復合齒輪和齒輪軸的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種復合齒輪和包括該復合齒輪的齒輪軸。該復合齒輪包括齒輪本體和耐磨層，其中齒輪本體采用纖維增強聚酰胺復合材料通過注塑成型制成，耐磨層采用耐磨組合物通過注塑或噴涂或刮涂到齒輪本體的外表面上。本發(fā)明提供的復合齒輪，采用包括齒輪本體和耐磨層的雙元結(jié)構(gòu)，齒輪本體采用纖維增強聚酰胺復合材料制成，提供復合齒輪所需的高力學強度、較小的熱線性膨脹系數(shù)、良好的阻燃、抗靜電能力；耐磨層采用耐磨組合物制成，以提供復合材料的力學強度為輔，增強耐磨性為主，使復合齒輪的摩擦系數(shù)低、耐磨性和自潤滑性好；合理的材料和合適的工藝，使齒輪本體和耐磨層的粘合力優(yōu)，使復合齒輪具有良好的綜合性能。
【專利說明】復合齒輪和齒輪軸
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及齒輪加工領域，更具體而言，涉及一種高強度、耐磨損的復合齒輪和包含該復合齒輪的齒輪軸。
【背景技術】
[0002]因塑料齒輪具有質(zhì)量輕、噪音低等優(yōu)點，使塑料齒輪的應用越來越廣泛，但是，現(xiàn)有的塑料齒輪一般均采用同一種材料注塑成型，無法改變塑料齒輪存在的力學性能、尺寸穩(wěn)定性、磨損性和耐熱性均較差的諸多弊端。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術中存在的技術問題之一。
[0004]為此，本發(fā)明的第一個方面的目的在于，提供一種力學強度好、尺寸穩(wěn)定性好、耐磨性能好的復合齒輪。
[0005]本發(fā)明的第二個方面的目的在于，提供一種包括該復合齒輪的齒輪軸。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一個方面的實施例提供了一種復合齒輪，包括:齒輪本體，所述齒輪本體采用纖維增強聚酰胺復合材料通過注塑成型制成；和耐磨層，所述耐磨層采用耐磨組合物通過注塑或噴涂或刮涂到所述齒輪本體的外表面上。
[0007]本發(fā)明實施例提供的復合齒輪，包括齒輪本體和耐磨層，齒輪本體采用纖維增強聚酰胺復合材料制成，使齒輪本體的強度高，力學性能好；耐磨層覆蓋在齒輪本體的外表面上，且采用耐磨組合物制成，使復合齒輪的耐磨性能好。
[0008]齒輪本體通過注塑成型，耐磨層通過注塑或噴涂或刮涂到齒輪本體的外表面上，減少了復合齒輪的后續(xù)機加工，避免了后續(xù)機加工造成的材料微觀組織的機械損傷，保持了復合齒輪完整的外層。
[0009]綜上所述，本發(fā)明實施例提供的復合齒輪，強度高、耐磨性能好，且無需機械加工損傷材料的微觀組織，保證了齒輪的完整外層。
[0010]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例提供的復合齒輪還具有如下附加技術特征:
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述纖維增強聚酰胺復合材料包含的組分以及各組分的質(zhì)量含量為:聚酰胺基體組分:30%?92% ;纖維增強組分:5%?67% ;潤滑劑:2%?25% ；彈性體:0.1%?15% ;抗氧化劑:0.1%?1% ;偶聯(lián)劑:0.2%?5%ο
