CN113983142B - 一种低摩擦高效主动轮齿圈及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低摩擦高效主动轮齿圈，属于坦克装甲履带甲车辆推进系统领域。主动轮齿圈包括齿圈基体、自润滑减摩块和限位挡板，通过机械限位和焊接的工艺使三者固结。其中自润滑减摩块作为主动轮齿圈与履带啮合驱动的支撑和摩擦接触件，具有摩擦系数低、耐磨损的特点，尤其适用于采用金属履带的坦克等高速重载履带车辆。相对于现有技术主动轮齿圈，具有摩擦系数低、抗磨能力强的优点，可降低主动轮磨损速度、增加履带轮齿圈的使用寿命，同时可降低主动轮与履带啮合副的功率损耗，有利于提升整车机动性和履带啮合稳定性。

Description

一种低摩擦高效主动轮齿圈及其实现方法

技术领域

本发明属于坦克装甲履带甲车辆推进系统领域，涉及一种低摩擦高效主动轮齿圈，特别涉及一种高速重载履带车辆上与金属履带匹配使用的复合结构主动轮驱动齿圈。

背景技术

坦克和履带装甲车辆依靠履带推进系统，可以大幅增强其通过性能，使车辆能够顺利通过泥泞沼泽、山地丛林等松软地面及崎岖不平的恶劣路面。履带推进系统依靠两侧传动装装置传递扭矩到两侧主动轮齿圈，通过主动轮齿圈啮合履带并驱动履带运动，从而实现对履带车辆的运动控制。可见，主动轮齿圈是履带车辆实现运动控制的关键环节和重要部件。

目前的高速重载履带车辆，都采用金属履带，主动轮齿圈也采用整体钢制件。行驶过程中，主动轮齿圈与履带啮合传递扭矩，且此过程中主动轮驱动齿与履带存在滑动摩擦。在承受冲击力、压应力和摩擦力的作用下，主动轮齿圈磨损较快，成为限制主动轮齿圈使用寿命的关键因素。

主动轮磨损过多，对整车性能也有重要影响。一是当主动轮齿圈磨损较大时，啮合稳定性变差，高速运转的履带冲击振动幅值增加，连带降低履带的使用寿命，甚至引起脱履带脱落；二是当主动轮齿圈磨损较大时，主动轮齿节距变大，与履带匹配的理想啮合曲线发生变化，功率损耗进一步增加。在高速履带车辆中，履带推进装置功率损耗巨大，在高速行驶时功率消耗接近总输出功率的一半，其中主动轮与履带的啮合驱动是主要环节之一。

现有技术的坦克等履带装甲主动轮齿圈采用钢制产品，通过高频淬火等工艺使主动轮齿圈表层具有较高硬度，降低其使用中的磨损速度。如申请号为201410466277.3(履带车辆主动轮齿圈齿面强化方法专利)，提出了一种在主动轮齿圈表面熔覆硬质金属的方法，可提高主动轮齿圈表面硬度，可在一定程度上减缓磨损。但因为材料特性未发生变化，不能降低摩擦系数，对减缓磨损效果有限，也无法改善功率损耗问题。

发明内容

为解决背景技术中问题，本发明提出了一种复合结构的低摩擦高效主动轮齿圈，主动轮的主体安装和承载结构依然采用钢结构，在其主动轮驱动齿部分安装低摩擦系数、高硬度的自润滑减摩块。自润滑减摩块采用由石墨粉和硬质合金晶粒混合的硬质合金材料烧结而成，其中硬质合金晶粒用于强度支撑作用，保证接触和驱动履带，在滑动摩擦过程中石墨粉不断释放，起到了对金属齿圈和金属履带的润滑作用，降低了金属履带和主动轮齿圈上硬质合金的摩擦系数，延长了主动轮齿圈的使用寿命。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种低摩擦高效驱动主动轮齿圈，包括齿圈基体1、自润滑减摩块2和限位挡板3，在齿圈基体1的驱动齿形结构两侧加工安装自润滑减摩块2的沟槽，其深度与自润滑减摩块2的高度一致，自润滑减摩块2两侧加工有限位台阶，用于对自润滑减摩块2的限位和固定，限位挡板3上设置有与自润滑减摩块2相对应的凸边限位结构，自润滑减摩块2安装到齿圈基体1的驱动齿形结构的两侧的安装沟槽中，驱动齿形结构两侧安装好限位挡板3，限位挡板3焊接在齿圈基体1上。

进一步地，自润滑减摩块采用由石墨粉和硬质合金晶粒混合的硬质合金材料烧结而成，所述的硬质合金晶粒包括碳化钨、碳化铬、钴。

进一步地，自润滑减摩块的原料组成为：碳化钨、碳化铬、钴、石墨粉的配比按照质量百分比计为10％：(60％～70％)：5％：(5％～8％)：(10％-15％)，各组分之和为100％。

