齿轮 轮齿的磨损和损伤 第2部分:补充信息_第1页
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GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-21齿轮轮齿的磨损和损伤第2部分:补充信息素相互作用的结果。其中一些原因仍然是研究和讨论的主题,本文件的目的是提供一些参考。许多齿轮问题的解决方案需要专家的详细调查和teeth—Part1:Nomencl注:GB/T3481.1—202X齿轮轮齿的磨损和损伤第4概述和警告失效。随着时间的推移,齿面会发生多种变化。齿轮是否失效取决于可承受的变化程度。疲劳裂纹或在轮齿的次表面产生的疲劳裂纹造成的。这些问题分别单4.2警告GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-22在实施前彻底评估任何建议的补救措施,然后在实施后进行试验和评本文件是基于钢制齿轮的经验;然而,所讨论的许多损伤和失效模式适用于其他材质的齿5.2磨光5.2.1概述磨光磨损可分为轻度、中度或重度。极端情况下,磨光磨损可以将轮齿减薄,直至顶部呈锐能是不可取的。含有硫或磷的抗胶合添加剂用于润滑剂中,以防止胶合,见4.5.1节。它们通过在测这种有益物质是否沉淀或被过滤掉。润滑剂中的磨料可以通过精细过滤或频繁换油来去5.2.2有效减少磨光磨损风险的方法总结——主动和从动齿轮表面硬化;5.4.1概述磨料磨损又称为划伤,是齿轮零件中的硬质颗粒(例如金属碎片、水垢GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-23个体。三体磨损通常不那么严重,因为磨料可以滚动、滑动并改变注:磨料磨损并不局限于齿轮;它还会严重损坏轴承、密封件和其他部件。砂石、水垢、铁锈、加工切屑、磨屑、焊缝飞溅或其他杂物都可能进入全新的齿轮箱。5.4.3.1概述齿轮箱运行适当时间后,可以通过排出润滑油、清洁润滑油路和更换润滑油过系统(外循环过滤系统又称kidney-looptypesystems)也可用于清洁润滑油。因去除某些润滑油中的一些有益添加剂;关于过滤水平和过滤强度,可咨询润滑油供应换润滑油。当齿轮运行温度较高时,需要频繁更换润滑油。其他信息参见ISO/TR1齿轮装置上的呼吸通风口可以减小当空气进入密封件或当变速箱内的空气在正常加热和冷却过程5.4.3.2有效降低磨料磨损风险的方法总结GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-24——尽量减少润滑剂污染;•首次运行工作前彻底冲洗机组;轮单元的内置污染,然后重新注入清洁的推荐润滑剂,如果有过滤器,则更换过•使用齿面硬化、光滑的齿轮,并采用适当添加剂的高黏度润滑剂,尽量减少内部产生的磨损•保持润滑油油密封,并将过滤通气孔置于清洁、无压力区域的,最大限度地——循环油系统:•与变速箱制造商和润滑油供应商协商后,使用合适的精细过滤;•使用外部过滤系统去除非常小的颗粒;•对于油浴系统,根据变速箱制造厂推荐原则来更换润滑剂,或者根据润滑取样分析确定更换•通过光谱和铁谱分析以及酸度、黏度和水含量分析来监测润滑剂。润滑油取样检测是确定润5.5胶合5.5.1概述磨合期结束时齿轮箱通常需要完全排油和彻底清洁,以保证对于不含抗胶合添加剂的矿物油,每种油和齿轮材料的组合都具有恒定的胶合极限温形成。一些抗胶合添加剂的化学活性过高,会促进磨光磨损(见5.2)。磨添加剂,不与金属发生反应而形成边界膜。可咨询润滑油专家进一步装置可能会受到负面影响。齿轮箱制造商和润滑剂供应商可以帮助确定是否建议更换一种润滑剂。GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-25增加会增大弹流润滑(EHL)膜的厚度从而降低金属间在某些情况下,齿轮可能会发生初始胶合,但随着齿轮进一步运转胶合损伤会停止发展。