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述聚酰胺基體組分包含的組分及各組分在所述纖維增強聚酰胺復合材料中的質(zhì)量含量為:聚酰胺樹脂:30%?70%，聚苯硫醚:0%?20%，聚苯醚:0%?20%，改性環(huán)氧樹脂:0%?5% ;所述纖維增強組分包含的組分及各組分在所述纖維增強聚酰胺復合材料中的質(zhì)量含量為:碳纖維:5%?50%，玻璃纖維、有機聚合物纖維、金屬纖維、納米晶須、礦物質(zhì)中的任意一種或幾種:0%?20% ;所述潤滑劑包含的組分及各組分在所述纖維增強聚酰胺復合材料中的質(zhì)量含量為:二硫化鑰:1%?10%，聚四氟乙烯:1%?10%，碳化硅、硅油、高分子量聚乙烯粉末、石墨粉和碳纖維中的任意一種或幾種:0%?5% ；所述彈性體包含的組分及各組分在所述纖維增強聚酰胺復合材料中的質(zhì)量含量為:有機硅樹脂彈性體:0.1%?5%，聚氨酯類彈性體、聚烯烴類彈性體和丙烯酸類彈性體中的任意一種或幾種:0%?10%。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述耐磨組合物包含的組分以及各組分的質(zhì)量含量為:樹脂基體:60%?90% ;彈性增強組分:2%?30% ;耐磨增強組分:1%?10%。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述樹脂基體包括環(huán)氧樹脂系基體和/或聚氨酯系基體；所述彈性增強組分包括端羧基丁晴橡膠、聚氨酯類彈性體、聚烯烴類彈性體和丙烯酸類彈性體中的任意一種或幾種；所述耐磨增強組分包括二硫化鑰、碳化硅、碳纖維和聚四氟乙烯中的任意一種或幾種。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述耐磨層的厚度為0.2?2mm。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述齒輪本體上設有多個可減少變形的孔，且多個所述可減少變形的孔關于所述復合齒輪的軸線對稱設置。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述可減少變形的孔為圓形孔或腰形孔。
[0018]本發(fā)明第二個方面的實施例提供了一種齒輪軸，包括轉(zhuǎn)軸和上述任一實施例所述的復合齒輪，所述轉(zhuǎn)軸與所述復合齒輪為一體式結(jié)構(gòu)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述齒輪軸采用兩次注塑成型制成，一次注塑成型所述轉(zhuǎn)軸和所述復合齒輪的齒輪本體，另一次注塑成型所述復合齒輪的耐磨層，所述耐磨層位于所述齒輪本體的外表面上。
[0020]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述部分中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0022]圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個實施例所述的復合齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是根據(jù)本發(fā)明第二個實施例所述的復合齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3是根據(jù)本發(fā)明第三個實施例所述的復合齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是根據(jù)本發(fā)明第四個實施例所述的齒輪軸的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]其中，圖1至圖4中附圖標記與部件名稱之間的對應關系為:
