2
1,2
(1. 美的集团 高端重载机器人全国重点实验室，广东 佛山 528311；
2. 美的集团 中央研究院，广东 佛山 528311；
3. 广东极亚精机科技有限公司，广东 佛山 528311；
4. 清华大学 高端装备界面科学与技术全国重点实验室，北京 100084)
摘 要: 传统的渗碳工艺难以保证精密减速机的齿轮摩擦副在极端工况下的寿命，需要新的表面热处理技术来提升
齿轮摩擦副耐磨性. 本文中针对精密减速机的齿轮摩擦副(GCr15/3种不同表面处理的20CrMo)，开展了高载荷
(4 GPa)下的变速试验和高转速(562 mm/s)下的变载试验. 高载荷的变速试验结果表明：渗碳+2次淬火处理的
20CrMo在低转速(50 mm/s)和额定转速(300 mm/s)下展现出最佳的耐磨性能. 高浓度碳氮共渗处理的20CrMo在高转
速下的耐磨性更出色. 此外，耐磨性与摩擦反应膜中磷(P)的含量呈现正相关性. 高转速的变载试验结果表明：在额
定载荷(2 GPa)下，渗碳+2次淬火的20CrMo耐磨性最好. 综合分析，在高载和高速工况下，高浓度碳氮共渗工艺能够
细化表层碳氮化合物，伴随着表面高P含量的摩擦反应膜，有益于降低摩擦副表面摩擦系数并提高其耐磨性. 在其
他工况下，渗碳+2次淬火工艺对20CrMo耐磨性的提升效果最佳. 本研究中为提高机器人用精密减速机的齿轮的耐
磨性和使用寿命提供了重要参考.
关键词: 精密减速机; 极端工况; GCr15-20CrMo摩擦副; 渗碳; 碳氮共渗; 摩擦磨损; 摩擦反应膜
中图分类号: TH117.1 文献标志码: A 文章编号: 1004-0595(2025)10–1442–17

Tribological Behavior of Friction Pairs of 20CrMo with Different

Surface Treatment and GCr15 under Extreme Conditions

1,2 1,2 1,2 1,2 1,2*
GUAN Jian , WU Daqi , ZHANG Liuming , WANG Gang , CHEN Wenjie ,
3
4
LIN Wenjie , ZHAO Hui , TIAN Yu 4*
(1. State Key Laboratory of High-end Heavy-load Robots, Midea Group, Guangdong Foshan 528311, China;
2. Corporate Research Center, Midea Group, Guangdong Foshan 528311, China;
3. Jiya Precision Machinery Technology, Guangdong Foshan 528311, China;
4. State Key Laboratory of Tribology in Advanced Equipment, Tsinghua University, Beijing 100084, China)
Abstract: Precision reducers are widely applied in industrial robots nowadays to meet the requirements of high
accuracy, heavy load and high reliability. Severe wear damage is prone to occur in gear friction pairs of precision

Received 30 July 2024, revised 7 November 2024, accepted 11 November 2024, available online 25 February 2025.
*Corresponding author. E-mail: chenwj42@midea.com, Tel: +86-18901626069; E-mail: tianyu@tsinghua.edu.cn.
This project was supported by the National Key R&D Program of China (2023YFB4705100).
国家重点研发计划项目(2023YFB4705100)资助.