[发明专利]一种镀覆超润滑固体薄膜的齿轮传动装置

说明书

本发明公开了一种镀覆超润滑固体薄膜的齿轮传动装置，由齿轮传动装置本体和镀覆在齿轮啮合面中一面或双面的a‑C:H基超润滑固体薄膜组成；镀膜部件上开有导电用螺纹孔，用于在制备时经由导电螺钉与加工平台的导电区连通。本发明通过镀膜可以大幅度降低运转的摩擦力矩，增加转动的平稳性，降低能量损耗，而且导电用螺纹孔的加入还能够保证加工时镀膜部件与工作台之间的导电。

技术领域

本发明属于轴承技术领域，涉及一种镀覆超润滑固体薄膜的齿轮传动装置。

背景技术

超润滑固体薄膜与传统固体润滑薄膜(如MoS₂)相比，其摩擦系数(<0.005)低1-2个数量级，摩擦力矩波动大幅度降低，可大幅度提高活动机构的运转平稳性，降低摩擦力矩和能耗，对于提高空间航天器运转平稳性，降低摩擦带来的噪音和动力衰减等具有不可替代的重要作用。

尽管国内外多个高校和研究所对超润滑材料进行了大量研究，并尝试了宏观尺度的超润滑薄膜的制备，但截至目前，尚无一种超润滑薄膜可以成功应用于空间用固体润滑轴承。其中涉及的主要问题如下：(1)超润滑研究基本局限在微观尺度，而微观超润滑机制难以在宏观重现；(2)少数在宏观尺寸表现出超润滑特性的材料(如含氢非晶碳膜，a-C:H)，寿命较短，摩擦系数波动较大，无法满足空间应用需求；(3)大多数当前研究获得的超润滑材料，不具有空间环境适应性(如真空、辐照、原子氧等)。

含氢非晶碳(a-C:H)膜是目前唯一具有空间应用可行性的超润滑材料，归因于三个方面：(一)a-C:H膜是已报道文献中，唯一在宏观尺度(即“概念与内涵”中解释的“大尺度”)试样上、传统测试条件下表现出超润滑性能的材料；(二)a-C:H膜是非晶膜，不依赖完美的晶体结构，也不依赖超洁净表面，因此可以被有效镀覆于非平面的表面(如滚动球轴承内外圈等)，这些对于石墨单晶、h-BN单晶等材料很难实现；(三)与a-C:H膜成分、结构都类似的类金刚石碳(DLC)膜，已经多次成功应用于空间活动机构，获得了空间飞行验证，因此a-C:H膜具有很高的空间环境适应潜力，这是其他二维材料不具备的。

但是在制备a-C:H基超润滑固体薄膜时，薄膜材料会同时沉积到工件台上。由于薄膜材料本身导电性较差，使得工件台与镀膜部件之间导电性会随着镀膜过程的进行而逐渐变差。然而镀覆a-C:H基超润滑固体薄膜的工艺需要被镀膜工件与工件台之间具有良好的导电性，以便于施加直流或脉冲电压，以保证超润滑薄膜的结构与性能。因此，要求工作台与镀膜部件之间导电性良好，因此薄膜材料覆盖工作台会导致工艺效果不好。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种镀覆超润滑固体薄膜的齿轮传动装置，其通过镀膜可以大幅度降低运转的摩擦力矩，增加转动的平稳性，降低能量损耗，而且导电用螺纹孔的加入还能够保证加工时镀膜部件与工作台之间的导电。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种镀覆超润滑固体薄膜的齿轮传动装置，由齿轮传动装置本体和镀覆在齿轮啮合面中一面或双面的a-C:H基超润滑固体薄膜组成；镀膜部件上开有导电用螺纹孔，用于在制备时经由导电螺钉与加工平台的导电区连通。

优选地，所述齿轮传动装置为直齿齿轮、斜齿齿轮、人字齿轮、圆锥齿轮、戟齿轮、交错轴斜齿轮、齿轮齿条机构或蜗轮蜗杆。

优选地，所述齿轮传动装置为作为齿轮传动减速装置的谐波减速器，则谐波减速器中，刚轮轮齿表面和/或柔轮轮齿表面镀覆所述a-C:H基超润滑固体薄膜。

优选地，所述谐波减速器的柔轮内表面镀覆所述a-C:H基超润滑固体薄膜。

优选地，所述谐波减速器的类型包含单波谐波减速器、双波谐波减速器和三波谐波减速器。

优选地，所述a-C:H基超润滑固体薄膜的厚度为0.1～10μm。

优选地，所述a-C:H基超润滑固体薄膜的厚度为1～3μm。