[0027]I復合齒輪，11齒輪本體，110可減小變形的孔，12耐磨層，2轉(zhuǎn)軸
【具體實施方式】
[0028]為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0029]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的方式來實施，因此，本發(fā)明的保護范圍并不受下面公開的具體實施例的限制。
[0030]如圖1至圖3所示，根據(jù)本發(fā)明一些實施例提供的一種復合齒輪1，包括齒輪本體11和耐磨層12。
[0031]其中，所述齒輪本體11采用纖維增強聚酰胺復合材料通過注塑成型制成；
[0032]所述耐磨層12采用耐磨組合物通過注塑或噴涂或刮涂到所述齒輪本體11的外表面上。
[0033]本發(fā)明實施例提供的復合齒輪，包括齒輪本體和耐磨層，齒輪本體采用纖維增強聚酰胺復合材料制成，使齒輪本體的強度高，力學性能好；耐磨層覆蓋在齒輪本體的外表面上，且采用耐磨組合物制成，使復合齒輪的耐磨性能好。
[0034]齒輪本體通過注塑成型，耐磨層通過注塑或噴涂或刮涂到齒輪本體的外表面上，減少了復合齒輪的后續(xù)機加工，避免了后續(xù)機加工造成的材料微觀組織的機械損傷，保持了復合齒輪完整的外層。
[0035]綜上所述，本發(fā)明實施例提供的復合齒輪，強度高、耐磨性能好，且無需機械加工損傷材料的微觀組織，保證了復合齒輪的完整外層。
[0036]在本發(fā)明的一具體實施例中，所述纖維增強聚酰胺復合材料包含的組分以及各組分的質(zhì)量含量為:聚酰胺基體組分:30%?92% ;纖維增強組分:5%?67% ;潤滑劑:2%?25% ;彈性體:0.1%?15% ;抗氧化劑:0.1%?1% ;偶聯(lián)劑:0.2%?5%。
[0037]優(yōu)選地，所述聚酰胺基體組分包含的組分及各組分在所述纖維增強聚酰胺復合材料中的質(zhì)量含量為:
[0038]聚酰胺樹脂:30%?70%，聚苯硫醚:0%?20%，聚苯醚:0%?20%，改性環(huán)氧樹脂:0% ?5% ；
[0039]所述纖維增強組分包含的組分及各組分在所述纖維增強聚酰胺復合材料中的質(zhì)
量含量為:
[0040]碳纖維:5%?50%，玻璃纖維、有機聚合物纖維、金屬纖維、納米晶須、礦物質(zhì)中的任意一種或幾種:0%?20% ；
[0041]所述潤滑劑包含的組分及各組分在所述纖維增強聚酰胺復合材料中的質(zhì)量含量為:
[0042]二硫化鑰:1%?10%，聚四氟乙烯:1%?10%，碳化硅、硅油、高分子量聚乙烯粉末、石墨粉和碳纖維中的任意一種或幾種:0%?5% ；
[0043]所述彈性體包含的組分及各組分在所述纖維增強聚酰胺復合材料中的質(zhì)量含量為:
[0044]有機硅樹脂彈性體:0.1%?5%，聚氨酯類彈性體、聚烯烴類彈性體和丙烯酸類彈性體中的任意一種或幾種:0%?10%。
[0045]本發(fā)明上述實施例提供的纖維增強聚酰胺復合材料中，包括聚酰胺基體組分、增強纖維組分、潤滑劑、彈性體、抗氧化劑和偶聯(lián)劑，其中聚酰胺基體組分可將復合材料體系中的各組分粘結(jié)在一起；增強纖維組分可提高復合材料的強度和硬度，改善復合材料的抗沖擊能力；潤滑劑用于提高復合材料的耐磨損性能；彈性體可提高材料的韌性，尤其是低溫韌性，同時可以提高材料的表面抗磨損性；抗氧化劑可減少復合材料在加工過程中由于高溫造成的分子鏈的斷裂；偶聯(lián)劑是分子“膠水”，可將聚酰胺基體組分和增強纖維組分鍵接在一起，提高材料的力學性能。
