跑合過程實際上是在邊界摩擦狀態下進行的。用分子機械摩擦理論可把齒輪摩擦副的跑合過程建立起一個理想的模型,假設大型齒輪減速馬達齒輪剛性表面微凸體都是等半徑球截體,其支承面積曲線與模擬表面的支承面積曲線相同,它是與理想光滑的半無限彈—塑性體進行相互跑合。大型齒輪減速馬達齒輪隨著跑合過程的不斷進展,微凸體前、后兩部分面積之比逐漸向彈性區域擴大。當前部塑性變形區域等于后部彈性變形區域的面積時,即達到了平衡狀態,跑合過程結束。可見, 大型齒輪減速馬達齒輪跑合過程的實質是齒輪摩擦副接觸面積的重新分布,是表面材料從塑性變形狀態向彈性變形狀態轉化的加工過程。跑合結束的標志是摩擦、磨損和發熱量都達到最小值。大型齒輪減速馬達齒輪在跑合過程中,齒輪副受法向應力和切向應力的作用,使微凸體發生金屬間的直接接觸,承受機械作用和熱作用的尖峰部分產生塑性變形,實際接觸面積隨之增大,出現了與應力狀態相適應的最佳曲率。與此同時,在高壓、熱效應和薄層塑性變形作用下,形成一個高強度的表面硬化層。正是由于表面的微觀幾何形狀、表面的組成和物理機械性能都發生了變化,把初始的工藝表面變成了使用表面,因此足以促使齒輪表面間的初始塑性接觸轉變為彈性接觸。另外,空氣中的氧或潤滑劑中的硫、氯等元素,因塑性變形而擴散到金屬內部,生成氧化物、硫化物、氯化物等摩擦化學膜。這種膜比潤滑劑的物理或化學吸附膜更有利于減小表面的摩擦和磨損,從而提高了齒輪的耐久極限。
試驗研究表明,由大型齒輪減速馬達齒輪跑合后得到的表面粗糙度與初始工藝粗糙度的大小和性質無關,而取決于磨損條件(如齒輪副的材料、齒輪表面上的壓力和溫度、潤滑條件、潤滑劑有無雜質等)。跑合后都會形成完全固定的顯微峰谷面,通常稱為平衡顯微峰谷面,又叫平衡粗糙度。平衡粗糙度與摩擦系數的變化有著對應的關系。摩擦系數變化的波動規律反映了平衡粗糙度的復現特性,總的趨勢是波動幅度不斷減小而趨于穩定。平衡粗糙度是在給定條件下的最佳粗糙度,它能使磨損最小,在大型齒輪減速馬達齒輪跑合后的穩定磨損階段中重復出現。
