[發(fā)明專利]一種多材料復(fù)合自潤(rùn)滑齒輪

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810145366.6
• 申請(qǐng)日: 2018-02-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108374878A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳奇;田文鋒;王亞?wèn)|;汪金成;姚志剛;李浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F16H55/17
• 分類號(hào): F16H55/17;F16H55/06
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 何梅生

本發(fā)明公開(kāi)了一種多材料復(fù)合自潤(rùn)滑齒輪，包括齒輪基體、過(guò)渡基體及自潤(rùn)滑涂層，其中齒輪基體采用高強(qiáng)度及高韌性金屬材料，過(guò)渡基體采用高合金鋼材料，自潤(rùn)滑涂層采用金屬基固體自潤(rùn)滑材料，并利用3D打印技術(shù)，在齒輪基體表面堆積一層高合金剛，運(yùn)用激光熔覆或磁控濺射等先進(jìn)技術(shù)將固體潤(rùn)滑材料涂覆于最外層，實(shí)現(xiàn)齒面自潤(rùn)滑功能。相比于傳統(tǒng)齒輪，本發(fā)明的一種多材料復(fù)合自潤(rùn)滑齒輪具有更好的潤(rùn)滑特性、減摩性，耐磨性與抗沖擊性，在傳動(dòng)過(guò)程中潤(rùn)滑性能優(yōu)異、接觸承載能力強(qiáng)，可滿足無(wú)油、乏油等極端工況的應(yīng)用要求，因此適用于高速重載、高真空、寬溫域工況下的齒輪傳動(dòng)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及齒輪領(lǐng)域，為一種多材料復(fù)合自潤(rùn)滑齒輪

背景技術(shù)

潤(rùn)滑對(duì)齒輪傳動(dòng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和使用壽命起到?jīng)Q定作用。潤(rùn)滑劑在齒輪傳動(dòng)中起到的潤(rùn)滑、冷卻等各種功效，保證了齒輪在一定的工作溫度下正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，并延長(zhǎng)了齒輪的使用壽命。目前齒輪的潤(rùn)滑方式主要分為潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油潤(rùn)滑和固體潤(rùn)滑。潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑是將潤(rùn)滑脂填充在機(jī)殼中，僅適用于切向速度在4.5m/s以下的齒輪副。潤(rùn)滑油潤(rùn)滑是使用最為廣泛的齒輪潤(rùn)滑形式，又分為無(wú)壓潤(rùn)滑和壓力潤(rùn)滑。固體潤(rùn)滑是將石墨、二硫化鉬等帶有潤(rùn)滑特性的固體材料細(xì)粉末涂敷、噴射或攪動(dòng)撒在齒輪嚙合處，或是將這些材料與潤(rùn)滑脂、潤(rùn)滑油混合攪勻使用。

當(dāng)前的齒輪潤(rùn)滑方式都有一定的局限性。潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑僅適用轉(zhuǎn)速較低的齒輪潤(rùn)滑；潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，需要油箱，油箱重量大，一旦油箱出現(xiàn)泄露，潤(rùn)滑油就會(huì)失去，導(dǎo)致減速器損壞，且污染環(huán)境；例如，在太空中，處于失重狀態(tài)，潤(rùn)滑油潤(rùn)滑就會(huì)失去作用；一旦直升機(jī)減速器潤(rùn)滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障，其傳動(dòng)系統(tǒng)將處于無(wú)潤(rùn)滑油工作狀態(tài)，使減速器在短時(shí)間內(nèi)破壞，造成災(zāi)難性的后果。許多國(guó)家均對(duì)直升機(jī)減速器有30～60min的干運(yùn)轉(zhuǎn)能力要求。由于自潤(rùn)滑材料耐高溫，耐磨，自潤(rùn)滑齒輪可以顯著地提高減速器的干運(yùn)轉(zhuǎn)能力。

自潤(rùn)滑材料是依靠材料本身或其轉(zhuǎn)移膜的低剪切特性而具有優(yōu)良的抗磨和減磨作用。由于經(jīng)濟(jì)、生態(tài)以及技術(shù)上的原因，自潤(rùn)滑材料在齒輪上的應(yīng)用是目前的發(fā)展趨勢(shì)。采用這種技術(shù)后，齒輪將無(wú)需油脂潤(rùn)滑，在性能上極大地突破了傳統(tǒng)材料的使用極限，為解決航空航天機(jī)械急需解決的超低溫、超高真空、強(qiáng)輻射、高速、高負(fù)載、特殊介質(zhì)等典型特殊工況條件下的摩擦磨損問(wèn)題提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，為提高軍工機(jī)械穩(wěn)定性奠定了重要基礎(chǔ)。

當(dāng)前，普通齒輪一般采用單一材料制成，再進(jìn)行熱處理，以改善機(jī)械性能。齒輪的機(jī)械性能一般要求具有較高韌性，較高強(qiáng)度，較高耐磨性等。然而，采用一種材料制成的齒輪要滿足上述性能要求，具有較高的難度。此外，齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中為了減少磨損，要加各種潤(rùn)滑油潤(rùn)滑脂，造成一定的環(huán)境污染，并且減摩效果不是特別理想，使用場(chǎng)合也具有一定的局限性。

實(shí)用新型發(fā)明“一種新型自潤(rùn)滑齒輪”(201720219452.8)采用三層夾層結(jié)構(gòu)，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上與其相似(本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)對(duì)于與此專利相似之處沒(méi)有涉及)，但發(fā)明中第二層和第三層的材料和加工方法與此發(fā)明不同，如第二層和第三層采用了高合金剛材料和金屬基固體自潤(rùn)滑材料，并運(yùn)用了3D打印，離子噴涂，激光涂覆等先進(jìn)加工技術(shù)。因此，本發(fā)明各層的材料布局更合理，能獲得更好力學(xué)性能的齒輪；同時(shí)最外層的金屬基自潤(rùn)滑材料耐磨性更好，壽命更高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種多材料復(fù)合自潤(rùn)滑齒輪，其特點(diǎn)在于應(yīng)用固體自潤(rùn)滑材料，通過(guò)在齒面上涂覆自潤(rùn)滑涂層，基于傳動(dòng)過(guò)程中的碰撞和摩擦等溫升作用，使得齒輪自潤(rùn)滑涂層具有自潤(rùn)滑特性，滿足無(wú)油、乏油等極端工況的應(yīng)用要求；同時(shí)采用夾層式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于充分發(fā)揮每種材料的特性，符合齒輪“里韌外硬”的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，適用于高速重載、高真空、寬溫域工況下的齒輪傳動(dòng)領(lǐng)域。

本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：