[0046]綜上所述，本發(fā)明實施例提供的纖維增強聚酰胺復合材料的拉伸強度、彎曲強度、抗沖擊強度等力學強度好，熱線性膨脹系數(shù)小，阻燃、抗靜電性能優(yōu)良，使齒輪本體的強度聞、綜合性能良好。
[0047]需要說明的是，本發(fā)明上述實施例中的高分子量聚乙烯粉末是指分子量大于100萬的聚乙烯的粉末。
[0048]在本發(fā)明的另一具體實施例中，所述耐磨組合物包含的組分以及各組分的質(zhì)量含量為:樹脂基體:60%?90% ;彈性增強組分:2%?30% ;耐磨增強組分:1%?10%。
[0049]優(yōu)選地，所述樹脂基體包括環(huán)氧樹脂系基體和/或聚氨酯系基體；
[0050]所述彈性增強組分包括端羧基丁晴橡膠、聚氨酯類彈性體、聚烯烴類彈性體和丙烯酸類彈性體中的任意一種或幾種；
[0051]所述耐磨增強組分包括二硫化鑰、碳化硅、碳纖維和聚四氟乙烯中的任意一種或幾種。
[0052]本發(fā)明上述實施例提供的耐磨組合物，包括樹脂基體、彈性增強組分和耐磨增強組分三部分，其中，樹脂基體為耐磨組合物的主體部分，是基礎；基于熱固性材料本身所存在的耐沖擊強度差、韌性差等弊端，通過加入大分子量的彈性增強組分，使彈性增強組分與樹脂基體形成分散島結(jié)構(gòu)，提高材料的斷裂伸長率和彎曲變形，進而提升和改善材料的力學性能；耐磨增強組分用來改善材料的耐磨性、摩擦系數(shù)以及導熱性等。
[0053]綜上所述，本發(fā)明實施例提供的耐磨組合物，硬度高、耐磨損性能好，使得復合齒輪的硬度高，耐磨損性能好，延長了復合齒輪的使用壽命，同時降低了復合齒輪的檢修頻率。
[0054]進一步，所述耐磨層12的厚度為0.2?2mm。
[0055]由于耐磨組合物的硬度高、脆性大，因此耐磨層的厚度為0.2?2_時，耐磨層與齒輪本體的附著力好，即耐磨層與齒輪本體發(fā)生變形時的同步性好。
[0056]在本發(fā)明的一實施例中，如圖2和圖3所示，所述齒輪本體11上設有多個可減少變形的孔110，且多個所述可減少變形的孔110關于所述復合齒輪I的軸線對稱設置。
[0057]優(yōu)選地，所述可減少變形的孔110的內(nèi)壁面為圓滑曲面。
[0058]在圖2所示的具體實施例中，所述可減少變形的孔110為圓形孔；在圖3所示的具體實施例中，所述可減少變形的孔110為腰形孔。
[0059]齒輪本體上設有多個可減少變形的孔，且多個可減少變形的孔沿齒輪的軸線對稱設置，以減小復合齒輪受力時的變形；可減少變形的孔的內(nèi)壁面為圓滑曲面，避免復合齒輪受力后，在孔的內(nèi)壁面上的尖角或直角處產(chǎn)生應力集中。
[0060]需要說明的是，可減少變形的孔除了可以為圓形孔或腰形孔，還可以為其他的弧形孔，在此不一一贅述，但是其應用均應包括在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
[0061]下面結(jié)合具體實施例來說明本發(fā)明提供的復合齒輪。
[0062]實施例一:
[0063]纖維增強聚酰胺復合材料包含的具體組分及各組分的質(zhì)量含量為:聚酰胺樹脂:54.8%，聚苯醚:8.2%，改性環(huán)氧樹脂:0.5%，碳纖維:22%,玻璃纖維:8%，二硫化鑰:2%，聚四氟乙烯:1.5%，有機硅樹脂彈性體:1.5%，抗氧化劑:0.5%，偶聯(lián)劑:1%。
[0064]耐磨組合物包含的組分及各組分的質(zhì)量含量為:改性環(huán)氧樹脂:63%，聚酰胺固化劑:27%，端羧基丁晴橡膠:7%，碳納米管:2%，納米級二硫化鑰:1%。[0065](一)制備齒輪本體
