一种自集油增强型滚道表面及其制备方法与流程

技术领域：

本发明属于金属表面润滑技术领域，涉及一种自集油增强型滚道表面及其制备方法，能够增强润滑油的回流，防止润滑剂的爬移，提高摩擦副的自集油性能。

背景技术：
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机械间运动的传递离不开摩擦，摩擦造成的磨损同样不可忽视，在利用摩擦力的同时，还需要努力减少摩擦所带来的磨损，而改善摩擦副的摩擦状态以降低摩擦阻力造成的磨损是关键，一般通过润滑剂来达到润滑降低磨损的目的，另外，润滑剂还有防锈、减振、密封、传递动力等作用，充分利用现代的润滑技术能显著提高机器的使用性能和寿命并减少磨损，在两个摩擦副表面进行界面润湿性改进，增强润滑油的回流，可以有效的减少摩擦降低磨损。

改变材料表面集油能力主要有两种方法，一是改变材料表面微观结构，二是用多孔材料代替传统材料，这两种方法的目的是利用材料表面的孔穴进行贮油，在润滑过程中，贮存的润滑油可以释放出来参与润滑，第一种方法的研究集中于在材料表面进行孔穴加工，例如表面织构的加工，实现了润滑油的集中并改善了润滑，但由于破坏了摩擦副的表面，对零部件容易产生疲劳破坏，第二种方法在航空航天设备的设计中已经得到应用，但随着航天任务时间的延长，多孔材料的疲劳寿命也受到了挑战，对于这两种方法的研究，存在的缺点就是破坏了材料的表面完整性，容易使材料遭到破坏，因此，设计一种自集油增强型滚道表面及其制备方法，在不破坏材料的表面完整性的同时，增强润滑油的回流，可以有效的减少摩擦降低磨损。

技术实现要素：
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本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种自集油增强型滚道表面及其制备方法，在润滑滚道两侧镀上含氟的有机硅烷溶液等改性材料，使得润滑油能在表面张力的作用下自动被锁在滚道上，来有效地改善液体分子的堆积问题，并有效的减少摩擦、降低磨损。

为了实现上述目的，本发明涉及的自集油增强型滚道表面的主体结构为：镀膜层和亲油层，所述亲油层位于滚道中间位置处，亲油层的两侧为镀膜层，镀膜层的宽度为4mm-10mm，厚度为80-100nm，中间亲油层的宽度为0.3mm-1mm，所述镀膜层选用的材质为含氟类有机硅烷材料，在两侧镀膜层的高表面张力作用下，使润滑油有向中心流动的趋势，这样保证在润滑油剩余量很少情况下，也能够进行有效的润滑。

