【摘要】： 在重載蝸桿傳動中,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:耗費貴重的有色金屬且工藝較復雜,成本高;鋼-銅接觸副耐磨性差,重載工況下磨損嚴重,縮短了產品使用壽命;青銅合金的接觸、彎曲疲勞強度較低,遠遠低于合金鋼,從而增大了蝸輪傳動的模數(shù)。針對以上問題,本文在對蝸桿傳動全工況嚙合分析的基礎上,采用表面工程強化技術和齒面改質理論,在鋼蝸輪副齒面上生成功能性涂層,并進行了深入系統(tǒng)的理論和試驗研究,實現(xiàn)了以鋼蝸輪替代青銅蝸輪的目標。論文具體的研究工作如下: ①結合蝸桿副嚙合原理和3D實體建模方法,建立了阿基米德蝸桿傳動副的三維實體模型;采用彈性接觸理論,分別對鋼-鋼蝸輪副和鋼-銅蝸輪副進行接觸有限元分析。結果表明嚙合副材料的機械特性和力學性能直接影響蝸輪副的傳動性能,鋼蝸輪副齒面生成的涂層應具備加載可跑合性。 ②運用摩擦磨損理論,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,分析材料的力學機械性能對蝸輪磨損的影響。研究表明磨損率與配對材料副的磨損系數(shù)、較軟材料的硬度、等效彈性模量等因素有關。 ③建立蝸輪輪齒本體溫度的數(shù)學模型,運用有限元方法對蝸輪穩(wěn)態(tài)溫度場進行分析,獲得了輪齒的溫度分布規(guī)律。構建了接觸副的摩擦系數(shù)、熱分配系數(shù)、導熱系數(shù)、熔合性與本體溫度的關系模型。從理論上論證了鋼蝸輪表面減摩涂層的抗膠合能力。 ④在標準試件上制備超微細磷酸錳轉化涂層和硫化亞鐵固體潤滑涂層;在摩擦磨損試驗機上對涂層標準試件進行摩擦磨損試驗;分析涂層磨面形貌和微觀結構,并結合能譜分析的結果研究了涂層的減摩耐磨機理和跑合性能。結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在設計加工的鋼蝸輪副齒面上制備兩種不同的涂層:超微細磷酸錳轉化涂層及硫化亞鐵固體潤滑涂層。在蝸桿傳動試驗臺上對涂層鋼蝸輪副進行綜合性能測試,對比研究其傳動性能。試驗結果表明:涂層鋼蝸輪副較之未涂層鋼蝸輪副縮短了跑合時間,具有更高的傳動效率和更優(yōu)良的抗膠合能力。同時,與硫化處理的鋼蝸輪副相比,磷酸錳涂層鋼蝸輪副的運轉更為平穩(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、耐磨性好和強度高的特點。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達到強化表面具有特殊功能的目的。因各種涂層的制備技術不同而性能各異，各種涂定的范圍內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)勢達到工程應用的目的。近年來，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研究得到迅猛發(fā)展，已成為表面工程領域的關鍵技術之一，為系統(tǒng)摩擦學性能、解決材料磨損問題提供了一條有效的途徑。目前，減層的研究熱點是根據摩擦學應用的要求并吸收高科技最新成果去改進技統(tǒng)表面技術推陳出新。年代

智能涂層是智能材料的涂層化。涂層材料具有自適應功能，如自我修復、、變色等特性，納米技術是其實現(xiàn)的關鍵。.3 減摩耐磨涂層的摩擦學機理Yang[20]關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時，根據 PV 值的不同可將其磨損方式分為三個階段,一是損，此時摩擦副之間的磨損系數(shù)小于 10-6，銀涂層沒有被破壞；PV 值超過后，進入正常磨損階段，銀涂層開始出現(xiàn)損壞，對磨副上形成轉化膜，涂擦表面起持續(xù)保護作用，此時的磨損系數(shù)為 10-5～10-4。隨著 PV 值的進一，材料的磨損進入嚴重磨損階段，，其磨損系數(shù)大于 10-3，此時觀察不到轉由此可見減摩耐磨涂層的摩擦學機理較為復雜。Holmberg[21]從宏觀力學、微觀力學、摩擦化學、表面摩擦膜形成、材料轉米尺度對摩擦學機理進行了詳細分析�？偨Y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。響因素對摩擦機理的影響如圖 1.2 和圖 1.3 所示。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TH132.44

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本文編號：2689901