CN106763649A - 一种蜂窝状多边形自润滑齿轮 - Google Patents

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陈奇
李�浩
徐帆
姚志刚
樊浩
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/17—Toothed wheels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16N—LUBRICATING
    • F16N1/00—Constructional modifications of parts of machines or apparatus for the purpose of lubrication

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Abstract

本发明涉及一种蜂窝状多边形自润滑齿轮，其齿面加工有蜂窝状沟槽和条状沟槽，以及中部条状排屑槽和顶部条状排屑槽；蜂窝状沟槽位于齿面中部，并在沟槽内填充有自润滑材料；条状沟槽位于齿面顶部，也在沟槽内填充有自润滑材料；中部条状排屑槽和顶部条状排屑槽分别贯穿整个齿面和位于齿面顶部，呈间隔分布，以利于排屑。本发明基于仿生学思想，受蜂窝形状的启发，提出一种蜂窝状多边形自润滑齿轮，与现有齿轮相比，蜂窝状多边形自润滑齿轮具有自润滑特性，无需额外添加润滑油和润滑脂等介质，丰富了齿轮润滑方式，可满足齿轮在无油/乏油等极限工况下的正常运行。

Description

一种蜂窝状多边形自润滑齿轮
技术领域
本发明涉及机械传动领域，特别涉及一种蜂窝状多边形自润滑齿轮。
背景技术
改善齿轮的润滑特性，简化齿轮润滑设备是整个齿轮设计行业亟待解决的难题。常见的齿轮润滑方式主要有搅油润滑、喷油润滑和滴油润滑，其设计时都需要附加油箱和输油泵等装置，额外增加了不少设备和空间位置，增加了齿轮箱的重量。而在现实应用中，例如火箭、飞机、潜艇自身空间有限，并且对自身重量有较为苛刻的要求，轻型化、集成化、便利化成为各个行业研究的重点方向，国内外为此也在积极探索齿轮新的润滑方式。现有的自润滑齿轮有采用齿轮内部储油润滑方式，内部的润滑油可以从齿面逐步渗出，其缺点是储油量少、出油量难以控制，还有采用齿面全涂覆自润滑材料的方式达到润滑效果，其缺点是自润滑材料磨损严重、润滑材料易剥落、齿轮强度大为降低和散热效果较差，自润滑齿轮寿命较短。
本发明目的是为了改善齿轮的润滑磨损条件，减轻齿轮箱重量，应用于齿轮运转空间要求较小的情况。运用所述蜂窝状多边形自润滑齿轮既能有利于自润滑材料充分与齿面基体接触，达到很好的自润滑效果。又能提高齿面强度，减小润滑材料的剥落，从而显著提高齿轮使用寿命。
所述蜂窝状多边形自润滑齿轮充分考虑齿轮的实际工况条件，在所述自润滑材料的周围设有所述条形排屑槽，使齿轮磨损产生的润滑材料磨屑和齿面磨损磨屑很好的从所述条形排屑槽中清理出去，保证齿面良好的接触环境。另外，所述蜂窝状自润滑齿轮齿面采用两段设计，齿顶部润滑材料采用条状润滑方式，间隔设有半圆形小槽，目的为了改善齿轮啮入啮出时的冲击特性，减小润滑材料的冲击力，提供较为良好的润滑排屑效果。
本发明结合了一定的仿生学原理，采用蜂窝特有的分布方式，有效减少润滑材料的使用，并且增强齿轮受力面积，提高齿轮强度。蜂窝的紧密排列和规则形状能够较好的保证齿面的润滑效果，并且蜂窝的结构是自然界不断进化得到的产物具有较高的稳定性。齿面润滑材料采用蜂窝式布局能够很好的结合仿生学理论，为齿面润滑材料的布局设计奠定良好的基础。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明基于蜂窝排列规律的分布情况，设计出一种蜂窝状多边形自润滑齿轮，从实际工况考虑，弥补了现有自润滑齿轮的不足，并加以改进。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种蜂窝状多边形自润滑齿轮，其特点在于：本发明涉及一种蜂窝状多边形自润滑齿轮，其齿面加工有蜂窝状沟槽和条状沟槽，中部条状排屑槽和顶部条状排屑槽，呈间隔规律排列。
本发明一种蜂窝状多边形自润滑齿轮，其特点也在于：所述蜂窝状沟槽位于齿面中部，分布于多边形间隔处，所述多边形为五边形或六边形，边长约占齿高的1/18，间距约为0.15mm；所述蜂窝状沟槽深度约为0.1mm，截面形状可以是梯形、矩形或V形；所述蜂窝状沟槽内填充有自润滑材料，如铜基、镍基等金属基固体润滑材料。
本发明一种蜂窝状多边形自润滑齿轮，其特点也在于：所述条状沟槽位于齿面顶部，长度约占齿高的1/5，间距约为齿宽的1/18，宽度约为0.05mm，深度约为0.1mm，呈间隔分布，所述条状沟槽内填充有所述自润滑材料。