上述自集油增强型滚道表面是通过圆柱滚子压力镀膜装置来制备的，所述圆柱滚子压力镀膜装置的主体结构包括：磁力座、连接板、支撑柱、压紧螺钉、支撑板、平移台、调倾装置、凹形板、轴承支架、圆柱滚子、溶液注入孔和加热装置；两个磁力座为前后放置的长方体结构，用以作为底部支撑，两个磁力座的上部分别置有连接板，连接板上部靠近内侧边沿处固定置有支撑柱，所述连接板用以作为支撑柱的支撑板，所述支撑柱包括支撑螺栓、螺母和弹簧，所述支撑柱的中间为弹簧，弹簧的上端和下端分别置有支撑螺栓，所述下端的支撑螺栓的下侧与连接板固定连接，上端的支撑螺栓的上侧穿过支撑板通过螺母与支撑板连接，所述磁力座的后边沿中间处与压紧螺钉的下端固定连接，压紧螺钉的上端贯穿过支撑板并与其螺栓连接，所述支撑板为方形板状结构，压紧螺钉和支撑柱用以调节支撑板的升降，并进一步调节圆柱滚子与工件接触的压力，在工作状态时，弹簧处于压缩状态，将圆柱滚子顶起到与工件接触压紧后，通过压紧螺钉，能够用以调节圆柱滚子对工件压紧的力的大小，方形平板结构的平移台固定置于支撑板的中间位置处，所述平移台的右侧置有精确调节水平位移的千分头，所述平移台的上侧置有凹形板，凹形板的左右两侧边沿为凸起结构，中间为平面结构，所述凹形板用以给倾角调节留出空间以及固定和连接倾角的固定块，所述凹形板的左右两侧分别置有调倾装置，其主体结构包括固定块、弹簧、调倾块和调倾螺钉，所述固定块的底部固定于凹形板的边沿上，其右侧有长方体凸起结构，所述固定块右侧的凸起结构置于中空结构的调倾块的内侧，并且调倾块和固定块的底部通过铰链连接，所述固定块和调倾块的相邻侧面的上边沿处之间连接有处于压缩状态的弹簧，用以通过弹簧的伸缩来调节调倾块的角度，所述调倾螺钉位于调倾块上部，调倾螺钉的底端贯穿过调倾块的上表面与固定块的凸起结构的上侧相接触，锁紧调倾螺钉，则调倾块与固定块平行，通过调节调倾螺钉锁紧程度来改变弹簧的伸缩长度，进而调节调倾块的张角，用以调节与调倾块固定连接的轴承支架的倾角，进一步调节圆柱滚子的倾角，所述两调倾块之间置有的轴承支架的主体结构包括：固定板、侧板、凹槽，所述固定板为下部竖直长方体杆状结构，顶部中间处右侧处为翼板结构，顶部中间处开有左右延伸的凹槽，所述凹槽为弧状结构，用以存储镀膜溶液，所述侧板固定置有固定板的顶部左侧，所述固定板的侧面与凹槽对应位置处开有贯穿式的溶液注入孔，用以从此处将镀膜液注入凹槽内，圆柱滚子置于轴承支架的上方中间处，并与固定板和侧板轴承式连接，使圆柱滚子能够绕轴自由转动，所述圆柱滚子上开有两个间隔180度的环形缺口，所述该环形缺口的宽度为0.3mm-1mm，深度为1mm，所述该环形缺口的宽度与待制备的自集油增强型滚道上亲油层的宽度相同，圆柱滚子能够与待镀膜的轴承保持架中的凹槽相切，镀膜时，圆柱滚子转动，所述缺口处不会与镀膜溶液接触，不会产生镀膜，用以在轴承镀膜作业中得到了两侧疏油，中间亲油的镀层结构；所述圆柱滚子的后侧置有加热装置，所述加热装置固定在固定板的侧面，内有具有调控温度的控温装置，用以将加热装置的温度控制在80-100°，以满足镀膜要求。

所述圆柱滚子为可拆卸更换结构，能够根据所需制备的自集油增强型滚道表面的尺寸更换相应尺寸的圆柱滚子。

本发明通过所述的圆柱滚子压力镀膜装置来完成自集油增强型滚道表面的制备，具体工艺步骤如下：

s1、若对待镀膜环形件的内表面进行镀膜，则将待镀膜环形件固定置于能够匀速自转的水平空心轴上，将磁力座固定于空心轴外套筒上，圆柱滚子与待镀膜环形件的内表面相接触；若对待镀膜环形件的外表面进行镀膜，则将待镀膜环形件固定置于能够匀速自转的水平实心轴上，将磁力座固定于实心轴的外套筒上，圆柱滚子待镀膜环形件的外表面相接触；

s2、调节平移台来调节圆柱滚子与待镀膜环形件接触的宽度，来调节镀膜的宽度，或根据所需要的镀膜的宽度更换相应圆柱滚子的宽度；

s3、调节前后两侧的压紧螺钉和支撑柱，来使圆柱滚子保持环形件紧密接触，根据待制备的自集油增强型滚道表面镀膜层的厚度进行相应的压力调节，并在镀膜过程中进一步修正镀膜层的厚度，镀膜层的厚度过高，则调节压紧螺钉和支撑柱来增加圆柱滚子与待镀膜环形件的压力；镀膜厚度过低，则调节压紧螺钉和支撑柱来减小圆柱滚子与待镀膜环形件的压力；

s4、按照步骤3所述方式进行圆柱滚子调节后，通过调节调倾装置上的弹簧来进一步修正圆柱滚子的水平度与环形件的接触，用以保证镀膜厚度的均匀性；

s5、将微量镀膜溶液通过微量注液器从溶液注入孔注入轴承支架的凹槽内，以保证圆柱滚子能够接触凹槽内的溶液；

s6、启动加热装置，并调节到80℃，再启动放置待镀膜环形件的空心轴或实心轴，圆柱滚子在待镀膜环形件的带动下进行纯滚动运动，并黏附镀膜溶液到圆柱滚子上；

s7、圆柱滚子上经过加热固化的镀膜分子，运动到待镀膜环形件上时，受到压力作用，黏附到待镀膜环形件表面，并被压实，持续运转30-40分钟，使镀膜溶液完全固定到待镀膜环形件上后停止加热，停止镀膜溶液注入，完成镀膜过程。