传动装置的初始跑合对保证长期使用寿命至关重要,因此许多制造商提供了推荐的跑合程序。5.5.3有效降低胶合失效风险方法总结——降低齿轮节圆线速度;——通过使用特殊润滑剂、涂覆(如铁锰磷酸盐等)或电镀(如铜或银)来保护跑合关键期的轮——采用清洁无污染的润滑油;——供给充足的冷却润滑油对轮齿进行冷却,均匀冷却整个齿面。对于循环油系统,采用换热器——缩小轮齿、齿轮变位和齿廓修形,优化齿轮的抗胶合性能;——使用精确的齿轮轮齿、齿轮刚性安装、采用合适的变位系数并根据指导进行齿廓修形来使得5.6黏着磨损(粘附)GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-26免地会出现磨损。参考文献[21]指出,高负载、低速(小于0.5m/s节下都是有害的,润滑油制造商可以帮助推荐合适的润滑150米/秒的节圆线速度几乎连续运行的涡轮齿轮,即使运行了20年,其齿上仍有原始的加工痕迹。然5.6.2有效降低黏着磨损风险的方法总结——通过以下方式降低粗糙度:•初次运行时使用较低载荷跑合新齿轮箱——通过以下方式优化齿轮几何结构:•尽可能地提高齿轮节圆线速度。高负载、低速齿轮处于边界润滑状态,特别容易产生过度磨——通过以下方式优化材料冶金:•使用足够量的冷却、清洁、干燥(无水)的润滑剂,该润滑剂的黏度应为操作条件允许的最•通过以下方式降低润滑时的啮合温度:5.7微动腐蚀GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-27面的天然氧化膜被破坏,使金属与金属直接接触,导致表面粗糙峰限于覆盖钢的天然氧化层。当缺氧时,磨损碎片是四氧化三铁(Fe3O4它是黑色的,具有很强的磁布氏压痕是一种单独的损伤模式,与微动腐破坏了强烈焊接的粗糙面,并产生极小的磨损颗粒,这些颗粒氧化形成氧化铁赤铁矿(αFe203其是(参见参考文献[24]和[25]磨蚀磨损(参见参考文件[22生微动腐蚀。当车辙形状严重时,齿轮旋转时会发出对于无润滑的齿轮接触点,没有潜伏期,微动腐蚀可以立即——停止振动,旋转部件吸入新油,或两者兼有;——避免静止齿轮之间的微小运动;——使用渗碳硬化或表面硬化的齿轮以获得抗粘附表面(最好是氮化);——使用物理或化学气相沉积(PVD或CVD)的硬涂层以获得抗黏附表面;GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-28——使用油代替润滑脂,并使用高压喷嘴冲接触点并冲走磨损碎屑;——将齿轮箱支撑在隔振器上;——运输变速箱轴锁定,以防止任何运动;6.2接触疲劳疲劳裂纹以及材料碎片从齿轮齿面脱落,其确切失效机制尚不完表面硬度高的材料。膜厚比(λ)是影响微点蚀的一个重要参数,同时点蚀也受许多其他参数的影响,聚集在一起,可以形成一个连续的碎裂面,在未放大的目视观察——跑合和服役期间的工况•滚动和滑动速度;——齿轮特性•宏观几何形状(基本轮齿尺寸);•微观几何形状(轮齿修形•表面形貌(纹理、波纹度和粗糙度GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-29•表面冶金(包括任何涂层——跑合和服役期间润滑剂的性能•润滑剂黏度和流变性;•润滑剂化学性能,包括基础油化学性能和添加剂化学性能;短的运行时间后,损害可能会非常严重。然而,在某些情况下,微坑的会停纹将主裂纹与表面连接起来并分离出一小块材料时,就生在与表面最粗糙的齿轮所配对齿轮上,特别是当配对齿轮GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2特定的润滑油膜厚度(λ)是评估微点蚀的一个重要参数。损伤最容易发生在与粗糙表面齿轮啮合的齿轮上,特别是当它们用低黏度润滑剂润滑时。表面粗糙度是一个非常重要的影响参数,用特(见参考文献[36])或其他工艺加工成齿面呈镜面的齿轮对,会减少微点蚀的可能性,建议的评估方法见ISO/TS6336-22。