新型涂层钢蜗轮副传动机理研究与传动性能评价

发布时间：2020-05-31 13:04

【摘要】： 在重载蜗杆传动中,蜗轮材料采用铸锡青铜,而蜗杆采用钢材料,组成具有良好减磨特性的啮合副。但青铜蜗轮存在以下几方面的缺点:耗费贵重的有色金属且工艺较复杂,成本高;钢-铜接触副耐磨性差,重载工况下磨损严重,缩短了产品使用寿命;青铜合金的接触、弯曲疲劳强度较低,远远低于合金钢,从而增大了蜗轮传动的模数。针对以上问题,本文在对蜗杆传动全工况啮合分析的基础上,采用表面工程强化技术和齿面改质理论,在钢蜗轮副齿面上生成功能性涂层,并进行了深入系统的理论和试验研究,实现了以钢蜗轮替代青铜蜗轮的目标。论文具体的研究工作如下: ①结合蜗杆副啮合原理和3D实体建模方法,建立了阿基米德蜗杆传动副的三维实体模型;采用弹性接触理论,分别对钢-钢蜗轮副和钢-铜蜗轮副进行接触有限元分析。结果表明啮合副材料的机械特性和力学性能直接影响蜗轮副的传动性能,钢蜗轮副齿面生成的涂层应具备加载可跑合性。 ②运用摩擦磨损理论,建立了蜗轮轮齿接触磨损模型,获得了轮齿齿面的磨损深度分布特征;基于建立的蜗轮轮齿接触磨损模型,分析材料的力学机械性能对蜗轮磨损的影响。研究表明磨损率与配对材料副的磨损系数、较软材料的硬度、等效弹性模量等因素有关。 ③建立蜗轮轮齿本体温度的数学模型,运用有限元方法对蜗轮稳态温度场进行分析,获得了轮齿的温度分布规律。构建了接触副的摩擦系数、热分配系数、导热系数、熔合性与本体温度的关系模型。从理论上论证了钢蜗轮表面减摩涂层的抗胶合能力。 ④在标准试件上制备超微细磷酸锰转化涂层和硫化亚铁固体润滑涂层;在摩擦磨损试验机上对涂层标准试件进行摩擦磨损试验;分析涂层磨面形貌和微观结构,并结合能谱分析的结果研究了涂层的减摩耐磨机理和跑合性能。结果表明两种涂层均具有优良的减摩耐磨性能,且具有加载可跑合性能。 ⑤在设计加工的钢蜗轮副齿面上制备两种不同的涂层:超微细磷酸锰转化涂层及硫化亚铁固体润滑涂层。在蜗杆传动试验台上对涂层钢蜗轮副进行综合性能测试,对比研究其传动性能。试验结果表明:涂层钢蜗轮副较之未涂层钢蜗轮副缩短了跑合时间,具有更高的传动效率和更优良的抗胶合能力。同时,与硫化处理的钢蜗轮副相比,磷酸锰涂层钢蜗轮副的运转更为平稳。
【图文】：

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的抗胶合能力又低于钢－铜接触副。因此，需要在蜗轮蜗杆接触副齿面能性涂层，以便利用钢材料成本低、耐磨性好和强度高的特点。表面减摩耐磨涂层1 发展概述表面涂层是在固体表面形成一层或多层不同材料的薄膜来达到强化表面具有特殊功能的目的。因各种涂层的制备技术不同而性能各异，各种涂定的范围内使用才能取得良好的效果，因此了解表面涂层的类型、性能则才能有效地发挥各种涂层优势达到工程应用的目的。近年来，以改善被处理件的减摩、耐磨、表面状态等性能为目的的表面涂层技术研究得到迅猛发展，已成为表面工程领域的关键技术之一，为系统摩擦学性能、解决材料磨损问题提供了一条有效的途径。目前，减层的研究热点是根据摩擦学应用的要求并吸收高科技最新成果去改进技统表面技术推陈出新。年代

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智能涂层是智能材料的涂层化。涂层材料具有自适应功能，如自我修复、、变色等特性，纳米技术是其实现的关键。.3 减摩耐磨涂层的摩擦学机理Yang[20]关于离子束沉积法在轴承钢盘表面制备的金属银涂层的研究表明成分钢球干摩擦时，根据 PV 值的不同可将其磨损方式分为三个阶段,一是损，此时摩擦副之间的磨损系数小于 10-6，银涂层没有被破坏；PV 值超过后，进入正常磨损阶段，银涂层开始出现损坏，对磨副上形成转化膜，涂擦表面起持续保护作用，此时的磨损系数为 10-5～10-4。随着 PV 值的进一，材料的磨损进入严重磨损阶段，，其磨损系数大于 10-3，此时观察不到转由此可见减摩耐磨涂层的摩擦学机理较为复杂。Holmberg[21]从宏观力学、微观力学、摩擦化学、表面摩擦膜形成、材料转米尺度对摩擦学机理进行了详细分析。总结了影响表面涂层摩擦行为的四因素，即涂层和基体的硬度、涂层厚度、表面粗糙度、磨屑大小和硬度。响因素对摩擦机理的影响如图 1.2 和图 1.3 所示。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH132.44

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