本发明与现有技术相比，制备的自集油滚道比普通滚道的油池分布均匀对称，油池入口距离较大，同时自集油滚道内的油膜均匀，润滑效果好，在高速运转时依然能够保持较高的油膜厚度，所述的圆柱滚子压力镀膜装置采用磁力座作为底座，能够使该装置自由调整固定位置及方向，并具有良好的固定性，调倾装置和支撑柱进行配合，能够自由调整圆柱滚子的倾斜角度，调节方便灵活，实用性好，调倾装置与轴承支架配合能够在调节轴承支架倾斜角度的同时并能够紧密固定调倾支架，以实现圆柱滚子倾斜角度的调节与固定，其主体结构简单，设计构思巧妙，测量结果准确，操作简单方便，原理科学，使用方便灵活，实用性强，应用环境好，市场前景广阔。

附图说明：

图1为本发明涉及的圆柱滚子压力镀膜装置的主体结构原理示意图。

图2为本发明涉及的固定板的主体结构原理示意图。

图3为本发明涉及的平移台的主体结构原理示意图。

图4为本发明涉及的调倾块的主体结构原理示意图。

图5为本发明涉及的固定块的主体结构原理示意图。

图6为本发明涉及的油滴滴在自集油增强型滚道和普通滚道上的分布过程图。

图7为本发明涉及的集油增强型滚道和普通滚道表面油池宽度对比图。

图8为本发明涉及的集油增强型滚道和普通滚道表面入口距离对比图。

图9为本发明涉及的集油增强型滚道和普通滚道表面油池入口距离图。

图10为本发明涉及的集油增强型滚道和普通滚道表面膜厚对比图。

图11为本发明涉及的集油增强型滚道和普通滚道表面摩擦力测试图。

图12为本发明涉及的自集油滚道的等效模型结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的自集油增强型滚道表面的主体结构为：镀膜层101和亲油层102，所述亲油层102位于滚道中间位置处，亲油层102的两侧为镀膜层101，镀膜层101的宽度为4mm-10mm，厚度为80-100nm，中间亲油层102宽度为0.3mm-1mm，所述镀膜层101选用的材质为含氟类的有机硅烷材料，在两侧高的镀膜层101的表面张力作用下，使润滑油有向中心流动的趋势，这样保证在润滑油剩余量很少情况下，也能够进行有效的润滑改善。

