自润滑齿轮制作方法、自润滑齿轮和自润滑齿轮副

1.本发明涉及核反应堆用高温齿轮领域，特别涉及一种自润滑齿轮制作方法、自润滑齿轮和自润滑齿轮副。


背景技术：

2.齿轮是常用的传动零件，在高温熔盐堆中的动设备，多数需要用齿轮结构来实现增减速或换向等功能。常规的润滑油、润滑脂需要经常进行人工维护，长则几个月、半年，短则一周、半个月。因核反应堆堆芯具有很高的辐射及较高的温度，不可能采取传统人工维护润滑的方案进行频繁的更换油脂或定期涂刷油脂。因此，固体润滑成为在现有严苛环境下唯一可选的方案。现有固体润滑方式是将固体润滑剂多为石墨或mos2粉末，做成油膏或半干性黏附膜在齿轮的齿面上。具体是采用高温焙烧的方式将固体润滑剂涂覆在齿面上(厚度为5μm左右)，可以起到润滑作用，但实际寿命只有几个小时，并且最新的高温润滑脂多以有机化合物为主，不适用于高辐射环境，使得现有固体润滑剂无法满足较长维护周期内传动零件的润滑需求。
3.因此，需要一种能够满足上述环境下齿轮润滑需求的结构来解决以上问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的固体润滑方式在高温辐射下寿命短的缺陷，提供一种自润滑齿轮制作方法、自润滑齿轮和自润滑齿轮副。
5.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
6.一种自润滑齿轮制作方法，所述自润滑齿轮制作方法包括以下步骤：
7.s1、将基材粉末倒入模具中，并在所述模具中的齿形区域混入润滑材料粉末；
8.s2、对所述模具中的粉末进行模压以形成齿胚；
9.s3、对所述齿胚进行烧结成型。
10.在本方案中，通过在齿形区域混入润滑材料粉末，使得位于齿形区域的基材能够形成混合材料，通过将齿形区域由混合材料形成的齿胚烧结成型以使得成型后的齿胚在齿形区域部分具有润滑功能，该润滑功能具体是指由于摩擦部位的齿形区域具有润滑材料，在摩擦过程中润滑材料漏出并用于齿轮传动时对摩擦区域进行润滑，并且由于润滑材料形成于齿胚中，在持续摩擦时润滑材料始终保持位于摩擦区域内且实现对摩擦区域的有效润滑，使得在齿轮维护周期较长的环境中无需人为对于齿轮的摩擦区域进行黏附润滑剂，延长了维护周期，在长周期内有效润滑同时提高了齿轮的使用寿命，节约了使用齿轮进行传动的使用成本。
11.较佳地，所述基材粉末为金属粉末或金属与石墨混合粉末。
12.在本方案中，基材粉末可以是金属粉末，金属粉末用于制造齿轮以保证齿轮的结构强度，当然还可是金属与石墨混合而成的粉末，以此减少基材粉末与润滑材料粉末混合时所耗费的混合时间，提高制造效率。
13.较佳地，所述润滑材料粉末为石墨粉末。
14.在本方案中，选用石墨粉末作为润滑材料粉末不仅能够充分与金属粉末进行混合，而且石墨粉末的润滑性较好获取成本较低，易于齿轮制造。
15.较佳地，在步骤s3之后还包括以下步骤：
16.s4、对烧结成型的齿轮的齿面进行精加工。
17.在本方案中，烧结加工形成齿轮的齿胚预先设置有加工余量，需要对烧结后的齿胚进一步进行精加工，以使得齿轮各个位置的齿轮精度满足设计要求，以此保证齿轮在与另一齿轮啮合时的传递位置精度。
18.一种自润滑齿轮，所述自润滑齿轮包括齿形部，所述齿形部对应摩擦位置设置有齿面，所述齿面的表面设置有用于润滑的混合材料，所述齿形部由所述齿面与所述混合材料复合而成。