对于某些润滑油来说,水污染会促进齿轮的微点蚀,并会降低润滑油的防腐、EHL油膜形成和减摩性能。这可能是水与添加剂发生不利作用6.2.2.2有效减少微点蚀风险的方——通过以下方式增加油膜厚度•使用最高的实际油品黏度•如果可能的话,高速运转齿轮•降低齿轮轮齿温度——通过以下方式减少表面粗糙度•避免使用喷丸处理过的齿廓,除非齿廓面在喷丸处理后进行加工。•珩磨或抛光齿轮轮齿,或通过在坚硬、光滑的母体上运转齿轮从而进行抛光•尽可能地使最硬的齿轮变得光滑•用磷酸铁锰、铜或银对齿轮进行涂层,以限制粘附和胶合风险。•用不含ZNDTP抗磨添加剂的特殊润滑剂进行跑合。•预先过滤润滑油并在跑合期间使用精细过滤器•在跑合期间保持油的冷却。•使用一系列递增载荷和适当的速度对齿轮进行跑合。——通过以下方式优化齿轮的几何形状•使用重合率εβ≥2.0的斜齿轮。•通过指定高精度和优化中心距、齿宽、压力角和螺旋角,最大限度地减少赫兹接触应力。GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2•使用齿形转换来减少特定滑动•使用适当的轮廓和导程修形——通过以下方式优化冶金•对表面渗碳齿轮使用高残余奥氏体钢——通过以下方式优化润滑油性能•使用经测试确定具有足够抗微点蚀能力的润滑油,如DIN3990-16。•使用低牵引系数的润滑油。•使用压力-黏度系数高的润滑油•避免使用具有腐蚀性的防胶合添加剂的润滑油•将油保持在适当的温度•保持油品清洁,即不含固体污染物。•保持油品不受水的污染点-面-初始(PSO)宏观点蚀蚀通常是由几何应力集6.2.3.3有效降低宏观点蚀风险的方——较高的表面硬度一般会导致较高的抗宏观点蚀性能,并达到极限值。注:过高的表面硬度会导致其他问题,例如在感应淬火齿轮上出现硬化裂纹——对于表面硬化的齿轮,确保最终加工后有足够的表——有许多材料参数会影响宏观点蚀。有关齿轮材料和宏观点蚀强度值的其他信息,请参见ISOGB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-26.2.3.5宏观点蚀和磨损之间的耦全消除宏观点蚀,宏观点蚀和磨损之间的耦合效应将再当蜗杆的导程角较高时,即低传动比时,宏观点蚀在某些应用中,在需要更换蜗轮之前,蜗轮组中的这种综合宏观点蚀/磨损现象对于一定量的齿厚GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2性的钢来获得最佳表层和心部性能。当夹杂物出现在表层/心部界面附近的拉伸残余应力区域将会引发疲劳断裂,而纯净钢的使用对此是有益的。有关夹杂GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-26.2.4.2有效降低表层压碎(次表层疲劳)的风险方 ——通过减小载荷或优化齿轮几何形状来减小赫兹应力;——获得可接受的表层硬度、残余应力、硬度梯度、硬化层深度和心部硬度值,以最大限度地抵6.2.5.2有效降低白层剥落风险方——通过喷砂、磨削、珩磨、研磨或抛光去除白层,但同时注意其可能引起的齿面承载能力的降材料和微观结构的假定影响参数包括硬化层深度(CHD)和硬度梯度、残余应力、微观结构的清——齿面断裂通常与非金属夹杂物有关。例如宏观非金属夹杂物(可通过NDT方法齿面断裂的风险。此外,锻造过程中破碎且不易被NDT断裂的风险。但并非所有齿面断裂,均与非金属夹杂物有关。具体有关夹杂物的讨论——在接近裂纹源的地方可能会发现树枝晶和多孔结构,以——与粗晶粒或大晶粒梯度相关的应力提升也会导致齿面断裂风险增加。——偏析合金带状组织引起的硬度变化进一步增加了齿面断裂发生的风险,或者由非金属夹杂物——最后,疲劳失效分析表明,硬度从表层到心部的急剧转变,尤其是与非金属夹杂物结合,会GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2请参见参考文献[38]和[50]。