CN116044915A - 一种万向联轴器叉头端面齿及其制作方法与万向联轴器 - Google Patents

一种万向联轴器叉头端面齿及其制作方法与万向联轴器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种万向联轴器叉头端面齿及其制作方法与万向联轴器，属于联轴器技术领域。该端面齿包括若干位于同一平面内的齿牙以及承载所述齿牙的基体，所述的齿牙以及基体均涂覆有一层耐磨层，所述耐磨层上具有由流通通路构成凹表面纹理或图形，该流通通路允许穿过端面齿表面储存输送润滑脂，所述凹表面纹理或图形是由外部手段单独制作的。解决了叉头端面齿的局部润滑不畅的问题，减少端面齿的减少端面齿产生疲劳裂纹或断裂情况，延长端面齿使用寿命，且端面齿表面材料的耐冲击性、耐磨耗和耐腐蚀性不降低。

Description

一种万向联轴器叉头端面齿及其制作方法与万向联轴器
技术领域
本发明属于联轴器技术领域，更具体地说，涉及一种万向联轴器叉头端面齿及其制作方法与万向联轴器。
背景技术
万向联轴器叉头端面齿结构类似于法兰盘连接，但在法兰盘的端面上增加了齿形，在转矩传递过程中，受力部件与法兰盘完全不同，万向联轴器叉头端面齿连接的两个部件是靠万向联轴器叉头端面齿形传递转矩，而不是通过拉紧螺栓传递。万向联轴器叉头端面齿连接时正常工况下连接螺栓不受剪切力，只受轴向拉紧力，传递的转矩由多个齿牙来分担，受力非常均匀，避免了应力集中，因此螺栓不易失效，此外万向联轴器叉头端面齿具有自动定心，精度高，在高转速下传递大转矩，并能将复杂的整体结构分成几个部分简单的结构，便于工业产品的设计、制造、安装和维修。
然而由于冶金钢厂轧线环境温度高、水汽大且万向联轴器承载较大扭矩，造成端面齿连接处容易出现疲劳裂纹及断裂的问题。为了解决上述的问题，目前公开的技术为在齿外表面设有一层耐磨层：例如中国专利CN201410134999.9公开了一种耐磨损铸造齿轮，它是由齿轮本体、齿牙和轴孔构成，齿牙表面设置有耐磨层；CN201711090668.X公开了一种用于齿轮零件表面的耐腐蚀涂层，包括以下重量份的材料：50～53质量份碳氮化钛、10～12质量份二氧化硅、4～6质量份氧化钴、2～4质量份氧化钒、2～4质量份氧化锌；CN201710010830.6公开了一种金属表面尼龙喷粉工艺，包括以下步骤：S1：选取熔点大于250℃的金属作为基体，S2：将尼龙粉体进行硫化处理，S3：利用输送带将S1中所述的基体输送到喷粉设备所在的位置，喷粉设备上的喷枪将S2中所述的硫化后的尼龙粉体喷涂到S1中所述的基体外表面上，喷枪的清枪压力为0.6-0.8MPa，S4：利用输送带将S3中所述的基体输送到固化室的内部，固化室的内部温度设置为200-240℃，S3中所述的基体在固化室的加热时间为9min30s到10min30s，然后停止加热，使得基体上的尼龙粉体进行冷却固化，得到尼龙粉体层。
上述专利公开的技术形成耐磨层可以较好的解决齿轮疲劳产生裂纹的问题，但对于万向联轴器叉头端面齿而言，在高转速且密封的情况下(实际生产中采用通用锂基润滑脂，例如市售的昆仑牌)，由于离心力的作用，导致润滑脂易出现边缘聚集的情况，导致叉头端面齿出现局部润滑不畅的问题。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中万向联轴器叉头端面齿局部润滑不畅的问题，本发明提供一种万向联轴器叉头端面齿及其制作方法，解决叉头端面齿的局部润滑不畅的问题。