上述自集油增强型滚道表面是通过圆柱滚子压力镀膜装置来制备的，所述圆柱滚子压力镀膜装置的主体结构包括：磁力座1、连接板2、支撑柱3、压紧螺钉4、支撑板5、平移台6、调倾装置7、凹形板8、轴承支架9、圆柱滚子10、溶液注入孔11和加热装置12；两个磁力座1为前后放置的长方体结构，用以作为底部支撑，两个磁力座1的上部分别置有连接板2，连接板2上部靠近内侧边沿处固定置有支撑柱3，所述连接板2用以作为支撑柱3的支撑板，所述支撑柱3包括支撑螺栓16、螺母17和弹簧18，所述支撑柱3的中间为弹簧18，弹簧18的上端和下端分别置有支撑螺栓16，所述下端的支撑螺栓16的下侧与连接板2固定连接，上端的支撑螺栓16的上侧穿过支撑板5通过螺母17与支撑板5连接，所述磁力座1的后边沿中间处与压紧螺钉4的下端固定连接，压紧螺钉4的上端贯穿过支撑板5并与其螺栓连接，所述支撑板5为方形板状结构，压紧螺钉4和支撑柱3用以调节支撑板5的升降，并进一步调节圆柱滚子10与工件接触的压力，在工作状态时，弹簧18处于压缩状态，将圆柱滚子10顶起到与工件接触压紧后，通过调节螺钉4，能够用以调节圆柱滚子10对工件压紧的力的大小，方形平板结构的平移台6固定置于支撑板5的中间位置处，所述平移台6的右侧置有精确调节水平位移的千分头19，所述平移台6的上侧置有凹形板8，凹形板8的左右两侧边沿为凸起结构，中间为平面结构，所述凹形板8用以给倾角调节留出空间以及固定和连接倾角的固定块，所述凹形板8的左右两侧分别置有调倾装置7，其主体结构包括固定块20、弹簧21、调倾块22和调倾螺钉23，所述固定块20的底部固定于凹形板8的边沿上，其右侧有长方体凸起结构，所述固定块20右侧的凸起结构置于中空结构的调倾块22的内侧，并且调倾块22和固定块20的底部通过铰链连接，所述固定块20和调倾块22的相邻侧面的上边沿处之间连接有处于压缩状态的弹簧21，用以通过弹簧21的伸缩来调节调倾块22的角度，所述调倾螺钉23位于调倾块22上部，调倾螺钉23的底端贯穿过调倾块22的上表面与固定块20的凸起结构的上侧相接触，锁紧调倾螺钉23，则调倾块22与固定块20平行，通过调节调倾螺钉23锁紧程度来改变弹簧21的伸缩长度，进而调节调倾块22的张角，用以调节与调倾块22固定连接的轴承支架9的倾角，进一步调节圆柱滚子10的倾角，所述两调倾块22之间置有的轴承支架9的主体结构包括：固定板13、侧板14、凹槽15，所述固定板13为下部竖直长方体杆状结构，顶部中间处右侧处为翼板结构，顶部中间处开有左右延伸的凹槽15，所述凹槽15为弧状结构，用以存储镀膜溶液，所述侧板14固定置有固定板13的顶部左侧，所述固定板13的侧面与凹槽15对应位置处开有贯穿式的溶液注入孔11，用以从此处将镀膜液注入凹槽15内，圆柱滚子10置于轴承支架9的上方中间处，并与固定板13和侧板14轴承式连接，使圆柱滚子10能够绕轴自由转动，所述圆柱滚子10上开有两个间隔180度的环形缺口，所述该环形缺口的宽度为0.3mm-1mm，深度为1mm，所述该环形缺口的宽度与待制备的自集油增强型滚道上亲油层的宽度相同，圆柱滚子10能够与待镀膜的轴承保持架中的凹槽相切，镀膜时，圆柱滚子10转动，所述缺口处不会与镀膜溶液接触，不会产生镀膜，用以在轴承镀膜作业中得到了两侧疏油，中间亲油的镀层结构；所述圆柱滚子10的后侧置有加热装置12，所述加热装置12固定在固定板13的侧面，内有具有调控温度的控温装置，用以将加热装置12的温度控制在80-100°，以满足镀膜要求。

所述圆柱滚子10为可拆卸更换结构，能够根据所需制备的自集油增强型滚道表面的尺寸更换相应尺寸的圆柱滚子10。

实施例2：

本实施例通过实施例1中所述的圆柱滚子压力镀膜装置来完成自集油增强型滚道表面的制备，具体工艺步骤如下：

s1、若对待镀膜环形件的内表面进行镀膜，则将待镀膜环形件固定置于能够匀速自转的水平空心轴上，将磁力座1固定于空心轴外套筒上，圆柱滚子10与待镀膜环形件的内表面相接触；若对待镀膜环形件的外表面进行镀膜，则将待镀膜环形件固定置于能够匀速自转的水平实心轴上，将磁力座1固定于实心轴的外套筒上，圆柱滚子10待镀膜环形件的外表面相接触；

s2、调节平移台6来调节圆柱滚子10与待镀膜环形件接触的宽度，来调节镀膜的宽度，或根据所需要的镀膜的宽度更换相应圆柱滚子10的宽度；

s3、调节前后两侧的压紧螺钉4和支撑柱3，来使圆柱滚子10保持环形件紧密接触，根据待制备的自集油增强型滚道表面镀膜层101的厚度进行相应的压力调节，并在镀膜过程中进一步修正镀膜层101的厚度，镀膜层101的厚度过高，则调节压紧螺钉4和支撑柱3来增加圆柱滚子10与待镀膜环形件的压力；镀膜厚度过低，则调节压紧螺钉4和支撑柱3来减小圆柱滚子10与待镀膜环形件的压力；

