4 胶合和磨损

4.1胶合和磨损的产生

当齿轮轮齿完全被润滑油膜分开时，两齿面的凹凸不平之间是不接触的，通常不存在胶合和磨损，此时的磨擦因数相当小。在油膜较厚时，由于突然的热不稳定性[19]引起的类似胶合损伤的这种特殊情况不在此讨论。

当弹性流体动力油膜较薄时，齿面凹凸之间偶尔会直接接触，随着平均油膜厚度的减薄，直接接触的次数相应增加，则可能会产生磨料磨损、粘着磨损或胶合。由于齿轮轮齿的滚动作用或润滑油中含有磨粒会引起磨料磨损。粘着磨损是由先局部焊合，随即分离，从而导致一个或两个啮合轮齿上的材料微粒转移而引起的。如果磨粒磨损或粘着磨损是轻微的，且随着时间的推移而减轻，作为一种正常跑合过程则对轮齿不会造成危害。

与轻微磨损不同，胶合是能导致轮齿扩展性损伤的黏着磨损的严重形式。与具有明显发展期的点蚀和疲劳折断不同，瞬时过载会导致胶合失效。

润滑油中过分进气或存在污染，诸如悬浮的金属颗粒或水，也会增加胶合的危险。高速齿轮胶合后，由于振动而引起更大的动载荷，振动通常会导致进一步的胶合、点蚀、断齿损伤。

在大多数情况下，使用具有增强抗胶合添加剂^1）的润滑油能提高齿轮抗胶合承载能力，然而，重要的一点是要意识到使用抗胶合添加剂的一些不足之处：使铜腐蚀、弹性材料的脆化，以及缺乏全球通用性等。

本方法不适用于评价冷胶合，冷胶合通常在低速（节圆线速度小于4m/s）、质量很差的调质重载齿轮上产生。

4.2转换图

在使用液体润滑油润滑的运行条件下，较严重的钢接触滑动的润滑状况可用转换图描述[20][21][22][23]。图1所示的转换图适用于恒定油浴温度下的接触运行。

当法向力F_n和相对滑动速度v_g同时落在A1-S线以下，即图1的Ⅰ区时，润滑状况的特征可用磨擦因数大约为0.1、单位磨损率（即：每单位法向力、每单位滑动距离下的体积磨损量）为10^-2～10^-6mm³(N·m)来表达。

当v_g不大于S点的值，且载荷增加进入Ⅱ区时，刚转换进入第二种润滑状况。这种轻微磨损润滑条件的特征可用磨擦因数大约为0.3～0.4、单位磨损率为1～5 mm³(N·m)来表达。

如果载荷进一步增加，则转换进入第三种润滑状况，即进入以A2-S为边界线的Ⅲ区。这个区域的特征可用磨擦因数等于0.4～0.5来表达，然而，与Ⅰ区和Ⅱ区相比磨损率相当高，从100～1000 mm³(N·m)。磨损表面呈现胶合形式的严重磨损。当相对滑动速度超过S点后，如果载荷增加，则直接从Ⅰ区转换到Ⅲ区。

有足够的证据证明A1-S-A3线的位置取决于润滑油黏度[24]及赫兹接触压力[20][21]。当F_n和v_g同时落在此线以下时，则认为，齿面由一层较薄的润滑油膜分隔开，但此膜被粗糙的凹凸部分所穿透。对于这种情况，称为“边界弹流动力润滑”[21]。

在Ⅲ区中，液体油膜完全推动了作用，这个区域即为“初始胶合”区域[25]。有证据表明以A2-S线为边界发生的转换与接触温度达到临界值相关。这就是布洛克的基本概念。

给出的这个转换图适用于新的组件（即未氧化钢的接触），如齿轮、凸轮及从动件等。这个转换图符合四球试验及柱——环试验的结果。

沿A1-S-A3曲线的温度范围（从油池温度开始，依次为整个本体温度，接触面本体温度）：在v_g=0.001m/s时为28℃到v_g=10m/s时的接触温度为498℃。这个温度特性充分表明在恒定的接触或接触面本体温度下，（边界）弹流动力润滑未被破坏，例如与化学吸附性材料的软化有关。相反，随着滑动速度的增加承载能力的明显降低则认为是由于润滑油黏度的降低[24] [24] [26] [27] [28] [29]。

与上述情况不同，沿曲线A2-S-A3的计算接触温度则趋向于一个恒定的值，即用GCr15钢时大约为500℃，见图1。这表明从Ⅱ区到Ⅲ区的转换与用钢的不同有关，从轻微粘着到严重粘着，引起了表面磨损机理的变化，也许还包括热弹不稳性机理[30][31]。

因此，结果表明胶合与接触温度的临界值有关。对于钢，用矿物油润滑时，临界值大约为500℃，它并不取决于载荷、速度和几何参数。

4.3初始胶合时的磨擦

在图1所示的转换图中，胶合时，磨擦因数从0.25跳跃到0.5。相应的接触温度大约为500℃。这个接触温度是测量的接触面的本体温度28℃与计算的闪温470℃的和。

在计算闪温时所用的磨擦因数是刚要转换前的磨擦因数，即μ=0.35。如果这种方法不仅要用于柱与环实验而且还要用于齿轮传动（在设计阶段）时，在计算中接触温度的临界值和磨擦因数值的选取应协商一致。

齿轮承载能力可以预估：

——当使用磨擦因数μ=0.5时，偏于安全；

——根据润滑油的不同，所使用的磨擦因数为μ=0.25μ～=0.35时，较精确；

——根据以前的经验，在稳定的工作条件下，所用的磨擦因数较低，那么限定的接触温度相应地也较低。

根据经验，对于不加和加少量添加剂和矿物油，油和滚动材料的每一种组合有一个临界胶合温度。通常，这个温度是恒定的，与运行条件、载荷、速度和几何参数无关。

对于加大量添加剂的矿物油和一些种类的复合油，临界胶合温度随着装置运行条件变化而变化。因此，此时的临界温度必须由模拟齿轮装置运行条件的实验分别确定。