19.在本方案中，齿形部位于自润滑齿轮朝外一侧设置，齿面位于齿形部用于摩擦的对应位置，通过将齿面设置有混合材料使得齿面在摩擦时具有润滑功能，通过将齿面与混合材料进行复合使得齿形部在持续与另一齿轮转动过程中齿面磨损的情况下对于摩擦位置能够提供持续的润滑功能，以此提高齿轮传动过程中的润滑周期以及齿轮的使用寿命。
20.较佳地，所述混合材料包括金属材料和润滑材料。
21.在本方案中，金属材料用于制作齿轮以保证齿轮自身的结构强度，润滑材料则用于提供齿面及齿形部的润滑功能。
22.较佳地，所述润滑材料为石墨粉末。
23.在本方案中，石墨粉末首先获取较为简单，成本较低且润滑效果较好，同时石墨粉末在与金属材料进行混合的时候其自身特性易于与金属材料混合，能够便于自润滑齿轮的加工制造。
24.较佳地，所述润滑材料与所述金属材料按预设比例混合后进行烧结处理。
25.在本方案中，采用烧结成型的自润滑齿轮其加工成本较低，润滑材料与金属材料按照预设比例进行混合能够保证自润滑齿轮的润滑功能顺利实现，通过烧结实现材料复合，提高自润滑齿轮的结构强度。
26.一种自润滑齿轮副，包括有上述的自润滑齿轮和与所述自润滑齿轮啮合的配合齿轮。
27.在本方案中，通过设置一自润滑齿轮和配合齿轮，使得自润滑齿轮副具有润滑功能，相比于设置两个自润滑齿轮相互啮合的成本更低且能够维持较长的润滑周期。
28.较佳地，所述自润滑齿轮与所述配合齿轮的传动比不为1，所述配合齿轮的尺寸小于所述自润滑齿轮的尺寸。
29.在本方案中，传动比不为1即自润滑齿轮可大也可小，自润滑齿轮大，在与配合齿轮接触时接触时间少于配合齿轮，减少自润滑齿轮磨损。
30.本发明的积极进步效果在于：本发明通过在齿形区域混入润滑材料粉末，使得齿轮的齿形区域的具有润滑功能，具有润滑功能的齿轮能够在与其他齿轮啮合的时候，齿形区域摩擦并漏出润滑材料以用于齿轮传动时对摩擦区域进行润滑，由于润滑材料形成于齿轮的齿形区域，以在持续摩擦时润滑材料始终保持位于摩擦区域内且实现对摩擦区域的有效润滑，使得在齿轮维护周期较长的环境中无需人为对于齿轮的摩擦区域进行黏附润滑
剂，延长了维护周期，在长周期内有效润滑同时提高了齿轮的使用寿命，节约了使用齿轮进行传动的使用成本。
附图说明
31.图1为本发明一实施例的自润滑齿轮的立体图。
32.图2为本发明一实施例的自润滑齿轮制作方法的流程图。
33.附图标记说明：
34.模具1
35.齿形区域2
36.齿形部3
37.齿面4
38.基圆部5
具体实施方式
39.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
40.本实施例提供了一种自润滑齿轮制作方法，其采用金属烧结工艺，自润滑齿轮制作方法包括以下步骤：
41.s1、将基材粉末倒入模具1中，并在模具1中的齿形区域2混入润滑材料粉末；
42.s2、对模具1中的粉末进行模压以形成齿胚；
43.s3、对齿胚进行烧结成型。