[0066]I)對碳纖維進行處理:①將預處理的碳纖維浸泡在質(zhì)量分數(shù)為50%的硝酸中進行氧化，Ih后取出，并用離心機甩干用去離子水沖洗至碳纖維本身不再顯示酸性為止
在100~110°C下烘4h，冷卻至室溫將氧化后的碳纖維在含體積含量為1.5%的偶聯(lián)劑與體積含量為 2%的改性環(huán)氧樹脂的乙醇溶液中進行浸泡1.5h，中間每隔12min翻動一次，時間到取出，并在室溫下晾干。
[0067]II)對二硫化鑰進行預處理:①先將二硫化鑰粉在真空烘箱中于100°C下烘5h ?’②與偶聯(lián)劑混合均勻。
[0068]III)將聚酰胺樹脂、聚苯醚、有機硅樹脂彈性體、聚四氟乙烯、氧化劑、二硫化鑰在三維混合機中混合lOmin，然后加入平行同向雙螺桿擠出機的I區(qū)料斗中，開動機器，設定參數(shù)如下:螺桿轉(zhuǎn)速:30r/min，9個溫度控制區(qū)的控制溫度分別為:第一溫度控制區(qū)190~210°C，第二溫度控制區(qū)190~210°C，第三溫度控制區(qū)190~210°C，第四溫度控制區(qū)200~2200C，第五溫度控制區(qū)200~220°C，第六溫度控制區(qū)210~230°C，第七溫度控制區(qū)220~230°C，第八溫度控制區(qū)220~230°C，第九溫度控制區(qū)220~230°C，在第四溫度控制區(qū)上口加入玻璃纖維；在第六溫度控制區(qū)加入已經(jīng)預處理過的碳纖維；在第九溫度控制區(qū)上口抽真空除水、除低沸點雜質(zhì)，真空度大于95kpa，進行拉伸、造粒、烘干，備用。
[0069]在步驟III)中，分區(qū)加料是為了有效控制和保證增強纖維的長度，既不能太短，也不能太長，實現(xiàn)增強纖維的長度在I~3mm。
[0070]IV)將干燥后的復合材料的合金粒子加入注塑機中進行注塑成型，制得齒輪本體，注塑機的設定參數(shù)為:注射壓力:60~150MPa ;保壓壓力:30~60MPa ;背壓壓力:3.0~30MPa ;螺桿轉(zhuǎn)速:30~50r/min ;模具溫度:80~160°C ;熱流道溫度:240~270°C ;鎖模力:40000~70000kg ;料筒后端溫度:220~230°C;料筒中端溫度:230~240°C;料筒前端溫度:240~250°C ;噴嘴溫度:240~260°C。
[0071]復合材料的干燥條件:在真空烘箱(真空度大于95kpa)中于95°C下烘6h，直至水分含量小于0.1%為止。
[0072]在步驟IV)中，螺桿參數(shù)的選擇也很關鍵，注塑成型加工所用螺桿機的螺桿要求:長徑比L/D為12~20，壓縮比為C/R為2~3。
[0073](二)制備耐磨組合物
[0074]I)將改性環(huán)氧樹脂和聚酰胺固化劑預熱3小時，預熱溫度為45°C ；
[0075]II)將改性環(huán)氧樹脂、端羧基丁晴橡膠、聚酰胺固化劑、碳納米管、納米級二硫化鑰混合后攪拌均勻。
[0076](三)將耐磨組合物成型到齒輪本體的外表面上，制備復合齒輪
[0077]I)將齒輪本體用砂紙打磨、去油，并用丙酮溶液浸泡10分鐘，晾干，然后將耐磨組合物噴涂或刮涂或用兩色注塑機注塑到已經(jīng)制備好的齒輪本體的外表面上，制得復合齒輪；
[0078]II)對復合齒輪進行后處理:將復合齒輪放在100°C的熱水中煮沸6h后，自然降溫至室溫；再放置10天，使其充分釋放內(nèi)應力。
[0079]實施例二:
[0080]纖維增強聚酰胺復合材料包含的具體組分及各組分的質(zhì)量含量為:聚酰胺樹脂:30%，聚苯硫醚:3.5%，改性環(huán)氧樹脂:0.1%，碳纖維:50%，金屬纖維:0.1%，二硫化鑰:10%,聚四氟乙烯:1%，有機硅樹脂彈性體:5%，抗氧化劑:0.1%，偶聯(lián)劑:0.2%。
