首頁

資訊中心

企業(yè)動態(tài)

行業(yè)動態(tài)

安全動態(tài)

行業(yè)資訊

設(shè)備資訊

工具資訊

材料資訊

招商代理

您當(dāng)前位置:首頁 > 新聞頻道 > 技術(shù)動態(tài) > 正文

齒輪齒面沉積膜摩擦磨損性能試驗(yàn)研究

2016-06-21 10:01:12 安裝信息網(wǎng)

瞿志俊，王榮林，孫松麗，陸廣華

（南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，江蘇泰州 225300）

摘要：為了提高齒輪齒面干運(yùn)轉(zhuǎn)能力，采用離子束復(fù)合沉積設(shè)備，在兩種不同制備工藝參數(shù)下沉積兩種沉積膜，基材為齒輪鋼。采用UMT-Ⅱ多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對兩種試樣進(jìn)行摩擦磨損性能試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：試樣Ⅱ的摩擦磨損特性比試樣I的摩擦磨損特性好。

關(guān)鍵詞：齒輪齒面；沉積膜；摩擦磨損性能中圖分類號：TH117.1：TH132. 41

0 引言

齒輪作為傳動部件在機(jī)械行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。齒輪工作時(shí)的受力和運(yùn)動情況十分復(fù)雜，由此產(chǎn)生多種損傷形式，常見且較嚴(yán)重的是斷齒、破壞性點(diǎn)蝕和破壞性膠合，從而導(dǎo)致其使用壽命縮短。在齒輪傳動過程中，齒面存在滾動摩擦和滑動摩擦，齒面摩擦?xí)瘕X面溫度升高，過高的齒面溫度是齒輪膠合失效的主要原因，而且齒面摩擦在點(diǎn)蝕形成、齒根裂紋萌

生與擴(kuò)展及輪齒斷裂過程中起到加速作用。因此為實(shí)現(xiàn)齒輪長時(shí)間高效可靠的運(yùn)行，齒輪不僅要具有心部高的強(qiáng)度和耐沖擊韌性，而且齒面要有好的耐磨減摩特性。所以，人們將一些新的表面強(qiáng)化理論及技術(shù)應(yīng)用于齒輪齒面研究領(lǐng)域，在齒輪齒面形成各種耐磨減摩的沉積膜，起到了固體潤滑劑的作用。為了研究兩種齒輪齒面膜層的摩擦磨損特性，本文在于摩擦狀態(tài)下進(jìn)行銷盤模式摩擦磨損試驗(yàn)，獲得兩種試樣在同載荷、不同線速度下的摩擦磨損特性。

1試驗(yàn)部分

1.1 試樣制備

兩種沉積膜層試樣是在離子束復(fù)合沉積設(shè)備上制備的，沉積膜層分別沉積在尺寸為Ф30 mm×10 mm的40Cr齒輪鋼圓柱體端面上。試樣I的沉積膜層工藝參數(shù)為：偏壓電壓390 V，偏壓電流1A，氣壓5×10-2 Pa，WS2的S/W為1.86，Ag的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.3%。試樣Ⅱ的沉積膜層工藝參數(shù)為：偏壓電壓360 V，偏壓電流1A，氣壓6×10-2 Pa，WS2的S/W為1.86，Ag的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5. 5%。兩種沉積膜層制備完后，分別用同種拋光膏對兩種沉積膜層進(jìn)行拋光。對磨試樣采用Ф4 mm氮化硅(Si3N4)小球。

1.2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在UMT-Ⅱ多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)（見圖1）上進(jìn)行。該試驗(yàn)采用銷盤運(yùn)動模式，試驗(yàn)時(shí)上試樣為Ф4 mm氮化硅(Si3 N4)小球，下試樣為沉積膜層試樣，上試樣固定不動，下試樣旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，如圖2所示。

試驗(yàn)前用乙醇清潔試樣摩擦表面，在室溫條件和干摩擦狀態(tài)下進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)載荷為22N，分別在圓柱體端面的不同半徑上進(jìn)行，不同半徑對應(yīng)不同的線速度（見表1）。每次（各線速度）摩擦磨損試驗(yàn)時(shí)間由沉積膜層磨破情況確定。

2 結(jié)果及分析

2.1 試樣I、試樣Ⅱ的摩擦因數(shù)和沉積膜磨破所需時(shí)間

由試樣I的摩擦因素曲線圖（見圖3）和試樣Ⅱ的摩擦因素曲線圖（見圖4）可知：不同線速度時(shí)摩擦因數(shù)曲線前部分值很小，且比較平穩(wěn)，前部分是膜層的摩擦因數(shù)；隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，不久后摩擦因數(shù)突然變?yōu)樵瓉淼膸妆�，原因是氮化硅小球磨破了沉積膜，從而造成

