作用于两圆形弧度齿轮跑合性的检验探讨

　　双圆弧齿轮理论上是点接触，经充分跑合磨损后变为区面接触，凹凸齿廓的相对曲率减少，因而具有很高的承载能力。因此跑合对于双圆弧齿轮是非常重要的，通过跑合可以改善齿轮表面形貌。齿轮副跑合就是使一对经过精切齿形的齿轮互相啮合对转，利用齿轮副在啮合对转过程中产生的挤压力与工作齿面间滑移摩擦力的综合作用，在啮合齿面上磨去极薄的一层金属，从而使其保持 适宜的间隙和 的接触状态，以降低接触应力，并使物理机械性能从 初状态过渡到使用状态。在生产实践中，虽然跑合技术早已被应用，但是由于国际上没有统一的双圆弧齿轮跑合指标，实际上很难达到理想的跑合状态，从而影响双圆弧齿轮承载能力和传动质量。所以寻找在保证较高的接触强度和弯曲强度的前提下，使其具有良好的跑合性能，将具有一定的实用价值。

　　2影响双圆弧齿轮跑合性能的实验2.1齿轮试件本文取包含所有啮合齿的整体齿轮，采用接触有限元分析，预置各接触区接触点对，从而实现接触区网格的自动生成调整。在保证其有足够的接触强度和弯曲强度的前提条件下，对圆弧齿轮齿形进行优化计算，得到的结果见表1.实验齿轮分为两组：一组为GB/T12759-1991双圆弧齿轮的标准齿形(即A型);另一组为设计优化出的齿形(即B型)。这两组实验齿轮材料为45钢、硬度为188&pmn;3HBS，在同一根棒料上切下，再经粗车、精车、拉孔和铣槽后，又在同一滚齿机上滚齿成形，经检验均达到7级精度。两组实验齿轮的其它参数相同：齿数Z=36，法面模数mn=4mm，螺旋角β=16°15′37″，齿宽B=50mm，弹性模量E=206MPa.

　　2.2实验方法和设备按OECD工程材料磨损小组定义：跑合是指机械零件在使用初参数名称GB/T12759-1991齿形设计优化的齿形精度等级7传动比1法向压力角/2423凸齿圆弧齿半径系数1.31.4凸、凹齿圆弧半径差系数0.110.07凸齿圆心移偏量系数0.016270.013676凹齿圆心偏移量系数0.028470.013676齿厚比1.31.2期，改善其适应性表面形貌和摩擦相容性的过程。在正常情况下圆弧齿轮的磨损分为3个阶段，即初期磨合阶段(跑合阶段)、双稳定持续磨损阶段、剧烈磨损阶段。圆弧齿轮跑合过程主要发生在齿轮运转初期。目前常见的跑合方法有空载跑合、逐级加载跑合、电火花跑合、电解(化学腐蚀)跑合，本实验采用逐级加载跑合方法。圆弧齿轮的跑合过程，是从空载开始，在达到接触应力分布均匀和磨损稳定时，再开始进入下一级加载跑合，所加载荷产生的接触应力应等于或稍大于许用接触应力，此时载荷定为该级的有效载荷，依次类推，直到达到理想跑合状态为止。

　　本实验是在JG-150机械封闭功率流式实验台上进行，封闭功率流式实验台工作原理.它是采用机械杠杆的加载方式，在实验箱的输出轴上加一力矩，这样就与齿轮正常工作情况是一致的。齿轮在跑合过程中，每次加载力矩的大小确定应是在满足轮齿没有发生胶合的前提下，齿轮所能承受的 大载荷。通过实际计算，获得的实验齿轮的各级载荷大小及跑合时间如表2所示。实验载荷数值的大小由转距转速仪显示，载荷数值误差控制在&pmn;10Nm范围内。实验时，齿轮箱中采用喷油润滑(润滑油为120中极压齿轮油)，用循环水冷却。

　　1.润滑系统2.加载器3.陪实齿轮箱4.转矩传感器5.实验齿轮箱6.电动机7.冷却系统2.3.1齿面接触斑迹齿面接触斑迹的大小是评价齿轮跑合程度的指标之一。本实验是将红丹粉涂在一个齿轮的齿廓上，经齿轮的啮合传动，将在另一个齿轮的齿廓上留下红丹粉印记，然后采用千分卡尺，来定性地测量齿面接触斑迹的大小，从而比较两种齿形的齿轮的跑合性能。图2在为实验齿轮的加载跑合历程中，沿齿高方向接触区域的比例;沿齿长方向接触区域的比例。从图中不难看出，A型齿轮(GB/T12759-1991)无论是沿齿高方向接触区域，还是沿齿长方向接触区域，均小于B型齿轮(本设计齿形)，这从宏观上说明了B型齿形的跑合性能优于A型齿轮。

　　2.3.2齿廓的磨损量值本实验采用印模法，间接定量测量齿轮的磨损量。其基本原理是利用不具有弹性和流动性的材料作为印模贴合在被测的齿轮间隙中，待凝固成型后，然后在 显微镜下，测量印模齿形的磨损量，其精度可达1μm，放大倍数为100倍。齿轮在跑合过程中的磨损量的变化情况，B型齿形在达到第3级跑合(载荷为570kNm，跑合时间共为24h)时，该齿轮基本达到稳定的工作磨损阶段，即跑合过程结束。而A型齿形在第5级跑合(载荷为1170kNm，跑合时间共为40h)时，还没有达到稳定的工作磨损阶段，即跑合过程还没有结束，还需要进一步跑合。另外从齿轮的跑合过程中的磨损量的变化规律看，其结果与文献通过放射性同位素法测量的双圆弧齿轮磨损量规律基本一致。

　　3结束语本文通过对双圆弧齿轮的跑合性能对比实验表明：如果合理选择双圆弧齿轮的几何参数，可以提高跑合性能。进行地实验结果分析，充分证明了优化设计的B型齿形比符合国标的A型齿形具有更良好的跑合性能。另外在实验所获得的圆弧齿轮磨损值和跑合进度，可为实际制定跑合历程提供参考。