CN110145588A - 一种侧表面织构化的圆柱齿轮及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种侧表面织构化的圆柱齿轮及其制备方法，所述圆柱齿轮的侧表面浸油部分均匀分布有微织构和疏油涂层，所述微织构绕圆柱齿轮的轴心均匀阵列，具有特定的几何特征参数；所述疏油涂层喷涂在微织构的表面。本发明将表面微织构的特性与表面疏油涂层的疏油特性相结合，充分发挥了两者的协同作用，降低了齿轮的搅油损失，提高了齿轮的传动效率。

Description

一种侧表面织构化的圆柱齿轮及其制备方法
技术领域
本发明属于机械传动技术领域，具体涉及一种侧表面织构化的圆柱齿轮及其制备方法。
背景技术
齿轮是人们生活中常见的机械部件，被广泛的应用于机械传动机构中，用于传递运动和动力。齿轮作为机械传动系统的重要组成部分，其功率损失是传动系统的一项重要技术指标，而齿轮搅油损失占传动系统功率损失的比重较大。齿轮搅油损失是齿轮在油浴中旋转受到液体阻力所引起的功率损失，相关实验表明，高速状态下齿轮搅油损失约占齿轮传动总功耗的一半以上。因此，研究如何降低齿轮搅油损失并使之运用于机械设备上，具有重大意义。
德国伯恩大学的学者们研究发现，很多陆生植物表面都具有很强的疏水性，并且在显微镜下观察时其表面大多呈现一种凹凸的微观阵列形貌，这种独特的表面微观结构使得叶片表面具有异常优异的自清洁作用，通常称之为“荷叶效应”。表面微织构技术就是在金属表面制备出这样具有一定几何尺寸和排列方式的微小结构阵列，其优异的表面特性，能有效改善齿轮侧面的疏油性能，降低齿轮的搅油损失。疏油材料表面喷涂技术相较于表面微织构不仅具备良好的疏油特性，而且工艺简单，成本较低，但是寿命较低，容易磨损剥落，影响了其在齿轮表面疏油方面的应用。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种侧表面织构化的圆柱齿轮及其制备方法，将表面微织构的特性与表面疏油涂层的疏油特性相结合，充分发挥了两者的协同作用，降低了齿轮的搅油损失，提高了齿轮的传动效率。
为此，本发明采用了以下技术方案：
一种侧表面织构化的圆柱齿轮，所述圆柱齿轮的侧表面浸油部分均匀分布有微织构和疏油涂层，所述微织构绕圆柱齿轮的轴心均匀阵列，具有特定的几何特征参数；所述疏油涂层喷涂在微织构的表面。
优选地，所述微织构的几何形式包括环形沟槽、球冠形凹坑、锥形凹坑、矩形凹坑；所述圆柱齿轮的侧表面不包括齿轮侧面和齿根附近。
优选地，所述环形沟槽的截面为矩形，沟槽的深度为50μm，宽度为100μm，沟槽的间距为100μm。
优选地，所述球冠形凹坑的直径为80μm，深度为30μm；球冠形凹坑绕齿轮轴心的周向间距为100μm，径向间距为100μm。
优选地，所述锥形凹坑的直径为80μm，深度为30μm；锥形凹坑绕齿轮轴心的周向间距为100μm，径向间距为100μm。
优选地，所述矩形凹坑的长度为150μm，宽度为80μm，深度为30μm；矩形凹坑绕齿轮轴心的周向间距为150μm，径向间距为100μm。
一种上述侧表面织构化的圆柱齿轮的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照要求加工所需圆柱齿轮；
步骤二、在齿轮侧表面浸油区域内加工绕轴心均匀阵列的具有特定几何特征参数的微织构，包括环形沟槽、球冠形凹坑、锥形凹坑、矩形凹坑等形式，得到织构化齿轮；
步骤三、清洗包括沟槽和织构凹坑在内的圆柱齿轮侧表面，干燥后在织构化表面喷涂疏油涂层并干燥，得到侧表面织构化的圆柱齿轮。
优选地，步骤二中加工微织构的方法为激光、电火花、电子束中的一种。
优选地，步骤三的具体过程如下：
S1、将待喷涂的织构化圆柱齿轮放置在清洗箱内进行清洗，去除油污、灰尘、锈迹、加工织构残留等；
S2、将清洗干燥后的圆柱齿轮固定并放置在喷涂箱内，用泵喷雾器在齿轮侧表面喷涂底层材料；
S3、用热风枪将齿轮侧表面的底层涂料进行烘干处理；
