專利名稱：一種確定摩擦副合理硬度配對(duì)的磨損測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相對(duì)耐磨性的測(cè)試方法，具體是指一種確定摩擦副合理硬度配對(duì)的磨
損測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
相對(duì)耐磨性是用來表示不同材料在相同磨損條件下的耐磨性，其定義為標(biāo)準(zhǔn)材料
的磨損量和被測(cè)材料磨損量的比值，可以表示為
「， 標(biāo)準(zhǔn)試樣磨損量
f =
實(shí)驗(yàn)試樣磨損量 相對(duì)耐磨性是一個(gè)無量綱參數(shù)。用它評(píng)定材料或表層的耐磨性時(shí)，在一定程度上 可以避免因磨損過程中參數(shù)變化及測(cè)量誤差造成的系統(tǒng)誤差，可以比較方便而精確地評(píng)定 材料的耐磨性能，因此該參數(shù)被廣泛應(yīng)用。 現(xiàn)有相對(duì)耐磨性的測(cè)試方法如圖1所示，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)試樣B相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)試樣A的相 對(duì)耐磨性，分別用A試樣和B試樣與較硬的C試樣(如剛玉、陶瓷、GCrl5、模具鋼等)組成 摩擦副在相同條件下進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后測(cè)量出A試樣和B試樣的磨損量，再按照上述公 式進(jìn)行計(jì)算得到試樣B相對(duì)于試樣A的相對(duì)耐磨性 如果計(jì)算得到的e > 1，說明在實(shí)驗(yàn)條件下，實(shí)驗(yàn)材料B的耐磨性比材料A好；
如果計(jì)算得到的e < l，說明在實(shí)驗(yàn)條件下，實(shí)驗(yàn)材料B的耐磨性比材料A差；
如果計(jì)算得到的e = l，說明在實(shí)驗(yàn)條件下，實(shí)驗(yàn)材料B的耐磨性與材料A相當(dāng)。
利用該方法雖然可以比較不同材料之間的耐磨性，即可以用于耐磨性材料的篩 選，但是，由于該方法測(cè)試過程中的材料配對(duì)并不是實(shí)際使用中零件的材料配對(duì)，且該方法 也沒有考慮材料硬度配對(duì)摩擦磨損的影響，所以不能直接將該實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)用于摩擦副合理 硬度配對(duì)的確定。要確定摩擦副的合理硬度配對(duì)，要求在同等條件下測(cè)量出摩擦副雙方的 磨損量，然后相互比較確定。同等條件主要包括材料配對(duì)、硬度配對(duì)、接觸形式、運(yùn)動(dòng)形式、 速度、接觸應(yīng)力、潤(rùn)滑狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種確定摩擦副合理硬度配對(duì)
的磨損測(cè)試方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) —種確定摩擦副合理硬度配對(duì)的磨損測(cè)試方法，其特征在于，該磨損測(cè)試方法包 括先確定組成摩擦副的合理硬度配對(duì)的材料A與材料B，再對(duì)上試樣A與下試樣B、上試樣 B與下試樣A分別進(jìn)行測(cè)試得出磨損量，然后比較磨損量，并計(jì)算相對(duì)耐磨性，最后確定摩 擦副的合理硬度配對(duì)。 為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。所述B材料是指利用熱處理工藝調(diào)整得到不同硬度的試 樣B^B2、 Bn;分別對(duì)上試樣B^B2、 Bn與下試樣A，上試樣A與下試樣B^B2、 Bn進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)，磨損實(shí)驗(yàn)后測(cè)出下試樣A和下試樣BpB^……Bn的磨損量作為材料A與 材料B配對(duì)時(shí)的磨損量。
