本文關(guān)鍵詞：乏油條件仿生耦合齒輪材料的摩擦磨損行為

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【摘要】：齒輪作為傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件之一，廣泛應(yīng)用于機械裝備、航空航天等工程領(lǐng)域。改善其潤滑與磨損性能將有利于提高齒輪的傳動性能、降低磨損功耗及減小機械的維護成本。特別在乏油潤滑條件下，供油不足使得油膜厚度減小，系統(tǒng)溫度場平衡遭到破壞，齒面溫度迅速升高，極易導(dǎo)致齒輪短期內(nèi)失效，威脅整個所在機械系統(tǒng)的運行安全，造成難以估量的損失。因此，開展乏油條件下齒輪齒面的摩擦磨損行為研究具有較大的理論意義和實際價值。 生活在土壤或砂石中的生物經(jīng)億萬年的演化，具有極強的減摩耐磨能力，這些生物耐磨損的關(guān)鍵部位不僅分布有特殊的幾何非光滑形態(tài)，還具有特殊的組織結(jié)構(gòu)和材料成份，從而形成了“剛?cè)嵯酀钡鸟詈舷到y(tǒng)。模擬生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)二元耦合特性并應(yīng)用于傳動齒輪，為改善齒輪的摩擦磨損性能，提高其傳動效率，延長其使用壽命提供了新途徑。 本文以耦合仿生學(xué)理論為依據(jù)，利用激光技術(shù)在傳動齒輪材料表面制備形態(tài)、結(jié)構(gòu)二元耦合仿生單元。比較了耦元特征（形態(tài)、結(jié)構(gòu)）、工況條件（載荷、轉(zhuǎn)速）等對仿生傳動齒輪材料在乏油潤滑條件下摩擦磨損性能的影響；揭示了二元耦合仿生表面的功能機制。主要創(chuàng)新點如下： 1）利用激光技術(shù),制備了具有形態(tài)、結(jié)構(gòu)二元耦合特征，并呈不同尺度、分布的仿生表面，仿生耦合體內(nèi)部缺陷滿足實際需要，形成彌散強化、固溶強化，顯微硬度高達786HV；2）研究發(fā)現(xiàn)，在本文研究范圍內(nèi)具有弧形槽試樣的摩擦系數(shù)較低，在乏油潤滑條件下該系數(shù)可穩(wěn)定在0.041左右，而其耐磨性較普通試樣高40%；隨著耦合體密度的增加，仿生試樣的磨損量逐漸減小，但增加至一定數(shù)值磨損量開始上升，說明存在一個適合的仿生耦合體密度范圍使得齒輪材料表面的摩擦磨損性能最優(yōu)；3）隨摩擦載荷從50N增加到300N，仿生試樣的摩擦系數(shù)先減小后增加，，磨損量則逐漸增加；而轉(zhuǎn)速的增加導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低，磨損量逐漸減小；4）有限元模擬表明，仿生耦合表面的減摩耐磨性來源于表面接觸狀態(tài)的改善，表面形態(tài)和分布間距對于界面應(yīng)力和溫度的分布狀態(tài)顯著影響；5）乏油潤滑條件下仿生耦合表面的減摩耐磨機理主要表現(xiàn)為改善潤滑條件、減輕磨粒磨損、阻斷磨痕擴展、分散應(yīng)力集中、耗散表面溫度等。
【關(guān)鍵詞】：傳動齒輪 激光 耦合仿生 乏油潤滑 摩擦磨損
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH132.41;TH117.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 研究的背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 乏油潤滑的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 傳動齒輪的磨損研究12-13
• 1.2.3 傳動齒輪的減摩耐磨技術(shù)13-16
• 1.3 仿生摩擦學(xué)的發(fā)展16-20
• 1.3.1 生物耦合理論17-18
• 1.3.2 仿生摩擦學(xué)的研究進展18-20
• 1.4 研究的目標及內(nèi)容20-22
• 第2章 仿生耦合齒輪材料表面的設(shè)計、制備及性能測試22-34
• 2.1 仿生耦合耐磨表面生物原型的選擇22-23
• 2.2 試驗材料23-24
• 2.3 試驗設(shè)計24-29
• 2.3.1 仿生耦合耐磨表面的設(shè)計24-27
• 2.3.2 仿生耦合耐磨表面的制備27-29
• 2.4 微觀形貌及組織結(jié)構(gòu)觀察29-30
• 2.5 顯微硬度測試30-31
• 2.6 摩擦磨損性能測試31-32
• 2.6.1 摩擦磨損性能31
• 2.6.2 乏油條件的實現(xiàn)31-32
• 2.7 本章小結(jié)32-34
• 第3章 乏油條件仿生耦合齒輪表面摩擦磨損行為34-52
• 3.1 耦合因素對仿生耦合齒輪表面耐磨性能的影響34-45
• 3.1.1 結(jié)構(gòu)耦元的影響34-39
• 3.1.2 形態(tài)耦元的影響39-45
• 3.2 試驗條件對摩擦磨損行為的影響45-51
• 3.2.1 載荷對摩擦磨損行為的影響45-48
• 3.2.2 轉(zhuǎn)動速度對摩擦磨損行為的影響48-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第4章 仿生耦合耐磨齒輪接觸表面有限元模擬52-70
• 4.1 模擬分析方法52-57
• 4.1.1 軟件選擇及處理方法52-53
• 4.1.2 摩擦熱源模型53-54
• 4.1.3 有限元分析的前處理54-57
• 4.2 仿生耦合體試樣在滑動摩擦下的二維有限元模擬57-63
• 4.2.1 不同結(jié)構(gòu)耦元的影響57-60
• 4.2.2 不同形態(tài)耦元的影響60-63
• 4.3 仿生耦合齒輪表面等效應(yīng)力的三維有限元模擬63-67
• 4.3.1 有限元模型的建立63-64
• 4.3.2 邊界條件的加載64-65
• 4.3.3 不同耦合體結(jié)構(gòu)對齒輪表面等效應(yīng)力分布的影響65-66
• 4.3.4 不同耦合體密度對齒輪表面等效應(yīng)力的影響66-67
• 4.4 本章小結(jié)67-70
• 第5章 仿生耦合齒輪材料表面減摩耐磨機理70-80
• 5.1 耦合體減摩耐磨微觀機理70-72
• 5.2 仿生耦合表面減摩耐磨形成機理72-78
• 5.2.1 改善潤滑條件73-74
• 5.2.2 貯存磨屑，減輕磨損74
• 5.2.3 改變磨粒運動狀態(tài)，降低磨粒犁削破壞74-75
• 5.2.4 裂紋的阻斷與削弱效果75-76
• 5.2.5 分散應(yīng)力，強化承載效果76-77
• 5.2.6 溫度耗散效果77
• 5.2.7 轉(zhuǎn)動速度對摩擦磨損行為的影響77-78
• 5.3 本章小結(jié)78-80
• 第6章 結(jié)論與展望80-82
• 6.1 結(jié)論80-81
• 6.2 展望81-82
• 參考文獻82-90
• 導(dǎo)師及作者簡介90-92
• 致謝92

【參考文獻】

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