一种具有供油回油功能的自润滑齿轮及密封组件
阅读说明：本技术 一种具有供油回油功能的自润滑齿轮及密封组件 (Self-lubricating gear and sealing assembly with oil supply and return functions ) 是由 张国涛 张志伟 王孝义 夏清华 杨晓红 朱长江 李天超 于 2021-01-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有供油回油功能的自润滑齿轮,它包括齿轮基体、储油凹槽、多孔储油体、油孔、齿面微织构、键槽；储油凹槽整体呈环形,开设在齿轮基体的内孔处,延伸至齿轮基体的内部；多孔储油体整体呈环形,配合安装在储油凹槽内；油孔一端开设在储油凹槽的顶部,另一端开设在齿轮基体的轮齿齿槽处的齿根圆上；齿面微织构开设在齿轮基体每个轮齿的前后两齿面上,齿面微织构为圆柱形凹坑。本发明自润滑齿轮可以将润滑油供入轮齿啮合部位并在齿面形成动压油膜润滑,齿轮停转后油液回渗被重新储存便于循环使用。(The invention discloses a self-lubricating gear with oil supply and return functions, which comprises a gear base body, an oil storage groove, a porous oil storage body, an oil hole, a tooth surface microtexture and a key groove, wherein the oil storage groove is formed in the gear base body; the oil storage groove is annular as a whole, is arranged at the inner hole of the gear base body and extends into the gear base body; the porous oil storage body is integrally annular and is arranged in the oil storage groove in a matching way; one end of the oil hole is arranged on the top of the oil storage groove, and the other end of the oil hole is arranged on a tooth root circle at the tooth socket of the gear teeth of the gear base body; the tooth surface micro texture is arranged on the front tooth surface and the rear tooth surface of each gear tooth of the gear matrix, and the tooth surface micro texture is a cylindrical pit. The self-lubricating gear can supply lubricating oil to the gear tooth meshing part and form dynamic pressure oil film lubrication on the gear surface, and the oil is re-infiltrated after the gear stops rotating and is stored for recycling.)
