CN101225920A - 鳞片型耐磨几何结构表面 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种鳞片型几何耐磨结构表面。基于穿山甲的鳞片裸露部分的形状和排布作为仿效对象，来进行鳞片型耐磨几何表面的设计。其目的是解决现有的与散体物料接触部件的磨损问题。本发明由基体和其表面上的仿生几何结构单元组成，仿生几何结构单元为在基体表面规律分布的鳞片型结构，鳞片型的分布密度为：其在基体表面上的几何投影面积之和与所有棱端围成的基体表面积之比为50－100％，鳞片型几何结构单元的表面形状为对称六边形结构：边长L2/L1＝1.0－2.0，L1：1mm－50mm，内角α为120°－130°，内角β为100°－110°，鳞片型的A－A截面为近似三角形，B－B截面为梯形，鳞片型的高度H为1－5mm。

Description

鳞片型耐磨几何结构表面

技术领域

本发明涉及一种耐磨几何结构表面，特别是涉及一种鳞片型几何耐磨结构表面。可应用于农机触土部件，土方装载机械的装载部件和散体物料输送过程中的物料对管道，传送带，漏斗，储仓壁等散体物料的输送部件及其它结构所涉及到的设备和部件的耐磨损，减磨损和防磨损问题。

技术背景

在工业生产过程中，与散体物料接触的设备及部件的磨损是非常严重的，属于磨料磨损的类型。这种磨损是设备和部件失效的主要原因。目前，为减小这种磨损，人们主要集中在改善工件的服役工况条件，提高材料自身耐磨性能，开发更高的耐磨材料以及磨料形状和性能对耐磨性的影响、磨料磨损机理的探索等方面。这些研究不能从根本上改变设备或部件的材质自身的磨损，只能短时间内延长其使用寿命，但同时大大地增加了设备或部件的制造成本和使用成本。也出现了品质高，价格贵的材料应用于普通工况的浪费现象。

发明内容

基于生物表面的耐磨功能不仅与生物材料有关，而且与生物表面几何结构或生物材料在磨料磨损过程中形成的几何结构表面有关的思想，本发明的目的在于从改变磨损部件表面几何结构入手，解决提高散体物料与其运动接触面的耐磨性问题，提供一种鳞片型耐磨几何结构表面。

本发明的上述目的是这样实现的，结合附图说明如下：

以穿山甲的鳞片裸露部分的形状和排布作为仿效对象，来进行鳞片型耐磨表面的设计与试验。测量穿山甲鳞片裸露部分的工作界面(参阅图3)，将穿山甲鳞片裸露部分，进行了整体的规划。根据图像直观情况，将单个鳞片裸露部分规划成六边形结构。根据优化分析和几何测量，最终确定其增强单元为鳞片型结构(参阅图4)。

鳞片型几何耐磨结构表面由基体和其表面上的仿生几何结构单元组成，所说的仿生几何结构单元为在基体表面规律分布的鳞片型结构，鳞片型的分布密度为：其在基体表面上的几何投影面积之和与所有棱端围成的基体表面积之比为50-100％，鳞片型几何结构单元的表面形状为对称六边形结构：边长L2/L1＝1.0-2.0，L1：1mm-50mm，内角α为120°-130°，内角β为100°-110°，鳞片型的A-A截面为近似三角形，B-B截面为梯形，鳞片型中心脊与边缘的高差H为1-5mm。

所说的相邻鳞片型中心距a为2-100mm，b为2-100mm，可根据具体的散体物料颗粒的尺寸和物料在表面的相对滑动速度进行具体赋值和调整。物料颗粒越大和相对滑动速度越大，中心距所取的值应越大。

所说的鳞片型中心线与物料方向的的夹角为：γ为70-110°。

所说的仿生几何结构单元和基体均使用耐磨材料制作，并为一体结构，也可以分别做成单体固定到基体上。

生产该表面需根据机器或部件的材质，结构和使用用途等具体特点进行生产工艺的确定。如：机械加工，注塑成型，模压成型等工艺。在表面上设置鳞片型结构，仿生几何结构单元与基体为一体结构，也可以分别做成单体再连接到一起。如利用螺钉连接，这样可以定期更换，维修方便与基体加工成一体。鳞片可以与表面为一体结构，也可以分别做成单体再连接到一起。如利用螺钉连接，这样可以定期更换，维修方便。