44.如图1、图2所示，具体地，自润滑齿轮即为所要制作的目标齿轮，目标齿轮的外周部分用于啮合另一齿轮的边缘为齿形区域2，齿形区域2包括有齿形部3以及对应摩擦位置的齿面4，齿形部3的外周边缘为锯齿结构，齿形部3的内周侧为圆环结构，而模具1具有与目标齿轮相同形状的凹槽，通过将基材粉末倒入模具1中以使得基材粉末获得与目标齿轮相同的形状，并在目标齿轮的齿形区域2中混入润滑材料粉末，进一步地，将粉末通过模具1进行模压以使得基材粉末具备初步的目标齿轮的形状即齿胚，再利用烧结工艺使得目标齿轮的齿胚定型，齿形区域2由基材粉末与润滑材料粉末混合而成的混合材料制成，通过混合材料使得齿形区域2不仅具有润滑功能，同时还具有一定的结构强度，该润滑功能具体是指由于摩擦部位的齿形区域2具有润滑材料，在目标齿轮与另一齿轮啮合的过程中，润滑材料能够用于润滑相互啮合的目标齿轮和另一齿轮，并在两个齿轮持续的摩擦过程中，润滑材料因齿面4的相互研磨而持续从齿形区域2漏出并用于齿轮传动时对摩擦区域进行润滑，由于润滑材料形成于齿形区域2，在持续摩擦时润滑材料始终保持位于摩擦区域内且石墨可以均匀的覆盖在齿面4上，以此实现对摩擦区域的有效润滑，相比于在目标齿轮的对应摩擦位置涂覆用于润滑的油膏或半干性黏附膜来说不存在脱落问题，使得在齿轮维护周期较长的环境中无需人为对于齿轮的摩擦区域进行黏附润滑剂操作，延长了维护周期，在长周期内有效润滑同时提高了齿轮的使用寿命，节约了使用齿轮进行传动的使用成本，并适用于长时间无法进行维护的环境使得适用范围更加广泛。
45.进一步地，在步骤s2与步骤s3之间还包括以下步骤：
46.将模压后的齿胚的齿形区域2的齿面4均匀涂覆石墨粉末，具体涂覆量按照多次实验得出的数值进行涂覆，将齿面4与齿胚再进行烧结定型，以此使得齿面4的表面具有一定量的石墨粉末，在齿形区域2的锯齿结构还未磨损时就已经具备润滑功能。
47.在本实施例中，基材粉末为金属粉末或金属与石墨混合粉末。
48.具体地，当基材粉末为金属粉末时，基材粉末与润滑材料粉末混合以形成混合材料，金属粉末用于制造齿轮以保证齿轮的结构强度，润滑材料粉末则用于提供齿轮的润滑功能，通过将两者结合所形成的混合材料用于制造齿形区域2使得自润滑齿轮不仅具有一定的结构强度，使得在与另一齿轮啮合时齿形区域2能够保持传动效率不会因齿形断裂而滑齿，同时润滑材料提供给自润滑齿轮以润滑功能，保证在与另一齿轮啮合时润滑材料始终位于摩擦区域，对齿轮提供持久有效的润滑。
49.在其他实施方式中，基材粉末还可以是金属粉末与石墨粉末混合而成，其中，石墨粉末用于提供齿形区域2的润滑功能，金属粉末用于制造齿轮以保证齿轮的结构强度，通过将金属粉末中混入石墨粉末，以使得基材粉末在与润滑材料粉末混合时由于自身具备一定量的石墨粉末，而能够减少基材粉末与润滑材料粉末的混合时间，进而减少制造自润滑齿轮所需的时间，以此提高自润滑齿轮的制造效率。润滑材料粉末可选用石墨粉末或其他用于与金属粉末混合并提供润滑功能的材料，此为现有技术，在此不作过多赘述。
50.在本实施例中，润滑材料粉末为石墨粉末。可选择地，润滑材料粉末还可以是其他可以实现润滑功能的粉末，例如二硫化钼、滑石粉等。
51.具体地，通过将石墨粉末与金属粉末混合以满足齿胚在模压后进行烧结定型的工艺，选用石墨粉末作为润滑材料粉末不仅能够充分与金属粉末进行混合，而且石墨粉末的润滑性较好获取成本较低，易于齿轮制造。
52.另外，当基材粉末为金属粉末与石墨粉末混合的材料时，再将石墨粉末与基材粉末混合时能够减少石墨粉末的混入量，同时节约混合所需时间，以此降低制造自润滑齿轮的时间成本。
53.在本实施例中，在步骤s3之后还包括以下步骤：
