【摘要】： 在重載蝸桿傳動(dòng)中,蝸輪材料采用鑄錫青銅,而蝸桿采用鋼材料,組成具有良好減磨特性的嚙合副。但青銅蝸輪存在以下幾方面的缺點(diǎn):耗費(fèi)貴重的有色金屬且工藝較復(fù)雜,成本高;鋼-銅接觸副耐磨性差,重載工況下磨損嚴(yán)重,縮短了產(chǎn)品使用壽命;青銅合金的接觸、彎曲疲勞強(qiáng)度較低,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于合金鋼,從而增大了蝸輪傳動(dòng)的模數(shù)。針對(duì)以上問(wèn)題,本文在對(duì)蝸桿傳動(dòng)全工況嚙合分析的基礎(chǔ)上,采用表面工程強(qiáng)化技術(shù)和齒面改質(zhì)理論,在鋼蝸輪副齒面上生成功能性涂層,并進(jìn)行了深入系統(tǒng)的理論和試驗(yàn)研究,實(shí)現(xiàn)了以鋼蝸輪替代青銅蝸輪的目標(biāo)。論文具體的研究工作如下: ①結(jié)合蝸桿副嚙合原理和3D實(shí)體建模方法,建立了阿基米德蝸桿傳動(dòng)副的三維實(shí)體模型;采用彈性接觸理論,分別對(duì)鋼-鋼蝸輪副和鋼-銅蝸輪副進(jìn)行接觸有限元分析。結(jié)果表明嚙合副材料的機(jī)械特性和力學(xué)性能直接影響蝸輪副的傳動(dòng)性能,鋼蝸輪副齒面生成的涂層應(yīng)具備加載可跑合性。 ②運(yùn)用摩擦磨損理論,建立了蝸輪輪齒接觸磨損模型,獲得了輪齒齒面的磨損深度分布特征;基于建立的蝸輪輪齒接觸磨損模型,分析材料的力學(xué)機(jī)械性能對(duì)蝸輪磨損的影響。研究表明磨損率與配對(duì)材料副的磨損系數(shù)、較軟材料的硬度、等效彈性模量等因素有關(guān)。 ③建立蝸輪輪齒本體溫度的數(shù)學(xué)模型,運(yùn)用有限元方法對(duì)蝸輪穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)進(jìn)行分析,獲得了輪齒的溫度分布規(guī)律。構(gòu)建了接觸副的摩擦系數(shù)、熱分配系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、熔合性與本體溫度的關(guān)系模型。從理論上論證了鋼蝸輪表面減摩涂層的抗膠合能力。 ④在標(biāo)準(zhǔn)試件上制備超微細(xì)磷酸錳轉(zhuǎn)化涂層和硫化亞鐵固體潤(rùn)滑涂層;在摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上對(duì)涂層標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn);分析涂層磨面形貌和微觀結(jié)構(gòu),并結(jié)合能譜分析的結(jié)果研究了涂層的減摩耐磨機(jī)理和跑合性能。結(jié)果表明兩種涂層均具有優(yōu)良的減摩耐磨性能,且具有加載可跑合性能。 ⑤在設(shè)計(jì)加工的鋼蝸輪副齒面上制備兩種不同的涂層:超微細(xì)磷酸錳轉(zhuǎn)化涂層及硫化亞鐵固體潤(rùn)滑涂層。在蝸桿傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)涂層鋼蝸輪副進(jìn)行綜合性能測(cè)試,對(duì)比研究其傳動(dòng)性能。試驗(yàn)結(jié)果表明:涂層鋼蝸輪副較之未涂層鋼蝸輪副縮短了跑合時(shí)間,具有更高的傳動(dòng)效率和更優(yōu)良的抗膠合能力。同時(shí),與硫化處理的鋼蝸輪副相比,磷酸錳涂層鋼蝸輪副的運(yùn)轉(zhuǎn)更為平穩(wěn)。
【圖文】：

的抗膠合能力又低于鋼－銅接觸副。因此，需要在蝸輪蝸桿接觸副齒面能性涂層，以便利用鋼材料成本低、耐磨性好和強(qiáng)度高的特點(diǎn)。表面減摩耐磨涂層1 發(fā)展概述表面涂層是在固體表面形成一層或多層不同材料的薄膜來(lái)達(dá)到強(qiáng)化表面具有特殊功能的目的。因各種涂層的制備技術(shù)不同而性能各異，各種涂定的范圍內(nèi)使用才能取得良好的效果，因此了解表面涂層的類型、性能則才能有效地發(fā)揮各種涂層優(yōu)勢(shì)達(dá)到工程應(yīng)用的目的。近年來(lái)，以改善被處理件的減摩、耐磨、表面狀態(tài)等性能為目的的表面涂層技術(shù)研究得到迅猛發(fā)展，已成為表面工程領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一，為系統(tǒng)摩擦學(xué)性能、解決材料磨損問(wèn)題提供了一條有效的途徑。目前，減層的研究熱點(diǎn)是根據(jù)摩擦學(xué)應(yīng)用的要求并吸收高科技最新成果去改進(jìn)技統(tǒng)表面技術(shù)推陳出新。年代

智能涂層是智能材料的涂層化。涂層材料具有自適應(yīng)功能，如自我修復(fù)、、變色等特性，納米技術(shù)是其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。.3 減摩耐磨涂層的摩擦學(xué)機(jī)理Yang[20]關(guān)于離子束沉積法在軸承鋼盤表面制備的金屬銀涂層的研究表明成分鋼球干摩擦?xí)r，根據(jù) PV 值的不同可將其磨損方式分為三個(gè)階段,一是損，此時(shí)摩擦副之間的磨損系數(shù)小于 10-6，銀涂層沒(méi)有被破壞；PV 值超過(guò)后，進(jìn)入正常磨損階段，銀涂層開始出現(xiàn)損壞，對(duì)磨副上形成轉(zhuǎn)化膜，涂擦表面起持續(xù)保護(hù)作用，此時(shí)的磨損系數(shù)為 10-5～10-4。隨著 PV 值的進(jìn)一，材料的磨損進(jìn)入嚴(yán)重磨損階段，，其磨損系數(shù)大于 10-3，此時(shí)觀察不到轉(zhuǎn)由此可見減摩耐磨涂層的摩擦學(xué)機(jī)理較為復(fù)雜。Holmberg[21]從宏觀力學(xué)、微觀力學(xué)、摩擦化學(xué)、表面摩擦膜形成、材料轉(zhuǎn)米尺度對(duì)摩擦學(xué)機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析�？偨Y(jié)了影響表面涂層摩擦行為的四因素，即涂層和基體的硬度、涂層厚度、表面粗糙度、磨屑大小和硬度。響因素對(duì)摩擦機(jī)理的影響如圖 1.2 和圖 1.3 所示。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH132.44

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本文編號(hào)：2689901