技术领域
本发明涉及齿轮传动技术领域，具体是涉及一种具有自发供油回油功能的自润滑齿轮。
背景技术
齿轮传动具有结构简单、传递扭矩大、工作效率高、适用速度范围广等优点，其广泛应用于联轴器、变速箱、减速器等机械装备。当工作一定时间后，齿轮失效及损坏的形式较多，常见有齿面磨损、胶合、齿根断裂等，这些现象的发生多与润滑不当引起齿轮早期失效相关。如何实现齿轮传动的高效润滑是行业亟待解决的难题。
现有齿轮传动装置大多采用飞溅润滑方式，即旋转的齿轮将齿轮箱底部的油液带入齿轮啮合处进行润滑，但飞溅润滑的润滑油量不易控制：润滑油量较少时难以起到有效润滑作用；润滑油量较大时增大了齿轮的搅油阻力，传动效率和油液温升较大，影响了润滑质量。另外，当润滑油损耗殆尽时，若不及时补充润滑油液，将导致齿面异常磨损，故需要经常加油维护，加大人力成本，更给设备运行生产安全带来较大隐患。
随着齿轮传动朝着高速重载趋势发展，齿轮高速旋转时巨大的离心力使润滑油很难附着于齿轮，进入啮合区的润滑油量较少，造成润滑不充分，较高的接触载荷也使得油液被挤出啮合区，难以形成有效动压油膜，啮合齿面易缺乏油润滑，给齿轮传动系统精度与寿命带来严重危害。因此，急需一种更高效的润滑方法来解决这些问题。
发明内容
本发明所要解决的问明是提供一种具有供油回油功能的自润滑齿轮，它可以将润滑油供入轮齿啮合部位并在齿面形成动压油膜润滑，齿轮停转后油液回渗被重新储存便于循环使用。同时，它可以实现润滑油精准供入轮齿啮合部位，从而保证润滑效果。另外，本发明还提供了一种密封组件，密封效果具有双重保障，油液防漏效果好，油量损耗低，不需频繁补油，便于长效润滑。总之，本发明自润滑齿轮保障了齿轮的高效润滑，不会发生过多油液浪费与能量损耗，满足齿轮传动系统的工作要求。
本发明一种具有供油回油功能的自润滑齿轮，它包括齿轮基体、储油凹槽、多孔储油体、油孔、齿面微织构、键槽；储油凹槽整体呈环形，开设在齿轮基体的内孔处，延伸至齿轮基体的内部；多孔储油体整体呈环形，配合安装在储油凹槽内；油孔一端开设在储油凹槽的顶部，另一端开设在齿轮基体的轮齿齿槽处的齿根圆上；齿面微织构开设在齿轮基体每个轮齿的前后两齿面上，齿面微织构为圆柱形凹坑。
进一步地，多孔储油体的材料是由聚酰亚胺(PI)、聚乙烯亚胺(PEI)等中的一种或多种组合；多孔储油体是基于冷压烧结工艺制成，压制压力为200MPa～300MPa，烧结温度250℃～300℃，保温时间2h，烧结多孔储油体的储油率45％～68％。
进一步地多孔储油体的整体呈环形结构，在平键连接位置设置有键槽，其配合安装在储油凹槽的里面。
进一步地，多孔储油体内含浸的油液为基础油的调和油，调和油品的运动粘度为10mm/s2-25mm/s2。
进一步地，储油凹槽的顶部沿轴向加工2～4圈的油孔，每圈油孔的数量等于齿槽槽数，油孔的轮齿齿槽处齿根圆上的出口正对轮齿啮合位置。
进一步地，油孔为圆柱状圆孔，油孔直径为0.1mm～2mm；油孔沿旋转方向向后倾斜，其油孔末端与齿轮齿根圆相交，油孔轴线与过此交点的径向线之间夹角为10°～20°，油孔的出口正对轮齿啮合位置。
进一步地，齿轮微织构的圆柱形凹坑：凹坑直径5μm～10μm、深度3μm～6μm。
进一步地，单齿单面上圆柱形凹坑的行数2～10行，列数为2～10列，行间距和列间距均为10～20μm。
进一步地，种密封组件包括自润滑齿轮、齿轮轴、平键，平键、齿轮轴和自润滑齿轮的两齿轮端面构成密封组件，平键与齿轮轴、齿轮基体的键槽之间均采用过盈配合。
进一步地，平键与齿轮键槽配合的表面上开设有微织构凹坑；微织构凹坑的直径5μm～10μm、深度3μm～6μm。