54.s4、对烧结成型的齿轮的齿面4进行精加工。
55.具体地，烧结加工形成齿轮的齿胚为保证制造精度通常设置为大于自润滑齿轮的尺寸，即齿胚预先设置有加工余量，通过对烧结后的齿胚进一步进行精加工，以使得自润滑齿轮的各个位置的尺寸精度满足设计要求，主要包括去除齿胚表面毛刺，以及修整齿胚略大于目标齿轮的尺寸部分，以此保证自润滑齿轮在与另一齿轮啮合时的传递位置精度。
56.本实施例还提供一种自润滑齿轮，自润滑齿轮包括齿形部3，齿形部3位于自润滑齿轮的外周部分，齿形部3的外周边缘为锯齿结构，齿形部3的内周侧为圆环结构，锯齿结构对应摩擦位置设置有齿面4，齿面4用于与另一齿轮的齿面4接触，自润滑齿轮的齿面4由金属粉末与润滑材料粉末混合而成的混合材料制成，通过将齿面4设置有混合材料使得齿面4在与另一齿轮的齿面4摩擦时具有润滑功能，并且锯齿结构自身同样采用混合材料制成，以使得锯齿结构也具备润滑功能，通过将齿面4与锯齿结构进行复合使得齿形部3在持续与另一齿轮转动过程中齿面4磨损的情况下润滑材料漏出并对应摩擦位置能够提供持续的润滑功能，以此提高齿轮传动过程中的润滑周期以及齿轮的使用寿命。
57.另外，齿形部3的圆环结构同样采用混合材料制成，也就是说齿形区域2均为混合
材料制成，通过将圆环结构利用混合材料制成使得圆环结构同样具备润滑功能，锯齿结构与圆环结构一体成型，以在部分锯齿结构磨损的情况下另一齿轮的齿面与圆环结构接触时圆环结构漏出润滑材料并保证两个齿轮啮合时依旧进行有效润滑。
58.在本实施例中，自润滑齿轮还包括有基圆部5，基圆部5连接于齿形部3的圆环结构的内周侧且基圆部5与齿形部3一体成型，基圆部5采用金属材料制成，基圆部5位于自润滑齿轮的中间区域且设置有通孔，通孔与自润滑齿轮的轴线同轴设置，通孔内设置有凹槽，凹槽用于与伸入通孔内的转轴上凸起配合，此为现有技术，在此不作过多赘述。
59.进一步地，混合材料包括金属材料和润滑材料，金属材料为现有技术中用于制造齿轮的材料，通过金属材料与润滑材料混合使得自润滑齿轮一方面具有一定的结构强度，另一方面还使得自润滑齿轮具有润滑功能。
60.其中，润滑材料为石墨粉末，首先，石墨粉末的获取方式较为简单，其次，石墨粉末的成本较低且润滑效果较好，同时石墨粉末在与金属粉末进行混合的时候其自身特性易于与金属粉末混合且满足烧结所需工艺要求，以便于自润滑齿轮的加工制造。
61.在本实施例中，润滑材料与金属材料按预设比例混合后进行烧结处理。
62.具体地，齿形区域2内原本的金属粉末与混入的石墨粉末按照预设比例进行混合，该比例根据多次混合实验得出，并且根据不同润滑需求可相应调整，其调整方法及比例属于现有技术，在此不作过多赘述。采用烧结成型的自润滑齿轮其应用于批量加工，批量加工下的自润滑齿轮的加工成本较低，石墨粉末与金属粉末按照预设比例进行混合能够保证自润滑齿轮的齿形区域2润滑功能顺利实现，通过烧结使得齿面4上涂覆的一定量的石墨粉末与锯齿结构复合使得后续在齿面4上的石墨粉末被摩擦掉后锯齿结构中的石墨粉末在摩擦过程中漏出并继续实现齿轮的有效润滑。
63.并且，本实施例还提供了一种自润滑齿轮副，包括有上述的自润滑齿轮和与自润滑齿轮啮合的配合齿轮。
