齿轮齿面沉积膜摩擦磨损性能试验研究.pdf

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1、第３期（总第１９６期）机械工程与自动化Ｎｏ．３２０１６年６月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＪｕｎ．文章编号：１６７２-６４１３（２０１６）０３-０１０２-０２齿轮齿面沉积膜摩擦磨损性能试验研究瞿志俊，王荣林，孙松丽，陆广华（南京理工大学泰州科技学院机械工程学院，江苏泰州２２５３００）摘要：为了提高齿轮齿面干运转能力，采用离子束复合沉积设备，在两种不同制备工艺参数下沉积两种沉积膜，基材为齿轮钢。采用ＵＭＴ-Ⅱ多功能摩擦磨损试验机对两种试样进行摩擦磨损性能试验研究。结果表明：试样Ⅱ的摩擦磨损特性比试样Ⅰ的摩

2、擦磨损特性好。关键词：齿轮齿面；沉积膜；摩擦磨损性能中图分类号：ＴＨ１１７.１∶ＴＨ１３２.４１文献标识码：Ａ0引言上进行。该试验采用销盘运动模式，试验时上试样为齿轮作为传动部件在机械行业中得到广泛应用。４ｍｍ氮化硅（Ｓｉ３Ｎ４）小球Φ，下试样为沉积膜层试样，齿轮工作时的受力和运动情况十分复杂，由此产生多上试样固定不动，下试样旋转运动，如图２所示。种损伤形式，常见且较严重的是断齿、破坏性点蚀和破［１－２］坏性胶合，从而导致其使用寿命缩短。在齿轮传动过程中，齿面存在滚动摩擦和滑动摩擦，齿面摩擦会引起齿面温度升高，过高的齿面温度是齿轮胶合失

3、效［３］的主要原因，而且齿面摩擦在点蚀形成、齿根裂纹萌［４－５］生与扩展及轮齿断裂过程中起到加速作用。因此为实现齿轮长时间高效可靠的运行，齿轮不仅要具有心部高的强度和耐冲击韧性，而且齿面要有好的耐磨减摩特性。所以，人们将一些新的表面强化理论及技术应用于齿轮齿面研究领域，在齿轮齿面形成各种耐图１ＵＭＴ-Ⅱ多功能摩擦磨损试验机磨减摩的沉积膜，起到了固体润滑剂的作用。为了研究两种齿轮齿面膜层的摩擦磨损特性，本文在干摩擦状态下进行销盘模式摩擦磨损试验，获得两种试样在同载荷、不同线速度下的摩擦磨损特性。1试验部分１．１试样制备图２上、下试样之间的

4、销盘运动模式两种沉积膜层试样是在离子束复合沉积设备上制试验前用乙醇清洁试样摩擦表面，在室温条件和备的，沉积膜层分别沉积在尺寸为３０ｍｍ×１０ｍｍΦ干摩擦状态下进行摩擦磨损试验，试验时载荷为２２的４０Ｃｒ齿轮钢圆柱体端面上。试样Ⅰ的沉积膜层工Ｎ，分别在圆柱体端面的不同半径上进行，不同半径对艺参数为：偏压电压３９０Ｖ，偏压电流１Ａ，气压５×－２应不同的线速度（见表１）。每次（各线速度）摩擦磨损１０Ｐａ，ＷＳ２的Ｓ／Ｗ为１．８６，Ａｇ的质量分数为５．３％。试验时间由沉积膜层磨破情况确定。试样Ⅱ的沉积膜层工艺参数为：偏压电压３６０Ｖ，偏压－２2

5、结果及分析电流１Ａ，气压６×１０Ｐａ，ＷＳ２的Ｓ／Ｗ为１．８６，Ａｇ２．１试样Ⅰ、试样Ⅱ的摩擦因数和沉积膜磨破所需时间的质量分数为５．５％。两种沉积膜层制备完后，分别由试样Ⅰ的摩擦因素曲线图（见图３）和试样Ⅱ的用同种抛光膏对两种沉积膜层进行抛光。对磨试样采摩擦因素曲线图（见图４）可知：不同线速度时摩擦因用４ｍｍ氮化硅（Ｓｉ３Ｎ４）小球。Φ数曲线前部分值很小，且比较平稳，前部分是膜层的摩１．２试验方法擦因数；随着试验的进行，不久后摩擦因数突然变为原试验在ＵＭＴ-Ⅱ多功能摩擦磨损试验机（见图１）收稿日期：２０１５-０９-２４；修订日期：２０

6、１６-０３-３１作者简介：瞿志俊（１９８２-），男，江苏兴化人，讲师，硕士，主要从事数控技术、机械制造、力学及摩擦磨损方面的教学与科研工作。２０１６年第３期瞿志俊，等：齿轮齿面沉积膜摩擦磨损性能试验研究・１０３・来的几倍，原因是氮化硅小球磨破了沉积膜，从而造成２．２不同线速度对试样Ⅰ、试样Ⅱ摩擦因数及沉积膜摩擦因数突变，突变后的摩擦因数是小球与试样基体磨破所需时间的影响之间的摩擦因数，因此摩擦因数突变的时刻就是膜层图５给出了试样Ⅰ、试样Ⅱ沉积膜摩擦因数与线磨破的时刻。速度的关系曲线。图６给出了试样Ⅰ、试样Ⅱ沉积膜表１半径和线速度的关系磨

7、破所需时间与线速度的关系曲线。序号半径（ｍｍ）线速度（ｍ／ｓ）通过图５、图６可以看出：线速度０．０５ｍ／ｓ时试１２．５０．０５样Ⅱ的摩擦因数比试样Ⅰ的大，同时试样Ⅱ沉积膜磨２３．５０．０７破所需时间也比试样Ⅰ的长；线速度０．０７ｍ／ｓ时试样３４．５０．０９Ⅱ的摩擦因数比试样Ⅰ的小，而试样Ⅱ沉积膜磨破所４７．５０．１５需时间却比试样Ⅰ的长；线速度０．０９ｍ／ｓ时试样Ⅱ的５８．５０．１７摩擦因数比试样Ⅰ的大，但相差不大，同时试样Ⅱ沉积膜磨破所需时间也比试样Ⅰ的长；线速度０．１５ｍ／ｓ时试样Ⅱ的摩擦因数比试样Ⅰ的小，但相差不大，而试样Ⅱ沉积膜

8、磨破所需时间却比试样Ⅰ的长；线速度０．１７ｍ／ｓ时试样Ⅱ的摩擦因数比试样Ⅰ的小，而试样Ⅱ沉积膜磨破所需时间却比试样Ⅰ的长。由图５可知：试样Ⅰ、试样Ⅱ的摩擦因数都小于０．０６，且试样Ⅰ、试样Ⅱ摩擦因数随着线速