[0081]耐磨組合物包含的組分及各組分的質(zhì)量含量為:改性環(huán)氧樹脂:50%，聚酰胺固化劑:15%，端羧基丁晴橡膠:27%，碳納米管:5%，納米級二硫化鑰:2%，聚四氟乙烯:1%。
[0082](一)制備齒輪本體
[0083]I)對碳纖維進行處理:①將碳纖維在600°C馬弗爐中灼燒40min 將降至室溫的碳纖維浸入硝酸溶液(濃硝酸與水的體積比為4:1)中3h，取出，壓干，用去離子水沖洗至中性；③在100°C下烘5h ;④在所述碳纖維上涂敷含改性環(huán)氧樹脂或偶聯(lián)劑的乙醇溶劑，并烘干;
[0084]II)對二硫化鑰進行預處理:①先將二硫化鑰粉在真空烘箱中于120°C下烘3h ?’②與偶聯(lián)劑混合均勻。
[0085]III)將聚酰胺樹脂、聚苯硫醚、有機硅樹脂彈性體、聚四氟乙烯、氧化劑、二硫化鑰在三維混合機中混合lOmin，然后加入平行同向雙螺桿擠出機的I區(qū)料斗中，進行拉伸、造粒，其中螺桿轉(zhuǎn)速為60r/min，9個溫度控制區(qū)的控制溫度與實施例一相同，在第四溫度控制區(qū)上口加入金屬纖維；在第六溫度控制區(qū)加入已經(jīng)預處理過的碳纖維；在第九溫度控制區(qū)上口抽真空除水、除低沸點雜質(zhì)。
[0086]IV)將干燥后的復合材料的合金粒子加入注塑機中進行注塑成型(注塑機的工作參數(shù)與實施例一相同)，制得齒輪本體。
[0087](二)制備耐磨組合物
[0088]I)將改性環(huán)氧樹脂和聚酰胺固化劑預熱4小時，預熱溫度為40°C ；
[0089]2)將改性環(huán)氧樹脂、端羧基丁晴橡膠、聚酰胺固化劑、碳納米管、納米級二硫化鑰和聚四氟乙烯混合后攪拌均勻。`
[0090](三)將耐磨組合物成型到齒輪本體的外表面上，制備復合齒輪
[0091]I)將齒輪本體用砂紙打磨、去油，并用丙酮溶液浸泡10分鐘，晾干，然后將耐磨組合物噴涂或刮涂或用兩色注塑機注塑到已經(jīng)制備好的齒輪本體的外表面上，制得復合齒輪；
[0092]II)對復合齒輪進行后處理:將復合齒輪放在100°C的熱水中煮沸6h后，自然降溫至室溫；再放置10天，使其充分釋放內(nèi)應力。
[0093]實施例三:
[0094]纖維增強聚酰胺復合材料包含的具體組分及各組分的質(zhì)量含量為:聚酰胺樹脂:65%，聚苯硫醚:3%，聚苯醚:7.5%，改性環(huán)氧樹脂:5%，碳纖維:5%，玻璃纖維:0.5%，二硫化鑰:1%，聚四氟乙烯:6.9%，有機硅樹脂彈性體:0.1%，抗氧化劑:1%，偶聯(lián)劑:5%。
[0095]耐磨組合物包含的組分及各組分的質(zhì)量含量為:聚醚齊聚物:60%，異氰酸酯齊聚物:20%，端羧基丁晴橡膠:15%，碳納米管:3%，納米級二硫化鑰:2%。
[0096](一)制備齒輪本體
[0097]I)對碳纖維進行處理:①將碳纖維在400°C馬弗爐中灼燒50min 將降至室溫的碳纖維浸入硝酸溶液(濃硝酸與水的體積比為5:1)中2.5h，取出，壓干，用去離子水沖洗至中性；③在110°C下烘4h ;④在所述碳纖維上涂敷含改性環(huán)氧樹脂或偶聯(lián)劑的乙醇溶劑，并烘干；[0098]II)對二硫化鑰進行預處理:①先將二硫化鑰粉在真空烘箱中于120°C下烘4h ?’②與偶聯(lián)劑混合均勻。
