专利名称：一种改善大滑滚比下线接触流体润滑的方法
技术领域：
本发明涉及齿轮传动、蜗杆蜗轮传动领域，具体地说是一种改善大滑滚比下线接触流体润滑的方法。
背景技术：
润滑问题是高速、重载、大功率齿轮传动，尤其是蜗杆蜗轮传动中的关键技术难题和技术瓶颈，它制约着这些机械传动品质的进一步提高，束缚了这些机械传动的进一步发展。
齿轮传动、蜗杆蜗轮传动中的流体润滑属于大滑滚比下线接触润滑，这种润滑的缺点是，难以形成润滑油膜，使接触区承载能力下降、摩擦系数增大、能耗增大、发热严重和磨损加剧，这样条件下的接触区容易发生齿面磨损和齿面胶合失效。目前，解决上述条件下，大滑滚比下线接触润滑问题的技术手段有(I)提高齿面硬度；(2)精磨齿面，提高齿面光洁度；(3)增加润滑油粘度；(4)加抗胶合添加剂；(5)采用短齿制齿轮传动；(6)采用青铜等较贵金属制造蜗轮齿圈。虽然这些技术手段能减轻齿轮传动、蜗杆蜗轮传动中的润滑问题，如使形成的润滑油膜更厚些、使接触区摩擦系数降低些、使接触区摩擦能耗下降和摩擦发热减轻些、使齿面磨损减轻，进而缓解齿面胶合，但是，它们都没有从根本上解决这些机械传动中的润滑问题，因此不能克服润滑的技术瓶颈，不能大幅度提闻这些机械传动的润滑品质。大滑滚比下线接触流体润滑面临的技术难题是(1)润滑油膜剪切率高、剪应力大；(2)接触区摩擦系数较大；(3)接触区摩擦能耗较大、摩擦温升较高；(4)高温下润滑油粘度下降，接触区承载能力显著降低；(5)接触区高温使润滑油的接触表面界面剪切强度降低，导致润滑油膜在接触表面滑移，而使接触区润滑油膜承载能力大大下降；(6)接触区润滑油膜承载能力的大幅下降，使两接触表面更易发生直接接触而使接触区摩擦系数进一步增大、摩擦温升进一步升高、润滑油膜更薄、润滑油膜界面滑移更严重，因此形成一个恶性循环，最终导致接触区润滑油膜失效、接触区温度急剧升高，导致接触表面高温下胶合失效和接触表面严重磨损。
发明内容
为了解决上述问题，提供一种从根本上解决大滑滚比下线接触流体的润滑问题的方法，本发明运用低的界面剪切强度和界面滑移技术，开发了一种改善大滑滚比下线接触流体润滑的方法。本发明的技术方案为一种改善大滑滚比下线接触流体润滑的方法，将形成反形接触的两个固体分别设为接触体一与接触体二，包括以下步骤
A)控制接触体一的线速度士大于接触体二的线速度％，且滑滚比值5
=+其中Ua、Bs分别是两实际配对的反形接触表面圆周线速度；Λ 二 RlR7ZiR^R7) U分别为两配对表面曲率半径，两接触体综合杨氏弹性模量为En, \ \ \'2 Ε' =α分别为两配对表面泊松比，馬、馬分别
为两配对表面杨氏弹性模量；
B)在接触体一表面涂覆用于增强润滑油-接触体一的界面剪切强度的亲油涂层，使润滑油膜在亲油涂层上不发生滑移，所述亲油涂层外表面形成接触面一；
C)在接触体二表面涂覆用于降低润滑油-接触体二的界面剪切强度的憎油涂层，使润滑油膜在憎油涂层上都发生滑移，所述憎油涂层外表面形成接触面二 ；