进一步地，自润滑减摩块的原料组成为：碳化钨、碳化铬、钴、石墨粉的配比按照质量百分比计为10％：65％：5％：8％：12％。

进一步地，自润滑减摩块的原料均采用球化颗粒粉末。

进一步地，自润滑减摩块的原料均匀混合后，加入模具中烧结定型，经热处理稳定性能后，出模后即为减摩块。

进一步地，压坯压力为300～400MPa。

进一步地，烧结温度为1300～1400℃，保持20min以上。

进一步地，自润滑抗摩块与齿圈基体驱动齿形结构的安装方式，可采用结构压紧，也可以采用直接粘接或焊接的方式。

一种实现低摩擦高效驱动主动轮齿圈的方法，包括如下步骤：

1、自润滑减摩块制备

碳化钨、碳化铬、钴、石墨粉按照质量百分比计为10％：(60％～70％)：5％：(5％～8％)：(10％-15％)的配比称量，均匀混合后，加入模具压坯后，在真空气氛下烧结定型，出模后即为减摩块；压坯压力为300～400MPa，烧结温度为1300～1400℃，保持20min以上；

2、在自润滑减摩块2两侧加工限位台阶；

3、在齿圈基体1的驱动齿形结构的两侧加工安装自润滑减摩块2的沟槽，其深度与自润滑减摩块2的高度一致；

4、安装时，先将自润滑减摩块2安装到齿圈基体1的驱动齿形结构的两侧的安装沟槽中，然后在驱动齿形结构两侧安装好限位挡板3，然后将限位挡板3焊接在齿圈基体1上。

本发明的有益效果：

1.本结构可延长最佳主动轮与履带驱动啮合副最佳啮合曲线的时间，有助于保持履带工作时的啮合稳定性，降低了功率损耗。

2.减摩块具有更加优秀的耐磨损性能，以此作为作为主动轮驱动履带的关键部位，可提升主动轮的使用寿命。

3.减摩块具有低摩擦系数特性，可显著降低主动轮与履带驱动啮合副的摩擦功率损耗，有助于提升整车机动性能。

附图说明

图1一种低摩擦高效主动轮齿圈组成示意图；

图2一种低摩擦高效主动轮齿圈斜视图；

图3一种低摩擦高效主动轮齿圈正视图；

图4自润滑减摩块结构图；

图5限位挡板结构图；

图6爆炸图。

具体实施方式

下面结合附图1至图6对本发明作进一步详细说明。

参见图1至3，一种低摩擦高效主动轮齿圈主要由齿圈基体1、自润滑减摩块2和限位挡板3组成。其中自润滑减摩块2的形状与齿圈基体上的驱动齿形结构相匹配，形成紧密贴合。

主动轮齿圈基体采用钢结构，用于安装和传递扭矩。在齿圈基体1的驱动齿形结构的两侧加工安装自润滑减摩块2的沟槽，其深度与自润滑减摩块2的高度一致，保证安装后具有平整的流线。抗摩块具有摩擦系数低、耐磨损的特点，可降低主动与轮履带啮合副的摩擦系数和磨损速度。

自润滑抗摩块与主动轮齿圈基体的结合可以采用多种方式，如结构限制、粘接或焊接。本发明实施例列举一种采用结构限制的结合方式。

参见图4和图6，自润滑减摩块2两侧加工有限位台阶，用于对自润滑减摩块2的限位和固定。参见图5和图6，限位挡板3上设置有与自润滑减摩块2相对应的凸边限位结构。自润滑减摩块2安装到齿圈基体1的驱动齿形结构的两侧的安装沟槽中，主要作用是传递载荷，并且降低与履带间的摩擦系数，降低了功率损耗。驱动齿形结构两侧安装好限位挡板3，限位挡板3焊接在齿圈基体1上。

在本发明中，自润滑减摩块采用由石墨粉和硬质合金晶粒混合的硬质合金材料烧结而成，所述的硬质合金晶粒包括碳化钨、碳化铬、钴。自润滑减摩块的原料组成如下：碳化钨、碳化铬、钴、石墨粉的配比按照质量百分比计为10％：(60％～70％)：5％：(5％～8％)：(10％-15％)，各组分之和为100％。优选的，碳化钨、碳化铬、钴、石墨粉的配比按照质量百分比计为10％：(65％)：5％：(8％)：(12％)。

工艺过程如下：采用球化颗粒粉末，均匀混合后，加入模具压坯后，在真空气氛下烧结定型，出模后即为减摩块；压坯压力为300～400MPa，烧结温度为1300～1400℃，保持20min以上。