夹杂物通常出现在断裂表面或切片样品上,可以通过光学显微镜或使用6.2.6.3有效降低渗碳齿轮齿面断裂风险的方当ISO/TS6336-4或其他方法表明存在齿面断裂风险时,可考虑采取以下措施降低齿面断裂风险:——增加锻压比以降低枝晶和偏析合金的风险。参考文献[46]和[47]描述了轮齿内部疲劳断裂(TIFF)。据报道,夹杂物会引发轮齿内部疲劳断——轮齿内部疲劳断裂的表面具有特征性的形状,大约在其轮齿中心的中间高度有一个明显的平——分析结果表明,齿轮惰轮所产生的交变应力和表面硬化所产生的拉应力引起齿轮内部大部分——用惰轮代替单级齿轮传动,轮齿内部疲劳断裂的风险增加了20%。——轮齿越细(整体深度越大)和载荷越高,轮齿内部疲劳断裂的风险越大。6.3弯曲疲劳分过载;然而,断裂是由疲劳裂纹为主要形式引起的继发GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2载荷下重要。裂纹可以在轮齿内部萌生,也可以在表面萌生,萌生阶段只占疲劳寿命的一小部寿命。文献[44]列出了以下方法,可用于提高渗碳齿轮应力,不仅有助于避免低周疲劳,也可以减少一些其他类型损坏的疲劳而非低周疲劳引起。见ISO6336-3关于高周疲劳在高周疲劳情况下,裂纹寿命的很大一部分为萌生阶段而不是扩GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2断裂表面的抛光区域-如果疲劳裂纹在交替拉伸和压缩下反复打开和闭合,则断面可能会出现抛光生微动腐蚀。微动腐蚀通常出现在最久、最光滑和最大的疲劳/断裂表面积比——疲劳区大、断裂区小表明弯曲应力低,疲劳区小、断裂区大表明弯曲应力GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2材料的韧性和施加应力的大小,断裂可以是韧性、脆性或混合但也不绝对,因为其他破坏模式也会留下贝壳纹(例如,在变化的环境下的应力腐蚀)。6.3.1.6降低齿根弯曲疲劳断裂风险GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2磨齿完成时,避免在齿根圆角的关键区域产生缺口,可减少裂纹形成的6.3.1.7有效降低高周弯曲疲劳风险的方——优化几何结构:•采用较大的模数;•综合采用中心距、齿宽、齿数、压力角、螺旋角和变位系数来优化和降低弯曲应力;•保证良好的载荷分布;•确保至少满足ISO6336-5的材料质量要求;材料和热处理参数的选择可以使残余压应力•对于淬火齿轮,规定表面硬度、硬化层深和心部硬度,以最大限度地抵抗弯曲疲劳;•采用细晶粒钢;•确保齿根圆角表面没有明显的裂纹、非金属夹杂、脱碳、腐蚀、晶间氧化或其他潜在的应力向传播,而弯曲疲劳裂纹则在齿根处扩展。轮缘裂纹可以扩花键、孔、热缩配合、轮辐到轮缘或轮毂到轮辐的圆角中的尖角或缺口,或冶金缺陷,如夹杂——啮合时齿顶和齿根处干涉;——截面厚度发生显著变化的齿轮毛坯,导致刚度变化和应力重新分布,使相邻的薄(弱)截面6.3.2.2降低轮缘、轮辐和轮毂裂纹风险GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2——使用适当的轮缘厚度;——避免在齿宽方向上的不均匀载荷分布;——控制中心距、齿隙,避免齿顶与齿根干涉。——载荷和残余应力造成的拉应力。件下运行可能存在问题。在选择材料时,通常——高硬度钢比低硬度钢具有更大的冲击断裂韧性。——高铬和高锰含量往往造成低冲击韧性。组成,可获得最大的韧性。可以选择钢,以便在促进脆化韧性可以通过适当的合金设计来优化。这是一个非常复杂的课题,需要高度的专业知识。