本发明的有益效果体现在以下方面：一、在齿轮基体上设置储油凹槽、油孔、齿面微织构，并在储油凹槽内设置多孔储油体，工作过程中依靠齿轮高速旋转的离心力作用，将油液从多孔储油体中甩出，沿径向倾斜油孔道喷出至轮齿啮合表面能够精准润滑，并且油液在齿面微织构中存储，起到持续润滑效果，轮齿两啮合表面相对运动过程中，齿面微织构构成楔形收敛间隙，利于动压油膜生成，起到油膜润滑增强效应；齿轮停转后，在微孔毛细力作用下，喷出的油液被吸渗回油孔并被多孔储油体重新储存以循环使用；不会发生过多油液浪费与能量损耗，避免频繁补油或拆装储油组件，保障了齿轮的高效润滑、持续润滑，满足齿轮传动系统的工作要求；二、油孔采用沿旋转方向向后倾斜的柱孔，一方面使油孔轴线接近齿轮甩油流动迹线，减少油液甩出阻力，增强油液喷出动力；同时倾斜油孔可使油孔出口更合理的布置在齿根圆弧上，而非轮齿与齿根圆之间的过渡圆弧上，避免轮齿在齿根处发生断裂；三、平键、齿轮轴和齿轮端面共同构成密封组件，起到密封作用；平键上表面开设有微织构凹坑，微织构凹坑作用下，少部分溢流进入平键表面的油液形成动压力，起到动压密封作用；密封效果具有双重保障，油液防漏效果好，油量损耗低，不需频繁补油，便于长效润滑。
总之，本发明自润滑齿轮具有自发的供油与回油功能，油液可循环使用且不需外部动力输入，节能降耗。
附图说明
图1为本发明自润滑齿轮的结构图；
图2为本发明自润滑齿轮不包括多孔储油体的结构图；
图3为本发明自润滑齿轮不包括多孔储油体的内部结构剖视图；
图4为沿图3中B-B线的剖视图；
图5为本发明密封组件的结构图；
图6为本发明密封组件的零件爆炸图；
图7为本发明密封组件中平键的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
从图1、图2、图3、图4可知，本发明一种具有供油回油功能的自润滑齿轮，它包括齿轮基体1、储油凹槽2、多孔储油体7、油孔3、齿面微织构4、键槽5；储油凹槽2整体呈环形，开设在齿轮基体1的内孔处，延伸至齿轮基体1的内部；多孔储油体7整体呈环形，配合安装在储油凹槽2内；油孔3一端开设在储油凹槽2的顶部，另一端开设在齿轮基体1的轮齿齿槽处的齿根圆上；齿面微织构4开设在齿轮基体1每个轮齿的前后两齿面上，齿面微织构4为圆柱形凹坑。
其中，储油凹槽2的外环面与齿轮内孔对齐，其内环面伸入齿轮基体1的内部。
本发明自润滑齿轮的工作原理是：在齿轮基体1内设置多孔储油体7，工作过程中依靠齿轮高速旋转的离心力作用，将油液从多孔储油体7中甩出，并沿油孔3喷出至轮齿啮合表面，并在齿面啮合区的齿面微织构4中存储，起到持续润滑效果，在轮齿两啮合表面相对运动过程中，齿面微织构4形成楔形收敛间隙，利于动压油膜生成，起到油膜润滑增强效应，因此，喷出的油液能够精准润滑啮合表面；当齿轮停转后，在齿面微织构4的微孔毛细力作用下，喷出的油液被吸回油孔3并被多孔储油体7重新储存，便于循环使用，不会发生过多油液浪费与能量损耗，避免频繁补油或拆装储油组件，保障了齿轮的高效润滑、持续润滑，满足齿轮传动系统的工作要求。
实施例2
本发明自润滑齿轮：多孔储油体7的材料是由聚酰亚胺(PI)、聚乙烯亚胺(PEI)等中的一种或多种组合；多孔储油体7是基于冷压烧结工艺制成，压制压力为200MPa～300MPa，烧结温度250℃～300℃，保温时间2h，烧结多孔储油体的储油率45％～68％。
聚酰亚胺(PI)、聚乙烯亚胺(PEI)为有机高分子材料，其稳定性好，在高温的情况下依然可以有好的性能。多孔储油体7是基于冷压烧结工艺制成，经冷压烧结和真空浸油处理后，多孔储油体具有一定的孔隙含油率，同时也具有一定的力学强度。多孔储油体7内部的孔隙随机分布，孔隙锁油能力强，能使油液长时间持续析出润滑齿轮啮合表面。
实施例3
本发明自润滑齿轮：多孔储油体7的整体呈环形结构，在平键连接位置设置有键槽，其配合安装在储油凹槽2的里面。
