机器如何在重压下长期稳定运行,并保持良好的性能与精度,是国际上的难题。重庆大学机械传动国家重点实验室团队历时多年攻关,硬是把这个“不可能”变成了现实。近日,该实验室凭借“重载复杂工况高性能蜗杆蜗轮传动设计制造关键技术与装备”项目,斩获2025年国家技术发明奖二等奖。
蜗杆蜗轮,这个名字听起来陌生,却无处不在。它是大型重载设备的核心传动件,好比人体的“髋关节”和“膝关节”,既要承担巨大负荷,又要精准控制每一次转动。从大型数控机床的工作台到水下舰艇的往复泵,都离不开这个小小的“动力关节”。但老话说“好马怕抽,好轴怕磨”,传统蜗杆蜗轮有一个关键短板——它们靠齿面硬碰硬的滑动摩擦来传递动力。即便加了润滑油,也只是“抹了层护手霜”,在重压下,油膜一挤就破,齿面依然直接“肉搏”,磨损、发热、噪声、精度衰减接踵而来。

“这就好比让两个金属天天对搓,再硬的材质也扛不住。”项目负责人打了个形象的比方。磨损带来的连锁问题十分突出,设备传动效率下降且发热严重、传动精度持续变差、往复运动冲击噪声大,不仅缩短设备寿命、影响设备运行,还严重制约我国高端装备性能升级,成为行业共性难题。
既然“硬碰硬”行不通,那就彻底换个思路。重庆大学团队跳出传统的框架,创新研发出开放式稳定动压油膜蜗杆蜗轮。通俗来说,就是在蜗杆和蜗轮啮合界面之间形成一层持久稳定、具有刚度的“动压油膜”实现传动,将原本硬碰硬的直接接触,变革为“齿面—动压油膜—齿面”的传动方式,从根源上解决齿面磨损问题,实现原理创新。
光有“气垫”还不够,团队又配套研发了复杂齿面主动设计与精密加工技术,像给齿轮“量体裁衣”;发明了等效电阻法油膜厚度精准检测装置,能实时“透视”油膜有多厚;还自主研制出加工精度达国标3级的高端多功能蜗轮母机——这台“造齿轮的母机”精度比头发丝还细十倍,且拥有完全知识产权,打破国外垄断,实现核心制造装备自主可控,填补了技术空白。
如今,该技术全面升级了蜗杆蜗轮综合性能,高精度、低磨损、低噪声的全新产品,已成功应用于大重型齿轮机床的回转工作台等设备上。在实际生产中,采用新蜗杆蜗轮的机床可以长期保持高加工精度,不仅效率翻倍,质量更是稳如泰山。
这项发明,破解了困扰蜗杆蜗轮传动领域几十年的“磨损—精度—寿命”死结,让我国高端装备传动技术实现了从“跟跑”到“领跑”的跨越。未来,这项技术还将持续赋能智能制造、重大装备、人形机器人等领域,持续为“中国制造”向“中国智造”升级注入澎湃动力。
(龙红梅)