测试其与金属履带板体的摩擦系数为0.318，同等环境下摩擦系数降低约50％。

低摩擦高效驱动主动轮齿圈的实现过程如下：

1、自润滑减摩块制备

碳化钨、碳化铬、钴、石墨粉按照质量百分比计为10％：(60％～70％)：5％：(5％～8％)：(10％-15％)的配比称量，均匀混合后，加入模具压坯后，在真空气氛下烧结定型，出模后即为减摩块；压坯压力为300～400MPa，烧结温度为1300～1400℃，保持20min以上；

2、在自润滑减摩块2两侧加工限位台阶；

3、在齿圈基体1的驱动齿形结构的两侧加工安装自润滑减摩块2的沟槽，其深度与自润滑减摩块2的高度一致；

4、安装时，先将自润滑减摩块2安装到齿圈基体1的驱动齿形结构的两侧的安装沟槽中，然后在驱动齿形结构两侧安装好限位挡板3，然后将限位挡板3焊接在齿圈基体1上。

本发明主动轮齿圈通过机械限位和焊接的工艺使齿圈基体、自润滑减摩块和限位挡板三者固结。其中自润滑减摩块作为主动轮齿圈与履带啮合驱动的支撑和摩擦接触件，具有摩擦系数低、耐磨损的特点，尤其适用于采用金属履带的坦克等高速重载履带车辆。相对于现有技术主动轮齿圈，具有摩擦系数低、抗磨能力强的优点，可降低主动轮磨损速度、增加履带轮齿圈的使用寿命，同时可降低主动轮与履带啮合副的功率损耗，有利于提升整车机动性和履带啮合稳定性。

Claims (9)

1.一种低摩擦高效驱动主动轮齿圈，其特征在于，包括齿圈基体(1)、自润滑减摩块(2)和限位挡板(3)，在齿圈基体(1)的驱动齿形结构两侧加工安装自润滑减摩块(2)的沟槽，其深度与自润滑减摩块(2)的高度一致，自润滑减摩块(2)两侧加工有限位台阶，用于对自润滑减摩块(2)的限位和固定，限位挡板(3)上设置有与自润滑减摩块(2)相对应的凸边限位结构，自润滑减摩块(2)安装到齿圈基体(1)的驱动齿形结构的两侧的安装沟槽中，驱动齿形结构两侧安装好限位挡板(3)，限位挡板(3)焊接在齿圈基体(1)上；

自润滑减摩块采用由石墨粉和硬质合金晶粒混合的硬质合金材料烧结而成，所述的硬质合金晶粒包括碳化钨、碳化铬、钴。

2.如权利要求1所述的一种低摩擦高效驱动主动轮齿圈，其特征在于，自润滑减摩块的原料组成为：碳化钨、碳化铬、钴、石墨粉的配比按照质量百分比计为10％：(60％～70％)：5％：(5％～8％)：(10％-15％)，各组分之和为100％。

3.如权利要求2所述的一种低摩擦高效驱动主动轮齿圈，其特征在于，自润滑减摩块的原料组成为：碳化钨、碳化铬、钴、石墨粉的配比按照质量百分比计为10％：65％：5％：8％：12％。

4.如权利要求3所述的一种低摩擦高效驱动主动轮齿圈，其特征在于，自润滑减摩块的原料均采用球化颗粒粉末。

5.如权利要求4所述的一种低摩擦高效驱动主动轮齿圈，其特征在于，自润滑减摩块的原料均匀混合后，加入模具中压坯后，真空气氛下烧结定型，经热处理稳定性能后，出模后即为减摩块。

6.如权利要求5所述的一种低摩擦高效驱动主动轮齿圈，其特征在于，压坯压力为300～400MPa。

7.如权利要求6所述的一种低摩擦高效驱动主动轮齿圈，其特征在于，烧结温度为1300～1400℃，保持20min以上。

8.如权利要求7所述的一种低摩擦高效驱动主动轮齿圈，其特征在于，自润滑抗摩块与齿圈基体驱动齿形结构的安装方式，可采用结构压紧，也可以采用直接粘接或焊接的方式。

9.一种实现如权利要求1至8中任一项所述的低摩擦高效驱动主动轮齿圈的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1、自润滑减摩块制备

碳化钨、碳化铬、钴、石墨粉按照质量百分比计为10％：(60％～70％)：5％：(5％～8％)：(10％-15％)的配比称量，均匀混合后，加入模具压坯后，在真空气氛下烧结定型，出模后即为减摩块；压坯压力为300～400MPa，烧结温度为1300～1400℃，保持20min以上；

2、在自润滑减摩块2两侧加工限位台阶；

3、在齿圈基体1的驱动齿形结构的两侧加工安装自润滑减摩块2的沟槽，其深度与自润滑减摩块2的高度一致；

4、安装时，先将自润滑减摩块2安装到齿圈基体1的驱动齿形结构的两侧的安装沟槽中，然后在驱动齿形结构两侧安装好限位挡板3，然后将限位挡板3焊接在齿圈基体1上。