[发明专利]一种侧表面织构化的圆柱齿轮及其制备方法

说明书

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。

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；