本发明的另一目的是提供一种具有上述叉头端面齿的万向联轴器。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的万向联轴器叉头端面齿，包括若干位于同一平面内的齿牙以及承载所述齿牙的基体，所述的齿牙以及基体均涂覆有一层耐磨层，所述耐磨层上具有由流通通路构成的凹表面纹理或图形，该流通通路允许穿过端面齿表面储存输送润滑脂，所述凹表面纹理或图形是由外部手段单独制作的。
于本发明的一种可能实施方式中，所述凹表面纹理包括粗纹理和细纹理，其中所述粗纹理的尺寸满足：最大横向尺寸为从2mm到5mm，所述细纹理的尺寸满足：最大横向尺寸为从0.6mm到1mm。
于本发明的一种可能实施方式中，所述凹表面纹理或图形包括放射状、栅格状、同心圆状、复合状(同心圆和放射状)、螺旋状或葵花籽状。
于本发明的一种可能实施方式中，所述耐磨层包括覆盖区和非覆盖区，其中覆盖区涂覆有尼龙超细粉，非覆盖区未涂覆尼龙超细粉，所述非覆盖区与覆盖区之间形成有流通通路。
于本发明的一种可能实施方式中，所述所述尼龙超细粉为RILSAN细粉或尼龙11超细粉。
于本发明的一种可能实施方式中，所述尼龙超细粉添加有纳米二氧化硅粉末，添加量为尼龙超细粉总重量的0.015-0.05％。
本发明还提供了一种万向联轴器叉头端面齿的制作方法，包括以下步骤：
步骤S101、对万向联轴器叉头端面齿进行酸处理，处理时间为5-10min，然后冲洗烘干；
步骤S102、制作凹表面纹理或图形铁皮样板，将凹表面纹理或图形铁皮样板用粘胶固定在待涂覆齿轮表面，将尼龙超细粉喷涂到端面齿外表面上，喷枪的压力为0.5-0.7MPa；
步骤S103、对喷涂后的万向联轴器叉头端面齿进行固化保温处理，保温温度为200-250℃。
于本发明的一种可能实施方式中，步骤S101中所述酸为硫酸、盐酸或者硝酸，其质量分数为0.5-0.8％，不仅可以去除表面的油渍，且可以提高表面的粗糙度。
于本发明的一种可能实施方式中，本发明还提供了一种具有上述万向联轴器叉头端面齿的万向联轴器。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明通过在耐磨层上形成具有由流通通路构成的凹表面纹理或图形，该流通通路允许穿过端面齿表面储存输送润滑脂，利用凹表面纹理或图形将部分的润滑脂定位在端面齿啮合位置，即使在高转速情况下，这部分润滑脂在粘附力、摩擦力等作用下，克服离心力，尽可能的起到局部润滑作用，解决了叉头端面齿的局部润滑不畅的问题，减少端面齿的减少端面齿产生疲劳裂纹或断裂情况，延长端面齿使用寿命，且端面齿表面材料的耐冲击性、耐磨耗和耐腐蚀性不降低。
附图说明
以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。
图1为本发明万向联轴器叉头端面齿的结构示意图；
图2为本发明万向联轴器叉头端面齿的局部结构放大图；
图3为本发明万向联轴器叉头端面齿的一种结构示意图；
图4为图3的凹表面纹理或图形的同心圆状结构示意图；
图5为本发明万向联轴器叉头端面齿的结构示意图；
图6为图5的凹表面纹理或图形的螺旋状结构示意图；
图7为本发明凹表面纹理或图形的葵花子状结构示意图；
附图标记说明：
11、齿牙；12、基体；13、耐磨层；131、覆盖区；132、非覆盖区；14、流通通路；15、粗纹理；16、细纹理。
具体实施方式
下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。
