10膠合溫度和安全性

10.1 膠合溫度

膠合溫度是根據(jù)所選擇的潤滑油和齒輪材料的組合可能發(fā)生膠合時的接觸溫度。認(rèn)為一對齒輪的材料-潤滑油-材料系統(tǒng)的膠合溫度有一個特定的值，這個值由相同材料-潤滑油-材料系統(tǒng)的齒輪試驗(yàn)來確定[36]。

當(dāng)使用較低添加劑的礦物油時，認(rèn)為在相當(dāng)廣的范圍內(nèi)膠合溫度與工作條件無關(guān)。

當(dāng)使用具有抗膠合或減磨添加劑的礦物油或合成油時，對于不同的材料和工作條件下，膠合溫度可能是非恒定值這一特性的確定仍需要一步研究。尤其應(yīng)注意的是試驗(yàn)條件和實(shí)際工作條件或設(shè)計(jì)條件之間的修正，轉(zhuǎn)換圖中（見圖1）所顯示的特性可能對這種修正的影響很大。

10.2 組織系數(shù)

引入經(jīng)驗(yàn)性的組織系數(shù)后，具有較低添加劑礦物潤滑油，由齒輪試驗(yàn)確定的膠合溫度，可擴(kuò)展到不同的齒輪鋼、熱處理或表面處理。

Θ_S=Θ_MT + X_WΘ_flmaxT…………………………………(94)

式中：

Θ_MT——試驗(yàn)齒輪的閃溫，單位為攝氏度（℃）；

Θ_flmaxT——試驗(yàn)齒輪的最大閃溫，單位為開爾文（K）；

X_W——組織系數(shù)（見表2）。

然而，對于通常的工作條件和使用熱彈系數(shù)的平均值時，組織系數(shù)的這個近似值受所用磨擦因數(shù)的方法的限制。如果所使用的方法是考慮磨擦因數(shù)和熱彈系數(shù)的真實(shí)值時，則不必再使用組織系數(shù)。

表2組織系數(shù)

材   料	XW
調(diào)質(zhì)鋼	1.00
磷化鋼	1.25
鍍銅鋼	1.50
液體或氣體氮化鋼	1.50
滲碳淬火鋼，奧氏體含量： ——低于平均值 ——平均值（10%～20%） ——高于平均值	1.15 1.00 0.85
奧氏體鋼（不銹鋼）	0.45

10.3 瞬時接觸時間

試驗(yàn)[37]表明：用抗膠合油潤滑時，齒輪的膠合溫度受瞬時接觸時間的影響。瞬時接觸時間是指齒面上的一點(diǎn)暴露在相嚙齒的赫茲接觸帶內(nèi)的時間。

一對齒面確定的瞬時接觸時間t_max為t₁和t₂中的最大值。

膠合溫度Θ_S和接觸溫度之間關(guān)系可近似地用圖17所示的由兩條直線組成的曲線表達(dá)。

對于t_max＜t_C

Θ_S=Θ_SC+X_ΘX_W(t_C -t_max)……………………………………………(97)

t_max≥t_C

Θ_S=Θ_SC……………………………………………(98)

式中：

Θ_SC——較長接觸時間的膠合溫度，單位為報氏度（℃）；

X_Θ——膠合溫度梯度，單位為開爾文每微秒（K/μs）；

X_W——組織系數(shù)；

t_c——曲線變曲處的瞬時接觸時間，單位為微秒（μs）；

t_max——嚙合齒的瞬時接觸時間，單位為微秒（μs）。

對于不同的潤滑油X_Θ和t_c可用下列值：

——不加抗膠合添加劑：X_Θ=0 K/μs，t_c=18μs；

——加抗膠合添加劑：X_Θ=18 K/μs，t_c=18μs。

圖17 對于加抗膠合添加劑潤滑油瞬時接觸時間對膠合溫度的影響

10.4 齒輪試驗(yàn)的膠合溫度

膠合溫度可由齒輪試驗(yàn)確定，如Ryder[38]，F(xiàn)ZG-Ryder[39]，F(xiàn)ZGL-42[40]，F(xiàn)ZGA/8.3/90[41]等方法。

試驗(yàn)結(jié)果的表達(dá)應(yīng)包括膠合溫度和試驗(yàn)條件。如果試驗(yàn)結(jié)果用其他方式表達(dá)，則應(yīng)給出關(guān)系式，如：

Θ_S=80+（0.85+1.4X_W）·X_L·（S_FZG）²…………………………………（99）

式中：

X_W——組合系數(shù)（見表2）；

X_L——潤滑油系數(shù)（見式27）；

S_FZG——FZG A/8.3/90試驗(yàn)的載荷級。這里指的是發(fā)生膠合時載荷級。

然而，油有參數(shù)變化容易引起S_FZG更大的變化，假定在換油間隔期間油稍微有點(diǎn)變質(zhì)，載荷級的變化通常為±1。因此，計(jì)算時間可用比規(guī)定載荷級較小的載荷級。

10.5 安全范圍

與疲勞損傷的時間較長相比，一次簡單的瞬時過載就會引起嚴(yán)重的膠合使齒輪在較矩的時間失效。因此在選擇合適的安全范圍時，應(yīng)謹(jǐn)慎考慮，尤其要注意運(yùn)行時節(jié)線速度較高的齒輪。

在較知瞬時接觸時間t_max情況下，安全條件是基于膠合溫度的增加（Θ_S＞Θ_SC）(見10.3)，而瞬時接觸溫度t_max不應(yīng)該增加，除非傳動功率適當(dāng)降低。

安全系數(shù)定義為：

式中：

Θ_S——膠合溫度，單位為攝氏底（℃）；

Θ_Bmax——最大接觸溫度，單位為攝氏底（℃）；

Θ_oil——油溫，單位為攝氏底（℃）。

然而，齒輪的實(shí)際載荷與確定的接觸溫度之間的關(guān)系很復(fù)雜，用溫度的任何比值來表達(dá)安全系數(shù)可能會引起混淆。

因此，除了試驗(yàn)載荷級的說明以外（見10.4節(jié)），建議用膠合溫度與計(jì)算的最大接觸溫度之間所要求的最小差別（如≥50K）來表達(dá)安全概念。