本发明一种蜂窝状多边形自润滑齿轮，其特点还在于：所述顶部条状排屑槽位于齿面顶部，截面为半圆形，槽宽为0.08-0.1mm，深度约为0.05mm，长度约为齿高的1/5；所述中部条状排屑槽贯穿整个齿面，间距为齿宽的1/6，宽度为0.2mm，呈均布排列，且截面为半圆形，半径约为0.1mm。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
首先，本发明采用蜂窝特有的结构布局，节省了润滑材料的使用，保证了齿面强度，提高了齿轮润滑寿命。齿面润滑材料布局分为两部分，有效的保证了啮入啮出和正常啮合状态下的齿轮润滑和受力效果。结构布局紧凑合理，提供了良好的可加工性。
其次，润滑材料的周围都设有排屑槽，确保齿轮长期运转和恶劣环境下具有较好的润滑特性。排屑槽采用激光加工有效的保证了齿轮的强度，并且能够一定程度提高齿面硬度，增强抗疲劳能力。所述排屑槽的设计还有利于减少齿轮啮合过程中齿面的摩擦，从而降低齿轮发生点蚀和胶合的概率；并且有利于改善齿面啮合时的高温状况，有效降低最高温度，增加散热渠道。
最后，主动齿轮和从动齿轮的自润滑材料采用间隔分布，主动齿轮在多边形间隔处开出0.1mm的沟槽，熔覆所述金属基自润滑材料，同时从动齿轮在多边形内部开出凹坑，熔覆所述金属基自润滑材料。此设计方式可以保证在啮合过程中整个齿面都处于润滑状态，并且自润滑材料强度得到显著提高，有助于齿轮的平稳运转，提高齿轮寿命。
附图说明
图1为本发明的主动齿轮蜂窝状多边形自润滑齿轮齿面示意图；
图2为本发明的从动齿轮蜂窝状多边形自润滑齿轮齿面示意图；
图3为蜂窝表面纹路；
图4为本发明的示意图；
其中：1主动齿轮自润滑材料，2主动齿轮基体，3顶部条状排屑槽，4条状沟槽，5中部条状排屑槽，6从动齿轮自润滑材料，7从动齿轮基体。
具体实施方式
参见图1和图2，齿轮齿面采用电化学法加工出蜂窝状纹路，图1图2中齿面上的黑色阴影部分为所述金属基自润滑材料。
齿面顶部所述条状沟槽4内熔覆所述金属基自润滑材料，所述顶部条状排屑槽3与所述条状沟槽4间隔分布，齿轮啮合过程中产生的磨屑可以从所述顶部条状排屑槽3中排出。所述主动齿轮自润滑材料1的两侧还有横跨整个齿面的所述中部条状排屑槽5，齿面内部啮合过程产生的磨屑通过这种方式排出。齿侧留有的未加工区域，目的为了保证齿轮强度防止疲劳断裂。齿根采用过渡设计，有效减小应力集中。
图1和图2可以看出，从动齿轮自润滑材料6与主动齿轮自润滑材料1的施加区域正好颠倒，主动齿轮在多边形间隔处开出沟槽，熔覆所述金属基自润滑材料，同时从动齿轮在多边形内部开出凹坑，熔覆所述金属基自润滑材料。图1主动齿轮基体2可以被图2从动齿轮自润滑材料6充分润滑，图2从动齿轮基体7可以被图1主动齿轮自润滑材料1充分润滑，从而保证了两对齿轮啮合运转时齿面全部处于润滑状态。这种设计能够防止自润滑材料承受过大的拉力和切向力，减少润滑材料在啮合过程中的断裂破损，同时保证齿面强度和润滑特性。
利用ANSYS软件对所述蜂窝式多边形自润滑齿轮进行建模仿真分析，结果表明，普通光滑齿轮与所述蜂窝状多边形自润滑齿轮在承受相同的应力和温度时，通过热-结构耦合分析发现，所述蜂窝状多边形自润滑齿轮具有更好的抗变形特性，并且温度场分布更为均匀，最高温度有所下降，动力学性能较好。综合分析表明，所述蜂窝状多边形自润滑齿轮符合要求。
上述实施例仅是为了阐明本发明的技术构思和方案设计，并非对其限制；尽管上述实施例对本发明进行了详细的介绍，对本发明工作原理进行了透彻的说明，该领域的业内人士应当理解：其仍然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对当中部分技术特征进行相似替换；凡依据本发明精神实质所做的修改或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种蜂窝状多边形自润滑齿轮，其特征在于：本发明涉及一种蜂窝状多边形自润滑齿轮，其齿面加工有蜂窝状沟槽和条状沟槽，中部条状排屑槽和顶部条状排屑槽，呈间隔规律排列。
2.根据权利要求1所述一种蜂窝状多边形自润滑齿轮，其特征在于：所述蜂窝状沟槽位于齿面中部，分布于多边形间隔处，所述多边形为五边形或六边形，边长约占齿高的1/18，间距约为0.15mm；所述蜂窝状沟槽深度约为0.1mm，截面形状可以是梯形、矩形或V形；所述蜂窝状沟槽内填充有自润滑材料，如铜基、镍基等金属基固体润滑材料。
3.根据权利要求1所述一种蜂窝状多边形自润滑齿轮，其特征在于：所述条状沟槽位于齿面顶部，长度约占齿高的1/5，间距约为齿宽的1/18，宽度约为0.05mm，深度约为0.1mm，呈间隔分布，所述条状沟槽内填充有所述自润滑材料。
4.根据权利要求1所述一种蜂窝状多边形自润滑齿轮，其特征在于：所述顶部条状排屑槽位于齿面顶部，截面为半圆形，槽宽为0.08-0.1mm，深度约为0.05mm，长度约为齿高的1/5；所述中部条状排屑槽贯穿整个齿面，间距为齿宽的1/6，宽度为0.2mm，呈均布排列，且截面为半圆形，半径约为0.1mm。
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