裂纹、表面撕裂、表面或次表面夹杂物或孔GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2•使用清洁度高的材料;1)采用具有较高韧性的材料和热处理,如具有高淬透性的钢,获得主要回火马氏体的显微2)使用不经回火而达到所需硬度而引起脆性的•避免极高的心部硬度;•最大限度地减少材料缺陷,特别是轮齿齿根部的缺陷。•采用磁粉探伤检测缺陷;•使用表面硬化来增加残余压应力。缺陷往往会促进脆性行为。如果存在以下事实或情况,断裂更有可能是韧性而不是脆性。——没有明显的材料缺陷;GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-27.2齿根断裂7.3齿端断裂——小齿轮或大齿轮不精确的导程、轮廓、间距或跳动;——装配或安装误差;——轴承故障或支撑座不平行;——滚动体轴承内部间隙过大;7,4轮齿剪断于较高的接触应力,可能发生在主动轮齿廓的表面或次表面(见8.2压痕8.3布式压痕最初的磨削痕迹通常是在轮齿底部所观察到的。压痕与伪压痕之间8.4冷流动在450℃~900℃之间,取决于塑性变形的严重程度、塑性变形前的晶粒尺寸、发生塑性变形的温度、GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-28.7塑性变形后断裂8.10起皱况下,硫磷和硼酸盐等添加剂可以防止起皱失效。参考文8.11起脊GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-29制造问题9.2.1概述通常,由于热处理过程中应力诱发的裂纹会立即出现,但也可能在一段时间后或运行中出现。9.2.2热应力——心部严重偏折;——粗晶的形成(尤其是在材料内部——淬火和回火后的高合金钢大截面实心零件。9.2.3热处理引起的应力集中9.2.4淬火烈度9.2.5相变奥氏体转变为马氏体的过程中伴随着体积膨胀,这有可能导致裂纹出现,见9.2.6材料缺陷的锻造缺陷(如焊缝、搭接缝、闪光线或剪切裂纹和大型锻件中的锻造缺陷(如氢脆和内裂纹均会加剧断裂。同样,一些铸造缺陷(如气孔)也会促9.2.7热处理方式GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2),——如果零件回火过快,在组织转变为所需结构之前,心部会因组织转变带来的体积膨胀而产生——表面或“快速回火”并不总能充分降低内应快速加热方法,这一问题尤其严重,因为这可能会在表层和心部之间产生额外的9.2.9硬化裂纹检测9.2.10有效降低硬化裂纹风险的方法总结•最大限度地减少诸如横截面、孔、键槽、锐边、钢印标记等位置的应力集中。应在所有边角•尽量减少表面或次表面材料缺陷,如非金属夹杂物、锻造缺陷•针对特定齿轮和钢的淬透性设计淬火方法,包9.3.1概述致磨削过程中齿面温度过高,可产生磨削裂纹。齿面表面温度过高也会且在其存在网状碳化物下更易产生,见ISO6336-5。极高的表面硬度增加了产生磨削裂纹的风险。为了避免在磨削过程中出现裂纹,有必要使渗层微观组织结构主要由回火马氏体和均匀分布的残余奥氏体9.3.2有效减少磨削裂纹风险的方法总结——对于渗碳齿轮,应控制碳含量,并确保渗层微观结构主要由回火马氏体组成,具有规定数量9.4氢脆和内部残余应力致齿轮失效9.4.1概述GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2氢的问题通常影响小齿轮轴心部,也可影响轮齿,具体信息见参考文献[53形成氢气,从而导致气体压力的增加。即使是低浓度的氢气也会产生显著的气体压力(见图12)。这9.4.2氢鳞术语GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-29.4.3鱼眼9.4.4偏析裂纹GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-29.4.5延迟破损在远低于材料屈服强度的时表现出延展性,在施加负载后经过长时间潜伏期,发生断裂。