巳 所述相對(duì)耐磨性計(jì)算方法為按公式 ^^7"計(jì)算A和Bn的相對(duì)耐磨性，做圖法確
定摩擦副的合理硬度配對(duì)，公式中e n為A和Bn組成摩擦副時(shí)的相對(duì)耐磨性，VA為材料A做 為下試樣時(shí)的磨損體積，VBn為對(duì)應(yīng)試樣Bn的磨損體積。 所述做圖法是指以材料B的硬度為橫坐標(biāo)，相對(duì)耐磨性、為縱坐標(biāo)做圖，然后 從相對(duì)耐磨性e n= 1的點(diǎn)做與X軸平行的直線交相對(duì)耐磨性曲線相交一點(diǎn)，從該點(diǎn)做平行 與Y軸的直線與相對(duì)耐磨性曲線相交的點(diǎn)，就是材料A與材料B耐磨性相當(dāng)?shù)挠捕扰鋵?duì)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn) 1、本發(fā)明測(cè)試方法考慮了摩擦副的材料配對(duì)、硬度配對(duì)、接觸形式、運(yùn)動(dòng)形式、速
度、接觸應(yīng)力、潤(rùn)滑狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境等因素，克服了現(xiàn)有測(cè)試方法未考慮材料配對(duì)和材料硬
度配對(duì)的缺陷，能直接將該測(cè)試方法應(yīng)用于摩擦副合理硬度配對(duì)的研究與選擇。 2、本發(fā)明測(cè)試方法操作方便，計(jì)算方法簡(jiǎn)捷、確定材料合理硬度配對(duì)的方法可行
有效，實(shí)施例測(cè)試方法表明，按本發(fā)明所推薦的硬度配對(duì)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的鋼蝸輪副比原來
使用的鋼蝸輪副具有更高的使用壽命。 3、本發(fā)明測(cè)試方法為不宜采用模擬臺(tái)架試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法試驗(yàn)的場(chǎng)合提供了 一種實(shí)驗(yàn)方法。 4、本發(fā)明測(cè)試方法可以在各種摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，容易實(shí)現(xiàn)，不需另外設(shè)計(jì) 摩擦磨損設(shè)備。


圖1為現(xiàn)有相對(duì)耐磨性的測(cè)試方法示意圖。 圖2為本發(fā)明合理硬度配對(duì)的磨損測(cè)試方法示意圖。 圖3為本發(fā)明實(shí)施例滑動(dòng)磨損工況下相對(duì)耐磨性隨40CrNiMoA鋼硬度的變化曲 線。 圖4為本發(fā)明實(shí)施例微動(dòng)磨損工況下相對(duì)耐磨性隨40CrNiMoA鋼硬度的變化曲 線。 圖5為本發(fā)明實(shí)施例滑動(dòng)磨損工況和微動(dòng)磨損工況材料合理硬度配對(duì)區(qū)間圖。
具體實(shí)施例方式
下面接合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限 于此。履帶式車輛使用的機(jī)械式履帶調(diào)整器中的鋼制直廓環(huán)面蝸桿副，其蝸桿和蝸輪材料 均采用合金鋼制造。該副鋼蝸輪副調(diào)節(jié)履帶松緊時(shí)，處于低速重載轉(zhuǎn)動(dòng)工況；不需要調(diào)節(jié)履 帶松緊時(shí)齒面存在微動(dòng)狀態(tài)。在實(shí)際使用過程中，往往由于鋼蝸輪副一方的磨損過大而導(dǎo) 致整副鋼蝸輪副達(dá)不到預(yù)期的使用壽命，故選擇合理的硬度配對(duì)是延長(zhǎng)該副蝸桿副壽命的 方法之一。 下面是鋼蝸輪副合理硬度配對(duì)的磨損測(cè)試方法具體步驟 1.選材選擇蝸桿材料A為18Cr2Ni4WA鋼，蝸輪材料B為40CrNiMoA合金鋼。
