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汽车后桥的抗压承载力怎么计算？急

: 问提问者：网友 | 2020-04-01

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摘要：从纳米摩擦学角度考察了车辆齿轮油的四球机测定结果，发现最大无卡咬负荷PB和烧结负荷PD值不能很好地代表承载能力，阐明了由这两个指标难于预测车辆齿轮油承载能力的原因是：(1)钢球材质与实际摩擦副的不同；(2)钢球的接触方式是点接触，而齿轮是线接触；首次提出一套利用四球机测试估算车辆齿轮油承载能力的方法，指出在实际选择齿轮油时可根据齿轮的啮合压力来确定油品在四球机试验中应达到的比压力(specific pressure at contact surfaces)。关键词：车辆齿轮油　纳米摩擦学　薄膜润滑　磨损现代汽车齿轮最重要的进步是1925年出现了双曲线齿轮，目前汽车后桥齿轮已基本上普及为双曲线齿轮，而双曲线齿轮体积较小，传动的动力大，齿面相对滑动速度大，齿面上难以形成润滑油膜，是最难润滑的摩擦副之一，它要求齿轮油具有足够高的极压性能。30年代以来，美国开始采用全尺寸台架评价汽车齿轮油的极压性能，如对GL-5重负荷车辆齿轮油的承载性能，必须通过全尺寸后桥台架试验CRC L-37(油品在高速低扭矩和低速高扭矩条件下的承载性)和CRCL-42(高负荷冲击测试)。与此同时，为降低评定费用人们试图应用模拟试验机评价齿轮油的极压性能，例如用四球磨损试验和FZG齿轮机试验预报L-37试验，用四球极压试验和Timken试验预报L-42试验等，虽然取得了某些结果，但由于摩擦副工作条件不同，在这些模拟试验与后桥台架试验之间，很难找到确切的关系。四球机用于油品润滑性的评定已具有较长的历史，由于其设备相对简单，用油量少，试验费用低，操作方便，已成为目前应用最为广泛的模拟试验设备之一。在我国的部分汽车厂，经常用四球机的PB值作为衡量车辆齿轮油承载能力的主要指标，以为PB值和烧结负荷PD值越大越好，这样造成经过全套台架评定合格的油品由于在汽车厂测定的PB值小于规定值(如100kg)而被拒收。本文试图从理论和实践两个方面阐明四球机的车辆齿轮油极压性测试结果的意义，提出预测承载能力的方法。 1　润滑状态转变的理论润滑油粘度η、转速U和负荷P是决定润滑状况的三个因素，它们之间的联系可用无因次参数C来表示：C=ηU/P,C和摩擦系数μ的关系示于图1，称为润滑状态过渡图或Stribeck曲线。在流体动力润滑区，液体膜的厚度足以将固体表面隔开(即油膜厚度h粗糙度δ)；在边界润滑区，微凸体发生连续的接触，固体靠金属表面吸附的极性物质或反应膜润滑；介于两条线中间的为混合润滑区，摩擦系数μ随着C值减少迅速增加。对于混合润滑，迄今的研究并不充分。90年代后证实了混合润滑是以纳米量级的薄膜润滑(thin film lubrication)状态存在，以有序液体膜为特征，流体膜减薄到表面粗糙峰之间的间隙为润滑油分子尺度范围，即粗糙峰顶已出现边界膜。薄膜润滑的物理模型为：靠近表面的是吸附膜，不具有流体性质；处于润滑膜中间的是粘性流体膜，具有弹流润滑特征，介于粘性流体膜与吸附膜之间的有序液体膜，是由于液体分子在摩擦剪切过程中受表面能作用迫使分子有序排列而形成的。有序液体膜的有序度高于粘性液体膜，而低于靠近金属表面的吸附膜。当润滑膜厚减少到粘性液体膜完全消失时，润滑膜由有序液体膜和吸附膜为主。薄膜润滑伴随表面磨损，以接触疲劳和粘着机制为主要形式。如果液体膜更薄，则只有吸附膜存在时，为边界润滑，会出现微凸体间的直接接触。在油中加入油性剂如长链的醇胺和脂肪酸等，其极性基吸附在金属表面上，长链中的次甲基横向吸附，构成牢固的吸附膜，代替了金属的直接接触，减轻了摩擦或磨损。在负荷和温度更高的条件下，油性剂将失效，极压添加剂与金属反应，形成一些化合物较金属易于剪切，熔点较低，可以防止金属间的咬合从而保护金属表面。图1　Stribeck 曲线2　四球机试验四球机试验为点接触的滑动摩擦，其结构为一固定在上轴的球相对于固定在下轴上的三个球作旋转运动。对于一定的试验转速，接触处的滑动速度恒定，负荷P增加时磨损直径d变化见图2。当负荷增加到B点，在四球机试验中到达了卡咬点，相应的负荷值为最大无卡咬负荷PB；当负荷进一步增大，达到D点时，边界润滑状态失效，四球接触处出现了烧结，相应的负荷值为最大烧结负荷PD。图2　四球机的磨损—负荷曲线为了实际考察应用PB值判别齿轮油承载性的可行性，我们从可靠的专卖店收集了国内外知名品牌的GL-5齿轮油(国内油13个，编号为C1-C13；国外油5个，编号F1-F5)，包括长城、七星、海牌、南海、飞天、Mobil、Esso、Catex、Shell等，分别送往国内的权威测试机构进行测试，这些单位是：石油化工科学研究院、兰州炼油化工总厂研究院、高桥石化公司炼油厂研究所、大连石化公司研究院、南京汽车研究所和长城润滑油集团公司研究所，进行油品的PB值测定，考察这些油品的PB值是否大于100kg，以及测定的再现性。考虑到国内大多数汽车制造厂测定的惯例，试验条件采用GB/T3142法，即转速为1450r/min，测试温度为室温，钢球为GB308II级。有关的测试结果见表1。: 回答者：网友

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