[发明专利]一种改善简单滑动下线接触流体润滑的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及简单滑动下线接触流体润滑的技术领域。

背景技术

简单滑动下线接触流体润滑指滑滚比为2的线接触流体润滑，它在行星轮系传动中广泛存在。滑滚比为2的线接触流体润滑属极大滑滚比线接触流体润滑，目前工程实践中它通常有如下严重问题：（1）难以形成润滑油膜，接触区承载能力下降；（2）摩擦系数较大，摩擦能耗较大，接触区发热较严重；（3）接触区容易胶合，接触区磨损较严重。润滑问题是重载大功率行星轮系传动中的关键技术难题和技术瓶颈，它制约着行星轮系传动品质的进一步提高。因此解决行星轮系传动中的润滑问题具有极其重要的工程实际意义。

       目前，解决这种条件下润滑问题的技术手段有[1]：（1）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。虽然这些技术手段能减轻所提线接触流体润滑中的问题，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所提线接触流体润滑中的问题，因此不可能克服简单滑动条件下线接触流体润滑的技术瓶颈进而大幅度提高行星轮系传动的润滑品质。

       简单滑动下线接触流体润滑面临的技术难题是[1]、[2]：（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-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。这就形成了一个恶性循环，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。

从根本上解决以上提到的简单滑动下线接触流体润滑中关键问题的思路是: （1）大幅降低接触区摩擦系数和降低接触区温升；（2）防止润滑油膜界面滑移使接触区润滑油膜承载能力下降；（3）提高接触区润滑油膜形成能力，提高接触区润滑油膜承载能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是简单滑动下线接触流体润滑中关键问题，本发明提出一种运用低的界面剪切强度和界面滑移技术改善简单滑动下线接触流体润滑的方法。运用本发明提出的方法不仅可大幅降低接触区摩擦系数，还可大大地提高接触区润滑油膜承载能力，极有效地防止接触表面胶合失效发生和接触表面过度磨损。

有一圆周线速度为                                               的固体即接触体一接触表面与一静止（）的固体即接触体二接触表面形成简单滑动线接触，滑滚比为=。接触体一整个表面涂覆涂层以得到界面I，即润滑油与接触体一入口区表面上涂层形成的粘着界面，从而防止润滑油膜在接触体一入口区涂层外表面上发生滑移；润滑油与接触体一赫兹接触区表面上涂层形成滑移界面即界面II，使润滑油膜在接触体一赫兹接触区涂层外表面上发生滑移。在接触体二入口区表面上涂覆以憎油涂层以形成界面III，即润滑油与接触体二入口区表面上憎油涂层形成的滑移界面，从而使润滑油膜在接触体二入口区涂层外表面上产生滑移，所涂憎油涂层为氟碳涂层、帕杰氟硅涂层或聚四氟乙烯涂层。在接触体二赫兹接触区表面上涂覆以亲油涂层以形成界面IV，即润滑油与接触体二赫兹接触区表面上亲油涂层形成的粘着界面，防止润滑油膜在接触体二赫兹接触区涂层外表面上发生滑移，所涂亲油涂层为二氧化钛涂层或硅酸铝涂层。在两接触体的接触表面间充满润滑油。滑动速度不能过大，要求无量纲滑动速度 ，此处是大气压下润滑油粘度。这样就得到本发明设计的线接触流体润滑。与同等条件下传统线接触流体润滑相比，较低滑动速度下本发明设计的线接触流体润滑具有摩擦系数低而承载能力却增大很多的优点。

当界面III处界面剪切强度接近于零时，本发明设计的线接触流体润滑无量纲中心膜厚（=，如图1所示）由下式计算：

， for   (1)

此处，，。这里， 是线接触区的载荷线密度，是润滑油的粘度-压力指数。

为保证润滑油膜在界面II上滑移而在界面I上不滑移，界面II处无量纲界面剪切强度需满足：。此处，，是界面II处界面剪切强度。为：

       （2）

此处，，、 是与、、有关的查表可知的无量纲变量。为：

    （3）