S4、将疏油涂层表面喷涂材料与二氧化硅混合后，用泵喷雾器均匀的将混合涂料喷覆到底层材料上；
S5、用热风枪将表面喷涂材料进行干燥固化处理。
优选地，在步骤S1中，用超声清洗所述齿轮，用2000目的砂纸打磨除去齿轮侧表面的锈迹和加工织构残留的积屑；在步骤S4中，所述二氧化硅为粒径为30±5nm的纳米二氧化硅；在步骤S3中，所述底层涂料烘干处理的时间为0.5h-1h；在步骤S5中，所述表面疏油涂层烘干处理的时间为1h-2h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)在齿轮侧表面加工绕轴心环形沟槽和凹坑，改变表面的微型构造，不仅可以以其优异的表面特性，有效改善齿轮侧面的疏油性能，降低齿轮的搅油损失，还可以为疏油涂层的喷涂提供良好的附着表面，有效降低材料的剥落和破损概率，提高疏油材料的附着能力和性能。
(2)齿轮侧表面环形沟槽和凹坑与表面疏油材料协同作用，可以有效的降低浸油润滑齿轮的搅油损失，提高传动效率。
(3)工艺简单，加工方便，使用寿命较长。
附图说明
图1是本发明所提供的一种侧表面织构化的圆柱齿轮的结构示意图。
图2是本发明实施例一所提供的一种侧表面织构化的圆柱齿轮侧表面环形沟槽的结构示意图。
图3是本发明实施例二所提供的一种侧表面织构化的圆柱齿轮侧表面球冠形凹坑的结构示意图。
图4是本发明实施例三所提供的一种侧表面织构化的圆柱齿轮侧表面锥形凹坑的结构示意图。
图5是本发明实施例四所提供的一种侧表面织构化的圆柱齿轮侧表面矩形凹坑的结构示意图。
附图标记说明：1、微织构；2、疏油涂层。附图中的长度单位为μm。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例一
如图1所示，本发明公开了一种侧表面织构化的圆柱齿轮，所述圆柱齿轮侧表面织构化包括采用激光或其他技术在齿轮侧表面加工的绕轴心均匀阵列的微织构1以及喷涂在织构化表面的疏油涂层2，所述微织构1和疏油涂层2具有很好的疏油性能，有利于减小齿轮的搅油损失，提高传动效率。
侧表面织构化圆柱齿轮的制备方法如下：
步骤一、按照要求加工所需圆柱齿轮；
步骤二、在图1所示齿轮侧表面浸油区域(除去轮齿侧面和齿根附近)内用激光加工技术加工绕轴心均匀阵列的环形沟槽,环形沟槽的截面为矩形，如图2所示，沟槽深度为50μm，宽度为100μm，沟槽间距为100μm；
步骤三、清洗圆柱齿轮侧表面包括沟槽内，干燥后在织构化表面喷涂疏油涂层并干燥，得到侧表面织构化的圆柱齿轮。步骤三的具体过程如下：
S1、将待喷涂的织构化圆柱齿轮放置在清洗箱内用超声清洗技术进行清洗，去除油污、灰尘，用2000目的砂纸打磨锈迹、激光加工织构残留等；
S2、将清洗干燥后的圆柱齿轮固定并放置在喷涂箱内，用泵喷雾器在齿轮侧面浸油位置喷涂底层材料；
S3、用热风枪将齿轮侧表面的底层涂料进行烘干处理，烘干时间为0.5h-1h；
S4、将疏油涂层表面喷涂材料与粒径为30±5nm的纳米二氧化硅混合后，用泵喷雾器均匀的将混合涂料喷覆到底层材料上；
S5、用热风枪将表面喷涂材料进行干燥固化处理，表面疏油涂层烘干处理的时间为1h-2h。
实施例二
实施例二公开了一种侧表面织构化的圆柱齿轮，其实现原理及产生的技术效果和实施例一相同，不同之处在于微织构的几何形式，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考实施例一中的相应内容。
如图3所示，在齿轮侧表面浸油区域(除去轮齿侧面和齿根附近)内用激光加工技术加工绕轴心均匀阵列的球冠形凹坑，球冠形凹坑错位排列，凹坑的直径为80μm，深度为30μm；球冠形凹坑绕齿轮轴心周向间距为100μm，径向间距为100μm。
实施例三
实施例三公开了一种侧表面织构化的圆柱齿轮，其实现原理及产生的技术效果和实施例一相同，不同之处在于微织构的几何形式，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考实施例一中的相应内容。