64.具体地，配合齿轮为无润滑功能的齿轮，而自润滑齿轮自身具有润滑功能，在与配合齿轮啮合过程中能够持续润滑两个齿轮的摩擦位置，使得自润滑齿轮副具有润滑功能，以使得两个齿轮具有较佳的传动效率，并提高齿轮的使用寿命，相比于设置两个自润滑齿轮相互啮合的成本更低且能够维持较长的润滑周期。
65.在另一实施方式中，自润滑齿轮与配合齿轮的传动比不为1，其中，配合齿轮的尺寸小于自润滑齿轮的尺寸。
66.具体地，传动比不为1即自润滑齿轮与配合齿轮的尺寸不同，本实施例以自润滑齿轮的尺寸大于配合齿轮的尺寸为例进行说明，由于自润滑齿轮大，相邻两齿面4之间间距较大，在与配合齿轮接触时自润滑齿轮的齿面4的接触时间少于配合齿轮的齿面4的接触时间，通过将自润滑齿轮的尺寸设置为大于配合齿轮的尺寸，以减少自润滑齿轮副中自润滑齿轮的磨损，在保证有效润滑的同时提高自润滑齿轮副的使用寿命。
67.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种自润滑齿轮制作方法，其特征在于，所述自润滑齿轮制作方法包括以下步骤：s1、将基材粉末倒入模具中，并在所述模具中的齿形区域混入润滑材料粉末；s2、对所述模具中的粉末进行模压以形成齿胚；s3、对所述齿胚进行烧结成型。2.如权利要求1所述的自润滑齿轮制作方法，其特征在于，所述基材粉末为金属粉末或金属与石墨混合粉末。3.如权利要求1所述的自润滑齿轮制作方法，其特征在于，所述润滑材料粉末为石墨粉末。4.如权利要求1所述的自润滑齿轮制作方法，其特征在于，在步骤s3之后还包括以下步骤：s4、对烧结成型的齿轮的齿面进行精加工。5.一种自润滑齿轮，其特征在于，所述自润滑齿轮包括齿形部，所述齿形部对应摩擦位置设置有齿面，所述齿面的表面设置有用于润滑的混合材料，所述齿形部由所述齿面与所述混合材料复合而成。6.如权利要求5所述的自润滑齿轮，其特征在于，所述混合材料包括金属材料和润滑材料。7.如权利要求6所述的自润滑齿轮，其特征在于，所述润滑材料为石墨粉末。8.如权利要求6所述的自润滑齿轮，其特征在于，所述润滑材料与所述金属材料按预设比例混合后进行烧结处理。9.一种自润滑齿轮副，其特征在于，包括有如权利要求5-8中任一项所述的自润滑齿轮和与所述自润滑齿轮啮合的配合齿轮。10.如权利要求9所述的自润滑齿轮副，其特征在于，所述自润滑齿轮与所述配合齿轮的传动比不为1，所述配合齿轮的尺寸小于所述自润滑齿轮的尺寸。

技术总结
本发明公开了一种自润滑齿轮制作方法、自润滑齿轮和自润滑齿轮副，自润滑齿轮制作方法包括以下步骤：S1、将基材粉末倒入模具中，并在模具中的齿形区域混入润滑材料粉末；S2、对模具中的粉末进行模压以形成齿胚；S3、对齿胚进行烧结成型。通过在齿形区域混入润滑材料粉末，使得齿轮的齿形区域的具有润滑功能，与其他齿轮啮合时齿形区域摩擦并漏出润滑材料对摩擦区域进行润滑，以在持续摩擦时润滑材料始终保持位于摩擦区域内且实现对摩擦区域的有效润滑，使得在齿轮维护周期较长的环境中无需人为对于齿轮的摩擦区域进行黏附润滑剂，延长了维护周期，在长周期内有效润滑同时提高了齿轮的使用寿命。轮的使用寿命。轮的使用寿命。


技术研发人员：张宏新 翟利芳 徐博 朱世峰 李玲 胡瑞荣 李林玉 张丽娜
受保护的技术使用者：中国科学院上海应用物理研究所
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/16