多孔储油体7安装在储油凹槽2中，两者过盈配合，其上的键槽和齿轮基体1上的键槽形成一个整体，易于平键的安装。
实施例4
本发明自润滑齿轮：多孔储油体7内含浸的油液为基础油的调和油，调和油品的运动粘度为10mm/s2-25mm/s2。
此范围的运动粘度可以保证油液的流动性能好、粘温性能好，从而更好地对齿轮进行润滑。
实施例5
本发明自润滑齿轮：储油凹槽2的顶部沿轴向加工2～4圈的油孔3，每圈油孔的数量等于齿槽槽数，油孔3的轮齿齿槽处齿根圆上的出口正对轮齿啮合位置。
每个齿槽上均布有2～4个油孔3，在高速离心力作用下，油液通过油孔3从储油凹槽2的顶部到达齿槽处齿根圆即沿油孔向外甩出，精准供给到齿轮啮合部位，从而保证润滑。
实施例6
本发明自润滑齿轮：油孔3为圆柱状圆孔，油孔直径为0.1mm～2mm；油孔3沿旋转方向向后倾斜，其油孔末端与齿轮齿根圆相交，油孔轴线与过此交点的径向线之间夹角为10°～20°，油孔3的出口正对轮齿啮合位置。
油孔3直径大小既要保证对齿轮的滑润，又要保证不让润滑油过多。油孔3并非沿径向布置，油孔沿旋转方向向后倾斜，采用这种结构可以保证油孔中线接近甩出油液的流动迹线，减少油液流动阻力，增强油液喷出动力，使油液在油孔出口以较高速率喷出，精准到达齿轮啮合位置。
实施例7
本发明自润滑齿轮：齿轮微织构4的圆柱形凹坑：凹坑直径5μm～10μm、深度3μm～6μm。
圆柱形凹坑的作用有两个方面：一、齿轮高速旋转时，油液从倾斜油孔3喷出到齿面啮合部位后，被啮合区中齿面微织构4的微织构凹坑中存储，在凹坑作用下构成楔形收敛间隙，利于供入的油液形成动压油膜、增强润滑效应，并被凹坑保持，形成长效油膜润滑；二、齿轮停转后，油液在毛细力作用下回渗入多孔储油体中，便于循环使用，避免油液浪费与能量损耗，保障了齿轮的高效、持续润滑，满足齿轮传动系统的工作要求。
实施例8
本发明自润滑齿轮：单齿单面上圆柱形凹坑的行数2～10行，列数为2～10列，行间距和列间距均为10～20μm”
单齿单面上圆柱形凹坑的行数和列数根据齿轮齿面的高度尺寸和宽度尺寸而定，在保证润滑效果的同时也要保证轮齿的强度。
实施例9
从图5、图6可知，本发明一种密封组件，它包括自润滑齿轮、齿轮轴8、平键6，平键6、齿轮轴8和自润滑齿轮的两齿轮端面构成密封组件，平键6与齿轮轴8、齿轮基体1的键槽5之间均采用过盈配合。
本发明密封组件可防止储油槽中油液溢漏，油量损耗低，不需频繁补油，便于自润滑齿轮长效润滑。
实施例10
从图7可知，本发明一种密封组件：平键5与齿轮键槽配合的表面上开设有微织构凹坑；微织构凹坑的直径5μm～10μm、深度3μm～6μm。
在微织构凹坑的作用下，少部分溢流进入平键表面的油液形成动压力，起到动压密封作用，能进一步增强密封效果。
本发明自润滑齿轮在工作过程中，储存在多孔储油体7中的油液在齿轮高速旋转的离心力作用下向外析出，并沿倾斜油孔3高速甩出，精准供入轮齿啮合部位润滑齿轮表面，同时油液在齿面啮合区的齿面微织构4中存储，起到持续润滑效果，在轮齿两啮合表面相对运动过程中，齿面微织构4微凹坑构成楔形收敛间隙，利于动压油膜生成，起到油膜润滑增强效应；齿轮停转后，油液在毛细力作用下回被吸渗回油孔，并被多孔储油体7重新储存便于循环使用，不会发生过多油液浪费与能量损耗，避免频繁补油或拆装储油组件，保障了齿轮的高效润滑、持续润滑，满足齿轮传动系统的工作要求。因此，本发明自润滑齿轮能够自发供油、回收和储存润滑油液，油液循环使用不需要额外增加供油动力元件与输油管路，既降低了生产成本又保证了润滑的质量。本发明中的齿轮可以是渐开线直齿轮、斜齿轮或其它异形齿轮等。
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