[0099]III)將聚酰胺樹脂、聚苯醚、聚苯硫醚、有機硅樹脂彈性體、聚四氟乙烯、氧化劑、二硫化鑰在三維混合機中混合lOmin，然后加入平行同向雙螺桿擠出機的I區(qū)料斗中進行拉伸、造粒，其中螺桿轉(zhuǎn)速和9個溫度控制區(qū)的控制溫度與實施例一相同，并在第四溫度控制區(qū)上口加入玻璃纖維；在第六溫度控制區(qū)加入已經(jīng)預處理過的碳纖維；在第九溫度控制區(qū)上口抽真空除水、除低沸點雜質(zhì)。
[0100]IV)將干燥后的復合材料的合金粒子加入注塑機中進行注塑成型，注塑機的工作參數(shù)與實施例一相同，制得齒輪本體。
[0101](二)制備耐磨組合物
[0102]I)將聚醚齊聚物和異氰酸酯齊聚物預熱3小時，預熱溫度為110°C ;
[0103]2)將聚醚齊聚物、端羧基丁晴橡膠、異氰酸酯齊聚物、碳納米管、納米級二硫化鑰混合后攪拌均勻。
[0104](三)將耐磨組合物成型到齒輪本體的外表面上，制備復合齒輪
[0105]I)將齒輪本體用砂紙打磨、去油，并用丙酮溶液浸泡10分鐘，晾干，然后將耐磨組合物噴涂或刮涂或用兩色注塑機注塑到已經(jīng)制備好的齒輪本體的外表面上，制得復合齒輪；
[0106]II)對復合齒輪進行后處理:將復合齒輪放在100°C的熱水中煮沸6h后，自然降溫至室溫；再放置10天，使其充分釋放內(nèi)應力。
[0107]本發(fā)明上述實施例提供的復合齒輪均包括齒輪本體和耐磨層，齒輪本體均采用纖維增強聚酰胺復合材料制成，使齒輪本體的強度高，力學性能好；耐磨層覆蓋在齒輪本體的外表面上，且均采用耐磨組合物制成，使復合齒輪的耐磨性能好，從而提高了復合齒輪的強度、力學性能和耐磨性，延長了復合齒輪的使用壽命，節(jié)省了成本。
[0108]本發(fā)明另一方面的實施例提供了一種齒輪軸，如圖4所示，包括轉(zhuǎn)軸2和上述任一實施例所述的復合齒輪I，且所述轉(zhuǎn)軸2與所述復合齒輪I為一體式結(jié)構(gòu)。
[0109]優(yōu)選地，所述齒輪軸采用兩次注塑成型制成，一次注塑成型所述轉(zhuǎn)軸2和所述復合齒輪I的齒輪本體11，另一次注塑成型所述復合齒輪I的耐磨層12，所述耐磨層12位于所述齒輪本體11的外表面上。
[0110]本實施例提供的齒輪軸，通過兩次注塑成型制成，一方面提高了齒輪軸的加工效率，另一方面，齒輪軸經(jīng)兩次注塑成型后，無需對齒輪軸進行后續(xù)的機械加工，避免了后續(xù)機械加工造成的材料微觀組織損傷，保持了齒輪軸完整的外層，使齒輪軸的強度高、耐磨性能好、熱線膨脹系數(shù)小，可在煤礦下較高溫度、濕度，較大的負載、扭矩的工況下使用。
[0111]當然，齒輪軸上的耐磨層同樣可以通過噴涂或刮涂的方式成型到齒輪本體的外表面上。
[0112]綜上所述，本發(fā)明提供的復合齒輪，包括齒輪本體和耐磨層，齒輪本體采用纖維增強聚酰胺復合材料制成，耐磨層采用耐磨組合物制成，復合齒輪采用包括齒輪本體和耐磨層的雙元結(jié)構(gòu)，齒輪本體提供復合齒輪所需的高力學強度、較小的熱線性膨脹系數(shù)、良好的阻燃、抗靜電能力；耐磨層以提供復合齒輪所需的力學強度為輔，增強耐磨性為主，使復合齒輪的摩擦系數(shù)低、耐磨性和自潤滑性好；合理的材料選擇，再加上合適的加工工藝，使齒輪本體和耐磨層的粘合力優(yōu)，使復合齒輪具有良好的綜合性能，可在煤礦下較高溫度、濕度，較大的負載、扭矩的工況下使用。
[0113]在本說明書的描述中，術語“一個實施例”、“一些實施例”、“具體實施例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或?qū)嵗?。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0114]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種復合齒輪，其特征在于，包括: 齒輪本體，所述齒輪本體采用纖維增強聚酰胺復合材料通過注塑成型制成；和 耐磨層，所述耐磨層采用耐磨組合物通過注塑或噴涂或刮涂到所述齒輪本體的外表面上。