如图1至图7所示，本发明的具有非连续型耐磨层13的万向联轴器叉头端面齿，包括若干位于同一平面内的齿牙11以及承载所述齿牙11的基体12，所述的齿牙11以及基体12均涂覆有一层耐磨层13，所述耐磨层13上具有由流通通路14构成凹表面纹理或图形，该流通通路14允许穿过端面齿表面储存输送润滑脂(通用锂基润滑脂，例如市售的昆仑牌)，所述凹表面纹理或图形是由外部手段单独制作的。
令发明人惊奇的发现，相比现有的光滑、连续型耐磨层13，本发明的叉头端面齿润滑脂的分布更加均匀，且在高转速情况下，润滑脂聚集现象不明显，端面齿可以得到很好的润滑，减少端面齿产生疲劳裂纹或断裂情况，端面齿使用寿命延长10-20％，且端面齿表面材料的耐冲击性、耐磨耗和耐腐蚀性不降低。
在耐磨层13上，上述流通通路14并不是材料构造的一部分而是用机械性的方法制作在耐磨层13的表面上的。在本发明的一种推荐的形式下，耐磨层13的凹表面纹理由在使用之前制作的粗纹理15和细纹理16组成。
粗纹理15的图形及其宽度和深度，只要遵守以上限制，实际上可以是任何所希望的图形和尺寸。粗纹理15的深度可以与耐磨层13的厚度相等，优选的粗纹理15也可以具有不超过耐磨层13厚度的90％任一所希望的深度，在给定的高转速下较深的粗纹理15将有利于阻止润滑脂的运动。如果深度超过了耐磨层13厚度的90％，则耐磨层13的机械强度(由于水汽等的侵蚀，造成耐磨层13开裂脱落等)将会严重地降低因此应予避免。在现有技术中的任一所希望的图形，例如同心圆、正方格子、三角格子等等都可用于有助于给出凹陷的表面，此外，在上述提到过的尺寸限制范围之内，一切都可被组合成具有良好效果的所希望的任何一种图形和图形的组合。具体的如图4、图6和图7所示，所述凹表面纹理或图形包括放射状、栅格状、同心圆状、复合状(同心圆和放射状)、螺旋状或葵花籽状。
对比了表面为同心圆状、复合状(同心圆和放射状)的润滑脂聚集情况，研究结果显示，相较于表面纹理为同心圆状，表面纹理为复合状润滑脂分布得更加均匀；此外，葵花籽状的表面纹理，不仅润滑脂分布较为均匀，且相应的润滑脂不易被离心力甩至边缘。
在耐磨层13上边形成凹表面纹理或图形的机械性的方法可以包括但并受限于喷涂、加压、压印浮雕、铸模、切削或者光刻手段等等，如果耐磨层13可以用这些手段加工的话；取决于所用的图形，凹表面纹理或图形的尺寸和耐磨层13材料的性质，人们还利用切削工具或者其他的具有适当的尺寸和空间的装置在使用之前形成凹表面纹理或图形，这种技术对那些具有较低范围的尺寸的凹表面纹理或图形来说是最有效的。在原本存在于耐磨层13上的凹表面纹理或图形已被磨损到不复存在的程度时，这种技术也可有效地用作用于使凹表面纹理或图形再生的手段。
进一步的，所述表面纹理包括粗纹理15和细纹理16，其中所述粗纹理15的尺寸满足：最大横向尺寸为从2mm到5mm，所述细纹理16的尺寸满足：最大横向尺寸为从0.1mm到0.5mm。这些细纹理16也用作不受阻润滑脂的通路，尽管通路规模更小，润滑脂在这种组合中流动。正是这样一种同时存在的流通通路14的独特的组合，才得以使完全的，未受阻的和均匀的润滑脂分布到耐磨层13表面的每一部分。
在实际生产过程中，为了加工生产方便，所述耐磨层13包括覆盖区131和非覆盖区132，其中覆盖区131涂覆有尼龙超细粉，非覆盖区132未涂覆尼龙超细粉，所述非覆盖区132与覆盖区131之间形成有流通通路14。所述尼龙超细粉为RILSAN细粉或尼龙11超细粉。
在本实施例中，为了增加耐磨层13的耐磨性能，在尼龙超细粉中添加有二氧化硅粉末，二氧化硅粉末的粒径为100目左右，添加量为尼龙超细粉总重量的0.015-0.05％，优选的为0.02％。在此过程中，发明人通过大量的试验分析得到，一方面在喷涂时，二氧化硅粉末可以起到很好的骨架支撑作用；另一方面，通过齿端面的微观结构，发现二氧化硅粉末易填充于尼龙中高分子聚合体形成的网状结构中(Si与H形成氢键)，即使齿牙11啮合且处于高速的转动，提高了耐磨层13的抗冲击能力，以及抗磨削能力。