2.制樣一般蝸桿硬度較高，蝸輪硬度較低，故可以固定蝸桿材料A的硬度，通過 熱處理的硬度為HRC59，采用不同的熱處理工藝使蝸輪材料B得到了4種不同硬度的試樣， 其硬度分別為= 33HRC， B2 = 41HRC， B3 = 50HRC和B4 = 59HRC，具體的熱處理工藝如表 l所示。 3.磨損測(cè)試如圖2所示，每一部分測(cè)試又由兩組測(cè)試組成，第一組測(cè)試，材料A 為18Cr2Ni4WA鋼做上試樣，試樣配對(duì)有A-B^ A_B2、 A_B3和A_B4 ;第二組測(cè)試，材料B為 40CrNiMoA合金鋼做上試樣，試樣配對(duì)有B「A、 B2_A、 B3_A和B4_A，進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)，具體的測(cè) 試參數(shù)如表2所示。 4.磨損量測(cè)量磨損實(shí)驗(yàn)后測(cè)出下試樣A和下試樣Bp B2、 B3和B4的磨損量作為 材料A與材料B配對(duì)時(shí)的磨損量。
5.相對(duì)耐磨性的計(jì)算按公式 ="^一計(jì)算材料八和材料8的相對(duì)耐磨性。做圖
、
法確定摩擦副的合理硬度配對(duì)，公式中￡ n為A和Bn組成摩擦副時(shí)的相對(duì)耐磨性，VA為材料
A做為下試樣時(shí)的磨損體積，VBn為對(duì)應(yīng)試樣Bn的磨損體積。
6.確定合理硬度配對(duì) (a)滑動(dòng)磨損工況下相對(duì)耐磨性隨40CrNiMoA鋼硬度的變化曲線如圖3所示，通 過相對(duì)耐磨性e n = 1的點(diǎn)做與X軸平行的虛線交相對(duì)耐磨性曲線于E點(diǎn)，從E點(diǎn)做平行Y 軸的虛線與相對(duì)耐磨性曲線相交于F點(diǎn)，交點(diǎn)F所對(duì)應(yīng)的硬度約為HRC43。從而得到滑動(dòng)磨 損工況下，由40CrNiMoA鋼和18Cr2Ni4WA鋼配對(duì)組成鋼蝸輪副時(shí)的合理硬度配對(duì)為在滑 動(dòng)磨損工況下，蝸桿和蝸輪材料硬度分別為59HRC與43HRC時(shí)，蝸桿材料和鋼蝸輪材料具有 相近的使用壽命。 (b)微動(dòng)磨損工況下相對(duì)耐磨性隨40CrNiMoA鋼硬度的變化曲線如圖4所示，通 過相對(duì)耐磨性e n = 1的點(diǎn)做與X軸平行的虛線交相對(duì)耐磨性曲線于M點(diǎn)，從N點(diǎn)做平行Y 軸的虛線與相對(duì)耐磨性曲線相交于N點(diǎn)，交點(diǎn)N的硬度約為HRC49。從而得到微動(dòng)磨損工況 下，由40CrNiMoA鋼和18Cr2Ni4WA鋼配對(duì)組成鋼蝸輪副時(shí)的合理硬度配對(duì)蝸桿材料和蝸 輪材料硬度分別為59HRC與49HRC時(shí)，摩擦副雙方的微動(dòng)磨損體積相近，即蝸桿和鋼蝸輪具 有相近的使用壽命。 (c)履帶調(diào)整器鋼蝸輪副材料合理硬度配對(duì)的確定履帶式車輛使用的機(jī)械式履 帶調(diào)整器中的鋼蝸輪副的工況在平時(shí)不需要調(diào)節(jié)履帶時(shí)，其處于鎖定狀態(tài)，但由于履帶式 車輛的振動(dòng)以及履帶隨路況時(shí)松時(shí)緊而引起的動(dòng)載荷作用，使本來取于靜止?fàn)顟B(tài)的蝸輪蝸 桿副間產(chǎn)生微動(dòng)；當(dāng)手動(dòng)調(diào)節(jié)履帶時(shí)，鋼蝸輪副處于低速重載工況。根據(jù)工況分析可得齒面 磨損主要是由于滑動(dòng)磨損和微動(dòng)磨損導(dǎo)致，且在整個(gè)鋼蝸輪副的生命周期中，絕大部分時(shí) 間處于微動(dòng)磨損狀態(tài)。根據(jù)滑動(dòng)磨損條件下和微動(dòng)磨損條件下的合理硬度配對(duì)的結(jié)論和工 況分析，滑動(dòng)磨損工況和微動(dòng)磨損工況材料合理硬度配對(duì)區(qū)間圖如圖5所示，最后推薦的 合理硬度配對(duì)為當(dāng)蝸桿硬度為59HRC時(shí)，鋼蝸輪材料的硬度選擇43HRC-49HRC之間比較合 理。 制造好以后的直廓環(huán)面蝸桿傳動(dòng)按照要求進(jìn)行檢查和裝車檢查，使用后的鋼蝸輪 齒面有少量磨損，未出現(xiàn)失效現(xiàn)象，裝車檢查顯示按本發(fā)明測(cè)試方法推薦的硬度配對(duì)進(jìn)行 設(shè)計(jì)制造的鋼蝸輪副比原來使用的鋼蝸輪副具有更高的使用壽命。
表1試樣的熱處理?xiàng)l件和硬度
序號(hào)針ii熱處理?xiàng)l件硬度
仍科淬火工藝回火參數(shù)B丄40CrNiMoA630。Cx2h33HRC