D)在接触面一与接触面二间充满润滑油，控制施加在所述接触体一和所述接触体二的线接触区的载荷w为中等载荷或重载荷，产生的最大赫兹接触压力不小于O. 5GPa,从而形成改善后的线接触流体润滑。其中，所述接触体二表面涂的憎油涂层为强憎油涂层的氟碳涂层或帕杰氟硅涂层或聚四氟乙烯涂层。所述接触体一表面涂的亲油涂层为二氧化钛涂层或硅酸铝涂层。本发明的线接触流体润滑中，对线接触区施加中等载荷或重载荷，使产生的最大赫兹接触压力不小于O. 5GPa，涂有亲油涂层的接触面一与润滑油形成粘着界面，具有高的界面剪切强度，防止润滑油油膜在接触面一上发生滑移；涂有憎油涂层的接触面二与润滑油形成滑移界面，具有低的界面剪切强度，使润滑油油膜在接触面二上发生滑移；使线接触流体润滑具有大的无量纲中心膜厚，因此，线接触流体润滑具有大的承载能力，同时，又具有小的摩擦系数，并且滑滚比越大，效果越显著。本发明的有益效果是对于高速、重载、大滑滚比下齿轮传动、蜗杆蜗轮传动中的线接触润滑具有重要应用价值，能大幅降低这些机械传动润滑中的摩擦能耗、表面温升，大幅改善这些机械传动的润滑状态，显著提高这些传动零件的表面抗胶合能力、耐磨能力、工作性能，并延长其寿命。下面，对本发明进行详细的说明以及证明
本发明的原理是任何两个反形接触表面形成的线接触均可等效成一个弹性圆柱体与一个刚性平面的接触，如图I所示，设弹性圆柱体的半径为Λ，圆柱体圆周线速度为
,平面线速度为％ ,其中大于％ ,则Λ = R1R2 /(A +丨)，H:中，馬、I2分别为两配对表
面曲率半径，两接触体综合杨氏弹性模量为￡/2, ft I' 2/E ^/E1 + Q^iE2
，巧、A分别为两配对表面泊松比，喿、乓分别为两配对表面杨氏弹性模量，滑滚比值5=2( + Ufi)>ID其中，A区为润滑入口区，B区为赫兹接触区。在圆柱体的圆柱
面上涂覆亲油涂层，该亲油涂层外表面为接触面一，在刚性平面的表面上涂覆憎油涂层，该憎油涂层外表面为接触面二，在接触面一与接触面二之间充满润滑油，润滑油与接触面一之间形成粘着界面，与接触面二之间形成滑移界面。同时，在接触区施加载荷《，使其产生的最大赫兹接触压力不小于O. 5GPa。本发明线接触流体润滑具有摩擦系数低、承载能力高的优点。当润滑油与接触面二的界面剪切强度U接近于O时，本发、明的线接触流体润滑无量纲中心膜厚K (尽=AtZA )由下式计算
权利要求
1.一种改善大滑滚比下线接触流体润滑的方法，将形成反形接触的两个物体分别设为接触体一与接触体二，其特征在于包括以下步骤 A)控制接触体一的线速度\大于接触体二的线速度％，且滑滚比值S
2.根据权利要求I所述的一种改善大滑滚比下线接触流体润滑的方法，其特征在于所述接触体二表面涂的憎油涂层为强憎油涂层的氟碳涂层或帕杰氟硅涂层或聚四氟乙烯涂层。
3.根据权利要求I所述的一种改善大滑滚比下线接触流体润滑的方法，其特征在于所述接触体一表面涂的亲油涂层为二氧化钛涂层或硅酸铝涂层。
全文摘要
本发明涉及一种改善大滑滚比下线接触流体润滑的方法，包括以下步骤将形成反形接触的两个物体分别设为接触体一与接触体二，控制实际配对的接触体一和接触体二表面的线速度以及滑滚比值；在接触体一上涂亲油涂层，在接触体二上涂憎油涂层，在接触体一和接触体二之间充满润滑油，并在其线接触区施加使最大赫兹接触压力不小于0.5GPa的载荷，从而形成改善后的线接触流体润滑。本发明对于高速、重载、大滑滚比下齿轮传动、蜗杆蜗轮传动中的线接触润滑具有重要应用价值，能大幅降低这些机械传动润滑中的摩擦能耗、表面温升，大幅改善这些机械传动的润滑状态，显著提高这些传动零件的表面抗胶合能力、耐磨能力、工作性能，并延长其寿命。
文档编号F16H57/04GK102720832SQ20121023107
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月5日 优先权日2012年7月5日
发明者张永斌, 袁虹娣 申请人:张永斌