对此，在实际的生产使用过程中，发明人对不添加二氧化硅粉末的耐磨层13进行同等条件的测试，相应的使用寿命缩短10％左右。
此外，发明人惊奇的发现，对上述的尼龙超细粉经过活化保温预处理，其处理温度为50-70℃，优选的温度为60℃，最终得到的耐磨层13更加平坦且表面光。分析发现，活化的二氧化硅粉末的活性更强，其更容易填充于尼龙中高分子聚合体形成的网络中，使得耐磨层13更致密，有利于提高耐磨层13的抗冲击、抗冲刷性能，且提高抗腐蚀性能(水汽的腐蚀)。
实施例1
本实施例的具有非连续型耐磨层13的万向联轴器叉头端面齿的制作方法，包括以下步骤：
步骤S101、对万向联轴器叉头端面齿进行酸处理，处理时间为5min，然后冲洗烘干；所述酸为硫酸，其质量分数为0.5％，不仅可以去除表面的油渍，且可以提高表面的粗糙度；
步骤S102、制作凹表面纹理或图形铁皮样板，将凹表面纹理或图形铁皮样板用粘胶固定在待涂覆齿轮表面，将RILSAN细粉喷涂到端面齿外表面上，喷枪的压力为0.5MPa，具体的操作方法为目前已知的方法；
步骤S104、对喷涂后的万向联轴器叉头端面齿进行固化保温处理，保温温度为200℃。
实施例2
本实施例的具有非连续型耐磨层13的万向联轴器叉头端面齿的制作方法，包括以下步骤：
步骤S101、对万向联轴器叉头端面齿进行酸处理，处理时间为10min，然后冲洗烘干；所述酸为盐酸，其质量分数为0.8％，不仅可以去除表面的油渍，且可以提高表面的粗糙度；
步骤S102、制作凹表面纹理或图形铁皮样板，将凹表面纹理或图形铁皮样板用粘胶固定在待涂覆齿轮表面，将尼龙11超细粉喷涂到端面齿外表面上，喷枪的压力为0.7MPa，具体的操作方法为目前已知的方法；
步骤S104、对喷涂后的万向联轴器叉头端面齿进行固化保温处理，保温温度为250℃。
实施例3
本实施例的具有非连续型耐磨层13的万向联轴器叉头端面齿的制作方法，包括以下步骤：
步骤S101、对万向联轴器叉头端面齿进行酸处理，处理时间为8min，然后冲洗烘干；所述酸为硝酸，其质量分数为0.7％，不仅可以去除表面的油渍，且可以提高表面的粗糙度；
步骤S102、制作凹表面纹理或图形铁皮样板，将凹表面纹理或图形铁皮样板用粘胶固定在待涂覆齿轮表面，将尼龙11超细粉喷涂到端面齿外表面上，喷枪的压力为0.6MPa，具体的操作方法为目前已知的方法；
步骤S104、对喷涂后的万向联轴器叉头端面齿进行固化保温处理，保温温度为230℃。
实施例4
本实施例的具有非连续型耐磨层13的万向联轴器叉头端面齿的制作方法，包括以下步骤：
步骤S101、对万向联轴器叉头端面齿进行酸处理，处理时间为8min，然后冲洗烘干；所述酸为硫酸，其质量分数为0.55％，不仅可以去除表面的油渍，且可以提高表面的粗糙度；
步骤S102、制作凹表面纹理或图形铁皮样板，将凹表面纹理或图形铁皮样板用粘胶固定在待涂覆齿轮表面，将尼龙11超细粉喷涂到端面齿外表面上，喷枪的压力为0.7MPa，具体的操作方法为目前已知的方法；
步骤S104、对喷涂后的万向联轴器叉头端面齿进行固化保温处理，保温温度为240℃。
实施例5
本实施例的具有非连续型耐磨层13的万向联轴器叉头端面齿的制作方法，包括以下步骤：
步骤S101、对万向联轴器叉头端面齿进行酸处理，处理时间为8min，然后冲洗烘干；所述酸为盐酸，其质量分数为0.5％，不仅可以去除表面的油渍，且可以提高表面的粗糙度；