如图4所示，在齿轮侧表面浸油区域(除去轮齿侧面和齿根附近)内用激光加工技术加工绕轴心均匀阵列的锥形凹坑，锥形凹坑错位排列，凹坑的直径为80μm，深度为30μm；锥形凹坑绕齿轮轴心周向间距为100μm，径向间距为100μm。
实施例四
实施例四公开了一种侧表面织构化的圆柱齿轮，其实现原理及产生的技术效果和实施例一相同，不同之处在于微织构的几何形式，为简要描述，本实施例未提及之处，可参考实施例一中的相应内容。
如图5所示，在齿轮侧表面浸油区域(除去轮齿侧面和齿根附近)内用激光加工技术加工绕轴心均匀阵列的矩形凹坑，矩形凹坑错位排列，矩形凹坑的长度为150μm，宽度为80μm，深度为30μm；矩形凹坑绕齿轮轴心周向间距为150μm，径向间距为100μm。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种侧表面织构化的圆柱齿轮，其特征在于：所述圆柱齿轮的侧表面浸油部分均匀分布有微织构和疏油涂层，所述微织构绕圆柱齿轮的轴心均匀阵列，具有特定的几何特征参数；所述疏油涂层喷涂在微织构的表面。
2.根据权利要求1所述的一种侧表面织构化的圆柱齿轮，其特征在于：所述微织构的几何形式包括环形沟槽、球冠形凹坑、锥形凹坑、矩形凹坑；所述圆柱齿轮的侧表面不包括齿轮侧面和齿根附近。
3.根据权利要求2所述的一种侧表面织构化的圆柱齿轮，其特征在于：所述环形沟槽的截面为矩形，沟槽的深度为50μm，宽度为100μm，沟槽的间距为100μm。
4.根据权利要求2所述的一种侧表面织构化的圆柱齿轮，其特征在于：所述球冠形凹坑的直径为80μm，深度为30μm；球冠形凹坑绕齿轮轴心的周向间距为100μm，径向间距为100μm。
5.根据权利要求2所述的一种侧表面织构化的圆柱齿轮，其特征在于：所述锥形凹坑的直径为80μm，深度为30μm；锥形凹坑绕齿轮轴心的周向间距为100μm，径向间距为100μm。
6.根据权利要求2所述的一种侧表面织构化的圆柱齿轮，其特征在于：所述矩形凹坑的长度为150μm，宽度为80μm，深度为30μm；矩形凹坑绕齿轮轴心的周向间距为150μm，径向间距为100μm。
7.一种如权利要求1至6中任一项所述的侧表面织构化的圆柱齿轮的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、按照要求加工所需圆柱齿轮；
步骤二、在齿轮侧表面浸油区域内加工绕轴心均匀阵列的具有特定几何特征参数的微织构，包括环形沟槽、球冠形凹坑、锥形凹坑、矩形凹坑等形式，得到织构化齿轮；
步骤三、清洗包括沟槽和织构凹坑在内的圆柱齿轮侧表面，干燥后在织构化表面喷涂疏油涂层并干燥，得到侧表面织构化的圆柱齿轮。
8.根据权利要求7所述的一种侧表面织构化的圆柱齿轮的制备方法，其特征在于：步骤二中加工微织构的方法为激光、电火花、电子束中的一种。
9.根据权利要求7或8所述的一种侧表面织构化的圆柱齿轮的制备方法，其特征在于：步骤三的具体过程如下：
S1、将待喷涂的织构化圆柱齿轮放置在清洗箱内进行清洗，去除油污、灰尘、锈迹、加工织构残留等；
S2、将清洗干燥后的圆柱齿轮固定并放置在喷涂箱内，用泵喷雾器在齿轮侧表面喷涂底层材料；
S3、用热风枪将齿轮侧表面的底层涂料进行烘干处理；
S4、将疏油涂层表面喷涂材料与二氧化硅混合后，用泵喷雾器均匀的将混合涂料喷覆到底层材料上；
S5、用热风枪将表面喷涂材料进行干燥固化处理。
10.根据权利要求9所述的一种侧表面织构化的圆柱齿轮的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，用超声清洗所述齿轮，用2000目的砂纸打磨除去齿轮侧表面的锈迹和加工织构残留的积屑；在步骤S4中，所述二氧化硅为粒径为30±5nm的纳米二氧化硅；在步骤S3中，所述底层涂料烘干处理的时间为0.5h-1h；在步骤S5中，所述表面疏油涂层烘干处理的时间为1h-2h。
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