s4、按照步骤3所述方式进行圆柱滚子10调节后，通过调节调倾装置7上的弹簧21来进一步修正圆柱滚子10与环形件的接触，用以保证镀膜厚度的均匀性；

s5、将微量镀膜溶液通过微量注液器从溶液注入孔11注入轴承支架9的凹槽15内，以保证圆柱滚子10能够接触凹槽15内的溶液；

s6、启动加热装置12，并调节到80℃，再启动放置待镀膜环形件的空心轴或实心轴，圆柱滚子10在待镀膜环形件的带动下进行纯滚动运动，并黏附镀膜溶液到圆柱滚子10上；

s7、圆柱滚子上经过加热固化的镀膜分子，运动到待镀膜环形件上时，受到压力作用，黏附到待镀膜环形件表面，并被压实，持续运转30-40分钟，使镀膜溶液完全固定到待镀膜环形件上后停止加热，停止镀膜溶液注入，完成镀膜过程。

实施例3：

本实施例对自集油增强型滚道表面的性能进行测试，使用基础润滑油(pao4)在固定载荷条件下，测量润滑滚道宽度、油池入口距离和膜厚，进而得到图案润湿性对滚道自集油作用的效果，涉及的自集油增强滚道表面的具体实验步骤如下：

(1)将1μl润滑油添加到自集油滚道中间的亲油滚道上，用25.4mm的钢球和150mm玻璃盘，波长为655nm和532nm的光源，照射到玻璃盘和钢球之间形成干涉条纹，保持载荷不变，改变速度u进行实验，测量油池宽度、油池入口距离和中心油膜厚度；

(2)绘制油池宽度、油池入口距离和中心油膜厚度随滚动速度的变化曲线；

(3)改换没有自集油滚道的玻璃盘进行油池宽度、油池入口距离和中心油膜厚度的测量，与步骤(2)的结测试果进行对比，结果如图6、图7、图8、图9所示，图6和图7的结果为油池宽和油池入口距离的对比实验，从图中能够看出，自集油滚道的润滑宽度一直维持在1μm左右，而普通滚道当速度超多12mm/s后，油池宽度迅速下降，说明自集油滚道的集油宽度随速度变化比较稳定。自集油滚道的入口油池距离始终比普通滚道的高，当普通滚道的入口油池消失时，自集油滚道的入口依然保持0.18μm的距离；图8为自集油润滑滚道和普通润滑滚道的光干涉图，其中s为入口油池距离，w为油池宽度，两者是标记润滑油池的重要参数，从干涉图能够清楚的看出，自集油滚道对润滑油的回流具有促进作用，随着速度升高，相对普通滚道，油池也保持对称分布，油池入口距离较大，而普通滚道上，润滑油已经出现严重乏油，并且油池出现供油不均匀，润滑油开始分散，润滑效果大大减弱；图9所示是通过光干涉法测得的膜厚曲线对比图，自集油润滑滚道比普通润滑滚道所达到的膜厚能够增加8-12μm，随着速度增加，当普通滚道由于乏油造成供油不足和不均匀而产生膜厚下降时，自集油滚道的润滑膜厚依然处于上升阶段，自集油滚道的膜厚与普通滚道的膜厚高度差达到了50μm。

(4)对自集油增强型滚道进行摩擦力测试实验，实验摩擦配副为钢球对钢盘，一个钢块上进行图案化处理，一个不处理，在unt摩擦磨损试验机上进行往复摩擦实验，载荷为0.5n，速度为1hz，测试结果如图10所示，自集油增强型滚道测得的摩擦系数在测试阶段一直维持在0.10-0.12，而无自集油增强滚道的摩擦测试结果显示，摩擦系数开始维持在0.11-0.13，但当测试时间超过0.5h后，无自集油增强滚道的摩擦系数呈现增加的趋势，说明润滑已经失效，磨损增加，而带有自集油增强型滚道的表面能够有效的减少磨损，使润滑能够长时间的保持在低摩阶段，不同的油品测试结果显示，自集油增强型滚道减摩效果稳定。