步骤S102、制作凹表面纹理或图形铁皮样板，将凹表面纹理或图形铁皮样板用粘胶固定在待涂覆齿轮表面，将尼龙11超细粉喷涂到端面齿外表面上，喷枪的压力为0.7MPa，具体的操作方法为目前已知的方法；
步骤S104、对喷涂后的万向联轴器叉头端面齿进行固化保温处理，保温温度为240℃。
实施例6
本实施例的具有非连续型耐磨层13的万向联轴器叉头端面齿的制作方法，包括以下步骤：
步骤S101、对万向联轴器叉头端面齿进行酸处理，处理时间为8min，然后冲洗烘干；所述酸为硫酸，其质量分数为0.5％，不仅可以去除表面的油渍，且可以提高表面的粗糙度；
步骤S102、制作凹表面纹理或图形铁皮样板，将凹表面纹理或图形铁皮样板用粘胶固定在待涂覆齿轮表面，将RILSAN细粉喷涂到端面齿外表面上，喷枪的压力为0.7MPa，具体的操作方法为目前已知的方法；
步骤S104、对喷涂后的万向联轴器叉头端面齿进行固化保温处理，保温温度为240℃。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种万向联轴器叉头端面齿，包括若干位于同一平面内的齿牙(11)以及承载所述齿牙(11)的基体(12)，所述的齿牙(11)以及基体(12)均涂覆有一层耐磨层(13)，其特征在于，所述耐磨层(13)上具有由流通通路(14)构成的凹表面纹理或图形，该流通通路(14)允许穿过端面齿表面储存输送润滑脂，所述凹表面纹理或图形是由外部手段在上单独制作的。
2.根据权利要求1所述的万向联轴器叉头端面齿，其特征在于，所述表面纹理包括粗纹理(15)和细纹理(16)，其中所述粗纹理(15)的尺寸满足：最大横向尺寸为从2mm到5mm，所述系纹理的尺寸满足：最大横向尺寸为从0.6mm到1mm。
3.根据权利要求2所述的万向联轴器叉头端面齿，其特征在于，所述凹表面纹理或图形包括放射状、栅格状、同心圆状、复合状、螺旋状或葵花籽状。
4.根据权利要求1所述的万向联轴器叉头端面齿，其特征在于，所述耐磨层(13)包括覆盖区(131)和非覆盖区(132)，其中覆盖区(131)涂覆有尼龙超细粉，非覆盖区(132)未涂覆尼龙超细粉，所述非覆盖区(132)与覆盖区(131)之间形成有流通通路(14)。
5.根据权利要求4所述的万向联轴器叉头端面齿，其特征在于，所述尼龙超细粉为RILSAN细粉或尼龙11超细粉。
6.根据权利要求5所述的万向联轴器叉头端面齿，其特征在于，所述尼龙超细粉添加有二氧化硅粉末，添加量为尼龙超细粉总重量的0.015-0.05％。
7.一种如权利要求1-6所述的万向联轴器叉头端面齿制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S101、对万向联轴器叉头端面齿进行酸处理，处理时间为5-10min，然后冲洗烘干；
步骤S102、制作凹表面纹理或图形铁皮样板，将凹表面纹理或图形铁皮样板用粘胶固定在待涂覆齿轮表面，将尼龙超细粉喷涂到端面齿外表面上，喷枪的压力为0.5-0.7MPa；
步骤S103、对喷涂后的万向联轴器叉头端面齿进行固化保温处理，保温温度为200-250℃。
8.根据权利要求7所述的万向联轴器叉头端面齿制作方法，其特征在于，步骤S101中所述酸为硫酸、盐酸或者硝酸，其质量分数为0.5-0.8％，不仅可以去除表面的油渍，且可以提高表面的粗糙度。
9.一种具有权利要求1-6任一项所述万向联轴器叉头端面齿的万向联轴器。
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