9.5磨削烧伤(磨削致回火)通过控制磨削工艺以避免表面局部过热非常重要,见9.3。9.6磨削缺口9.7鳞蚀9.8表/心分离9.8.1概述表/心分离通常认为是由于硬化层很深时表/心界面之间残余拉应力导致。如果残余拉止。氢可在内部材料缺陷处积聚,并导致脆性断裂,或服役因为裂纹沿着表/心界面扩展,所以齿顶呈现凹面断面,而轮齿其余部分呈凸形断面。人字形断裂可促进表/心分离,尤其是其出现在表/心界面附近时,夹杂物详细讨论见6.2.6.2。——在渗碳后淬火前通过机加工去除渗碳齿顶区域,具有高抗断裂能力的钢较少发生表/心分离失9.8.2有效降低表/心失效风险的方法GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2——控制渗碳齿轮的渗层深度,尤其是齿顶区域的渗层深度;避免渗碳齿轮的齿顶过窄和遮挡齿•使用高镍钢,镍和钼的正确组合会使渗碳齿•中和值显著增加,超过未使用产品的基线值;•非水基润滑油的含水量大于润滑油供应商允许的含水量;•将齿轮装置注满油,并堵塞通气孔;GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2•用与齿轮箱中使用的油相容的重型水置换性防锈剂喷涂所有外露的内部和外部金属零件;•将齿轮装置升起离开地面,并用保护性覆盖物将其完全封闭;•定期旋转齿轮以将油分配到齿轮和轴承或启动循环润滑系统;10.2气蚀10.3冲蚀10.4电蚀如果电流作用在齿轮啮合面上,则会发生齿面损伤(见参考文献[55])。电流可由绝缘故障、感应——电动机;——电动离合器或仪表;——静电积聚和随后的放电;——雷击期间。——提供足够的接地;10.5过热确保在适当温度下的润滑油流动以去除齿轮啮合的热量,可以降低过热GB/Z3481.2—XXXX/ISO/TR10825-2[1]ISO6336-2,Calculationofloadcapacityofspurandhelicalgears--Part2:Calculationof[2]ISO6336-3,Calculationofloadcapacityofspurandhelicalgears--Part3:Calculatiotoothbendingstrengthoftoothflankfractureloadca[5]ISO/TS6336-20,Calculationofloadcapacityofspurandhelicalgearsofscuffingloadcapacity-Flashtemperature[6]ISO14104,Gears-Su[8]ISO/TS6336-21,Calculationofloadcapacityscuffingloadcapacity(alsoapplicabletobevelandhypoidgears)-In[9]ISO/TS6336-22,Calculationofloadcapacityofspurandhelicalgearsofmicropittingloadca[12]AGMA901-A92,ARationalProcedureforthePreliminaryDesignofMinimumVolumeGears[13]AGMA923-B05,MetallurgicalSpecificati[14]ANSI/AGMA1012-G05,GearNomencla[15]ANSI/AGMA/AWEA6006-A03,StandardforWindTurbines[16]ANSI/AGMA6011-103,SpecificationforHighSpeed[17]ANSI/AGMA6013-A06,StandardforIndust[18]ANSI/AGMA9005-E02,Industrial[19]CECL-10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