B240CrNiMoA85(TCxlh油冷55(T02h41HRC
B340CrNiMoA350。Cx2h50HRC
B440CrNiMoA180。Cx2h59HRC
A18Cr2Ni4WA91(TC滲碳x6h+850。C滲碳xl.5h風(fēng)冷 —850。Cx50min油淬180。Cx2h59HRC表2實(shí)驗(yàn)參數(shù)
磨損實(shí)驗(yàn)頻率(Hz)振幅(mm)載荷(N)時(shí)間(h)溫度rc)潤(rùn)滑劑
滑動(dòng)磨損 401 50 1室溫?zé)o
微動(dòng)磨損 800.2100 4室溫?zé)o
權(quán)利要求
一種確定摩擦副合理硬度配對(duì)的磨損測(cè)試方法，其特征在于，該磨損測(cè)試方法包括先確定組成摩擦副的合理硬度配對(duì)的材料A與材料B，再對(duì)上試樣A與下試樣B、上試樣B與下試樣A分別進(jìn)行測(cè)試得出磨損量，然后比較磨損量，并計(jì)算相對(duì)耐磨性，最后確定摩擦副的合理硬度配對(duì)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種確定摩擦副合理硬度配對(duì)的磨損測(cè)試方法，其特征在于，所述B材料是指利用熱處理工藝調(diào)整得到不同硬度的試樣Bp B2、……Bn ;分別對(duì)上試樣BpB^……Bn與下試樣A，上試樣A與下試樣BpB2、……Bn進(jìn)行磨損實(shí)驗(yàn)，磨損測(cè)試后測(cè)出下試樣A和下試樣Bp B2、……Bn的磨損量作為材料A與材料B配對(duì)時(shí)的磨損量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種確定摩擦副合理硬度配對(duì)的磨損測(cè)試方法，其特征在于，所述相對(duì)耐磨性計(jì)算方法為按公式^ = ^T"計(jì)算A和Bn的相對(duì)耐磨性，做圖法確定 "摩擦副的合理硬度配對(duì)，公式中e n為A和Bn組成摩擦副時(shí)的相對(duì)耐磨性，vA為材料A做為下試樣時(shí)的磨損體積，vBn為對(duì)應(yīng)試樣Bn的磨損體積。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種確定摩擦副合理硬度配對(duì)的磨損測(cè)試方法，其特征在于，所述做圖法是指以材料B的硬度為橫坐標(biāo)，相對(duì)耐磨性e n為縱坐標(biāo)做圖，然后從相對(duì)耐磨性en= l的點(diǎn)做與X軸平行的直線交相對(duì)耐磨性曲線相交一點(diǎn)，從該點(diǎn)做平行與Y軸的直線與相對(duì)耐磨性曲線相交的點(diǎn)，就是材料A與材料B耐磨性相當(dāng)?shù)挠捕扰鋵?duì)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種確定摩擦副合理硬度配對(duì)的磨損測(cè)試方法。該磨損測(cè)試方法包括先確定組成摩擦副的合理硬度配對(duì)的材料A與材料B，再對(duì)上試樣A與下試樣B、上試樣B與下試樣A分別進(jìn)行測(cè)試得出磨損量，然后比較磨損量，并計(jì)算相對(duì)耐磨性，最后確定摩擦副的合理硬度配對(duì)。本發(fā)明測(cè)試方法考慮了摩擦副的材料配對(duì)、硬度配對(duì)、接觸形式、運(yùn)動(dòng)形式、速度、接觸應(yīng)力、潤(rùn)滑狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境等因素，克服了現(xiàn)有測(cè)試方法未考慮材料配對(duì)和材料硬度配對(duì)的缺陷，能直接將該測(cè)試方法應(yīng)用于摩擦副合理硬度配對(duì)的研究與選擇；操作方便，計(jì)算方法簡(jiǎn)捷、確定材料硬度合理配對(duì)的方法可行有效。
文檔編號(hào)G01N3/56GK101701890SQ200910193339
公開日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者周黎明, 姚巍, 張大童, 李助軍, 邵明 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)