Page 51 - 摩擦学学报2025年第10期

1448 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

Constraint 于FP1和FP2，FP3在不同转速下摩擦系数均值及其波
动范围更小，摩擦系数很快达到了稳定状态. 产生这
个现象的原因是高浓度碳氮共渗工艺在材料的表层
注入的大量氮原子，有助于细化表层的碳氮化合物，
并减小表面的摩擦系数 [30-31] .
采用白光干涉仪和VHX-6000光学显微镜观测到

的GCr15球表面磨斑形貌照片如图8和图9所示. 从图8
的结果来看，GCr15球的磨损区域接近半球形，在最
Torque 低转速和额定转速下，FP1、FP2和FP3中GCr15球的磨

Fig. 6 Finite element model of the precision reducer 痕深度最大值均在3~5 μm区间，磨损区域形貌相差不
图 6 精密减速机的有限元模型 大. 在高转速的工况下，FP1和FP2的GCr15球的磨损

区域体积大幅增加，磨痕深度最大值分别超过20 μm
在最低转速和额定转速下10 min后摩擦系数趋于稳 和16 μm，而FP3的GCr15球磨痕深度最大值仅增长到
定，而高转速下35 min后趋于稳定，如图7(b)所示. 需 5.3 μm. 图8(e)和(f)中的磨损区域接近中心的位置出现
要注意的是，摩擦系数在额定转速工况下的20~40 min 了明显的犁沟，表明摩擦副运转过程中产生了磨粒，
区间出现明显上升，随后又下降至稳定值. 产生该现 出现了图7中摩擦系数先升高后恢复至稳定值的现象.
象的原因是摩擦副运转过程中产生了磨粒，增加了摩 图9中的磨斑形貌结果表明，在最低转速和额定
擦系数，随后磨粒被排出接触区域，摩擦系数又恢复 转速下，3组摩擦副中GCr15球的磨斑直径均在300~
[29]
至稳定值 . 图7(c)所示为FP3的摩擦系数随时间变化 340 μm之间；速度达到高转速时，FP1和FP2的GCr15
的规律，结合图7(d)中的平均摩擦系数，可以看出相较 球磨斑直径达到了579 μm和516 μm，FP3的GCr15球

0.20 0.20

(a) (b)
Low speed Low speed
High speed 0.15 High speed
0.15
Nominal speed
Nominal speed
Friction coefficient 0.10 Friction coefficient 0.10

0.05
0.05
0.00 0.00
0 10 20 30 40 50 60 0 10 20 30 40 50 60
Time/min Time/min

0.20 0.08
(c) Low speed (d)
High speed 0.06
0.15
Nominal speed
Friction coefficient 0.10 Friction coefficient 0.02
0.04

0.00
FP2+low speed
FP1+nominal speed
FP3+low speed
FP3+nominal speed
FP2+nominal speed
0.05
0.00 FP1+low speed FP1+high speed FP2+high speed FP3+high speed
0 10 20 30 40 50 60
Time/min
Fig. 7 Friction coefficient of three friction pairs under 100 ℃: (a) friction coefficient variation of FP1 under various speed;
(b) friction coefficient variation of FP2 under various speed; (c) friction coefficient variation of FP3 under various speed;
(d) mean friction coefficient of the three friction pairs
图 7 100 ℃下3种摩擦副摩擦系数：(a) 不同转速下FP1的摩擦系数随时间变化图；(b) 不同转速下FP2的摩擦系数随
时间变化图；(c) 不同转速下FP3的摩擦系数随时间变化图；(d) 3组摩擦副平均摩擦系数