摩擦因數(shù)突變，突變后的摩擦因數(shù)是小球與試樣基體之間的摩擦因數(shù)，因此摩擦因數(shù)突變的時(shí)刻就是膜層磨破的時(shí)刻。

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得：試樣I在線速度0. 05 m／s時(shí)的摩擦因數(shù)為0. 036，沉積膜層磨破所需時(shí)間是378 s；線速度0. 07 m／s時(shí)的摩擦因數(shù)為0.046，沉積膜層磨破所需時(shí)間是211 s；線速度0.09 m/s時(shí)的摩擦因數(shù)為0. 045，沉積膜層磨破所需時(shí)間是180 s；線速度0.15 n1／s時(shí)的摩擦因數(shù)為0.051，沉積膜層磨破所需時(shí)間是172 s；線速度0.17 m/s時(shí)的摩擦因數(shù)為0. 052，沉積膜層磨破所需時(shí)間是113 s。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得：試樣Ⅱ在線速度0. 05 m/s時(shí)的摩擦因數(shù)為0. 043，沉積膜層磨破所需時(shí)間是440 s；線速度0.07m/s時(shí)的摩擦因數(shù)為0.040，沉積膜層磨破所需時(shí)間是437 s；線速度0.09 m/s時(shí)的摩擦因數(shù)為0.046，沉積膜層磨破所需時(shí)間是317 s；線速度0.15 m/s時(shí)的摩擦因數(shù)為0. 050，沉積膜層磨破所需時(shí)間是268 s；線速度0. 17 m／s時(shí)的摩擦因數(shù)為o．045，沉積膜層磨破所需時(shí)間是326 s。

2.2 不同線速度對試樣I、試樣Ⅱ摩擦因數(shù)及沉積膜磨破所需時(shí)間的影響

圖5給出了試樣I、試樣Ⅱ沉積膜摩擦因數(shù)與線速度的關(guān)系曲線。圖6給出了試樣I、試樣Ⅱ沉積膜磨破所需時(shí)間與線速度的關(guān)系曲線。

通過圖5、圖6可以看出：線速度0.05 m/s時(shí)試樣Ⅱ的摩擦因數(shù)比試樣I的大，同時(shí)試樣Ⅱ沉積膜磨破所需時(shí)間也比試樣I的長；線速度0. 07 m／s時(shí)試樣Ⅱ的摩擦因數(shù)比試樣I的小，而試樣Ⅱ沉積膜磨破所需時(shí)間卻比試樣I的長；線速度0. 09 m/s時(shí)試樣Ⅱ的摩擦因數(shù)比試樣I的大，但相差不大，同時(shí)試樣Ⅱ沉積膜磨破所需時(shí)間也比試樣I的長；線速度0.15 m/s時(shí)試樣Ⅱ的摩擦因數(shù)比試樣I的小，但相差不大，而試樣Ⅱ沉積膜磨破所需時(shí)間卻比試樣工的長；線速度0. 17 m/s時(shí)試樣Ⅱ的摩擦因數(shù)比試樣I的小，而試樣Ⅱ沉積膜磨破所需時(shí)間卻比試樣工的長。由圖5可知：試樣I、試樣Ⅱ的摩擦因數(shù)都小于0. 06，且試樣I、試樣Ⅱ摩擦因數(shù)隨著線速度的增大而有增大的趨勢，試樣I的摩擦因數(shù)隨線速度的增大而增大更為明

顯，且低速階段時(shí)摩擦因數(shù)隨線速度的增大而增大比較劇烈，但隨著線速度的不斷增大摩擦因數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定；試樣Ⅱ的摩擦因數(shù)隨線速度的增大變化不大，沒有隨線速度的增大而不斷增大，而是小范圍的上下波動緩慢增大；從曲線的走向看，開始階段兩試樣的摩擦因數(shù)大小沒有明顯的不同，隨著線速度不斷增大試樣Ⅱ的摩擦因數(shù)小于試樣I。通過圖6可知：試樣I、試樣Ⅱ沉積膜磨破所需時(shí)間都隨著線速度的增大而縮短；試樣I沉積膜在低速時(shí)磨破所需時(shí)間最長，但在高速時(shí)膜層磨破所需時(shí)間急劇減少；試樣Ⅱ沉積膜隨線速度的增大，磨破所需時(shí)間沒有發(fā)生劇烈減少，同時(shí)在高速時(shí)出現(xiàn)所需時(shí)間增大情形，但從總體來看，是以波動的形式緩慢減少；還可以發(fā)現(xiàn)試樣Ⅱ沉積膜磨破所需時(shí)間曲線在試樣I沉積膜磨破所需時(shí)間曲線之上，說明試樣Ⅱ沉積膜的耐磨性比試樣I沉積膜好。