邻近蜗轮齿面处温度的实验研究

　1  实验

    将直径为1mm的铠装热电偶装入蜗轮端面上直径为1.2mm的盲孔内,并将其点焊于蜗轮齿面下约0.5mm的指定测点位置。铠装热电偶外表面与轮齿用粘结剂固定,如图1所示。热电偶埋于传动轴上的凹槽内,与集流环相联,最终将热电信号输出到X-Y记录仪上记录。安装有热电偶的蜗杆减速机被安装在专用加载实验台上进行测试。

    试验样机是未经跑合的ZC1蜗杆减速机。具体参数如下,中心距a=160mm,传动比i=31,单头;蜗杆轴向模数ms=7.8mm,蜗杆材料为20CrMnTi,齿面渗碳淬火,齿面硬度为55～60HRC;蜗轮材料为CuSn10P1,齿面硬度为70～80HBS;蜗杆转速n=1500r/min;分别使用两种润滑剂,即N460蜗杆油、200号齿轮油加5%鲸油。温度传感器为WRNK100型镍铬-镍硅铠装热电偶,使用TD-24型集流环。

    热电信号测试是在定转矩情况下,蜗杆副经过较长的运转时间,当热电输出信号稳定后进行记录的。

    2　试验结果

    为了最大限度地了解邻近蜗轮齿面温度的分布特征,热电偶测点应分布于整个蜗轮齿面(如图2所示)。其中测点10距离齿面较远,该测点的温度被认为是蜗轮基体温度。部分测试温度记录结果见附表。

    2.1　邻近齿面温度的分布特征

    图3a,b,c,d分别是蜗杆副处在不同的累计运转时间时,邻近蜗轮齿面测点的测试温度值。图中齿面测点位置上与纵坐标平行的直线长度大小,表示测点温度高于轮齿基体温度的数值。综合图3测试温度的大小及分布情况可以看出,邻近蜗轮齿面中部(3,4点)及啮入端(1,2,9点)的测试温度较高,且随着传动转矩的增大其各点温度差异也逐渐增大。

    图4是经过较长运转时间后的蜗轮轮齿照片。从图中可以看出,在轮齿中部及偏向入口区的轮齿顶部附有明显的“焦化”痕迹。

    根据以上分析,说明在蜗杆传动过程中,邻近蜗轮齿面中部及偏向啮入端的部位温度较高。

    2.2　邻近齿面温度的变化特征

    试验记录表明,随着蜗杆副运转时间的进行,邻近蜗轮齿面的温度分布呈现出下列变化,蜗轮齿面中部温度在运转后期与运转初期相比有相对下降的趋势,而在通常所说的“入口区”部分有相对增加的趋势,该趋势再经过一定运转时间后基本消失。

    用Ki(t)表示蜗杆副累计运转时间为t时,蜗轮齿面某测点i位置的温度(以下简称测点温度)θi(t)与蜗轮轮齿基体测点10的温度θ10(t)的比值,即 

    ki(t)随运转时间而变化,即表示测点温度的变化趋势。

    图5是啮入区测点1的k1(t)与齿面中部测点4的k4(t)随蜗杆副运转时间的变化情况。观察ki(t)(i=1,4)随时间t的变化情况,可以看出,蜗轮齿面入口区测点1温度有相对增加的趋势,而齿面中部测点4的温度有相对减小的趋势。但上述两点温度变化的趋势在历经一段运转时间后(图5中t=55h),其变化的趋势基本停止。