2.根據(jù)權利要求1所述的復合齒輪，其特征在于， 所述纖維增強聚酰胺復合材料包含的組分以及各組分的質(zhì)量含量為: 聚酰胺基體組分:30%~92% ； 纖維增強組分:5%~67% ； 潤滑劑:2%~25% ； 彈性體:0.1%~15% ； 抗氧化劑:0.1%~1% ； 偶聯(lián)劑:0.2%~5%。
3.根據(jù)權利要求2所述的復合齒輪，其特征在于， 所述聚酰胺基體組分包含的組分及各組分在所述纖維增強聚酰胺復合材料中的質(zhì)量含量為: 聚酰胺樹脂:30%~70%，聚苯硫醚:0`%~20%，聚苯醚:0%~20%，改性環(huán)氧樹脂:0%~`5% ； 所述纖維增強組分包含的組分及各組分在所述纖維增強聚酰胺復合材料中的質(zhì)量含量為: 碳纖維:5%~50%，玻璃纖維、有機聚合物纖維、金屬纖維、納米晶須、礦物質(zhì)中的任意一種或幾種:0%~20% ； 所述潤滑劑包含的組分及各組分在所述纖維增強聚酰胺復合材料中的質(zhì)量含量為: 二硫化鑰:1%~10%，聚四氟乙烯:1%~10%，碳化硅、硅油、高分子量聚乙烯粉末、石墨粉和碳纖維中的任意一種或幾種:0%~5% ； 所述彈性體包含的組分及各組分在所述纖維增強聚酰胺復合材料中的質(zhì)量含量為:有機硅樹脂彈性體:0.1%~5%，聚氨酯類彈性體、聚烯烴類彈性體和丙烯酸類彈性體中的任意一種或幾種:0%~10%。
4.根據(jù)權利要求1所述的復合齒輪，其特征在于， 所述耐磨組合物包含的組分以及各組分的質(zhì)量含量為: 樹脂基體:60%~90% ； 彈性增強組分:2%~30% ； 耐磨增強組分:1%~10%。
5.根據(jù)權利要求4所述的復合齒輪，其特征在于， 所述樹脂基體包括環(huán)氧樹脂系基體和/或聚氨酯系基體； 所述彈性增強組分包括端羧基丁晴橡膠、聚氨酯類彈性體、聚烯烴類彈性體和丙烯酸類彈性體中的任意一種或幾種； 所述耐磨增強組分包括二硫化鑰、碳化硅、碳纖維和聚四氟乙烯中的任意一種或幾種。
6.根據(jù)權利要求5所述的復合齒輪，其特征在于， 所述耐磨層的厚度為0.2~2mm。
7.根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的復合齒輪，其特征在于， 所述齒輪本體上設有多個可減少變形的孔，且多個所述可減少變形的孔關于所述復合齒輪的軸線對稱設置。
8.根據(jù)權利要求7所述的復合齒輪，其特征在于， 所述可減少變形的孔為圓形孔或腰形孔。
9.一種齒輪軸，其特征在于，包括: 轉(zhuǎn)軸；和 如權利要求1至8中任一項所述的復合齒輪，所述轉(zhuǎn)軸與所述復合齒輪為一體式結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權利要求9所述的齒輪軸，其特征在于， 所述齒輪軸采用兩次注塑成型制成，一次注塑成型所述轉(zhuǎn)軸和所述復合齒輪的齒輪本體，另一次注塑成型所述復合齒輪的耐磨層，所述耐磨層位于所述齒輪本體的外表面上。
【文檔編號】C08L63/00GK103727203SQ201310740680
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權日:2013年12月30日
【發(fā)明者】劉鑫勤, 高貴軍, 郝行章, 崔書奇, 李國壁 申請人:石家莊中煤裝備制造股份有限公司