本发明的技术效果是：利用鳞片自身结构改变散体物料在接触表面的流动场，使近壁区剪切层物料密度降低，减少了散体颗粒的接触机会；同时，能够使部分物料颗粒由原来与接触面的滑动状态改变为滚动状态，从而减轻物料对接触表面的磨损。其具有提高接触部件的耐磨性，延长其使用寿命的效果。该结构耐磨损性与光滑表面的耐磨性相比，能提高15％～50％。

附图说明

图1是鳞片型几何单元结构的平面模型；

图2是鳞片型几何结构表面分布；

图3是穿山甲鳞片裸露部分的测量；

图4a是鳞片型单元几何结构平面示意图；

图4b是图4a的B-B剖面图；

图4c是图4a的A-A剖面图；

图5a是鳞片型几何结构表面分布示意图；

图5b是图5a的B-B剖面图；

图5c是图5a的A-A剖面图；

图6a是鳞片型结构中心线与物料运动方向为70°的鳞片型几何结构表面示意图；

图6b是图6a的B-B剖面图；

图6c是图6a的A-A剖面图；

图7a是鳞片型结构中心线与物料运动方向为110°的鳞片型几何结构表面示意图；

图7b是图7a的B-B剖面图；

图7c是图7a的A-A剖面图。

具体实施方式

下面结附图所示实施例进一步说明本实用新型的具体内容。

实例1

参阅图5(a、b、c)：该部件长期经受散体物料(颗粒尺寸为0.214-0.420mm，散体物料在表面的滑动速度为2.35m/s)磨料磨损的作用。图中根据物料尺寸和物料在表面的滑动速度及机构或部件的机构尺寸，鳞片型的表面形状为对称六边形结构：边长L2/L1＝1.175，L1：10mm，内角分别为127°和106°。鳞片型的中心脊与边缘的高差为H为2mm，鳞片型中心线与物料方向的的夹角γ为90°。鳞片型几何耐磨表面的相邻鳞片型中心距a为20mm，b为20mm。实践表明，该结构明显优于普通光滑平面部件的磨损性能，在相同的工况下，带有该鳞片型几何结构的部件为普通光滑平面部件质量磨损量的82.50％。质量磨损损失减少了17.50％。

实例2

参阅图6(a、b、c)：实际工作中散体物料颗粒尺寸为0.104-0.214mm，散体物料在表面的滑动速度为3.02m/s。图中根据物料尺寸和物料在表面的滑动速度及机构或部件的机构尺寸，鳞片型的表面形状为对称六边形结构：边长L2/L1＝1.175，L1：15mm，内角分别为127°和106°。鳞片型的中心脊与边缘的高差为H为3.5mm，鳞片型中心线与物料方向的的夹角γ为70°。鳞片型几何耐磨表面的相邻鳞片型中心距a为30mm，b为30mm。实践表明，该结构明显优于普通光滑平面部件的损性能，在相同的工况下，带有该鳞片型几何结构的部件为普通光滑平面部件质量磨损量的86.26％。质量磨损损失减少了13.33％。

实例3

参阅图7(a、b、c)：实际工作中散体物料颗粒尺寸为0.420-0.840mm，散体物料在表面的滑动速度为1.68m/s。图中根据物料尺寸和物料在表面的滑动速度及机构或部件的机构尺寸，鳞片型的表面形状为对称六边形结构：边长L2/L1＝1.175，L1：20mm，内角分别为127°和106°。鳞片型的中心脊与边缘的高差为H为5mm，鳞片型中心线与物料方向的的夹角γ为110°。鳞片型几何耐磨表面的相邻鳞片型中心距a为25mm，b为25mm。实践表明，该结构明显优于普通光滑平面部件的损性能，在相同的工况下，带有该鳞片型几何结构的部件为普通光滑平面部件质量磨损量的89.58％。质量磨损损失减少了11.17％。

Claims (4)

1.一种鳞片型几何耐磨结构表面由基体和其表面上的仿生几何结构单元组成，其特征在于所说的仿生几何结构单元为在基体表面规律分布的鳞片型结构，鳞片型的分布密度为：其在基体表面上的几何投影面积之和与所有棱端围成的基体表面积之比为50-100％，鳞片型几何结构单元的表面形状为对称六边形结构：边长L2/L1＝1.0-2.0，L1：1mm-50mm，内角α为120°-130°，内角β为100°-110°，鳞片型的A-A截面为近似三角形，B-B截面为梯形，鳞片型中心脊与边缘的高差H为1-5mm。

2.根据权利要求1所述的鳞片型几何耐磨结构表面，其特征在于所说的相邻鳞片型中心距a为2-100mm，b为2-100mm，可根据具体的散体物料颗粒的尺寸和物料在表面的相对滑动速度进行具体赋值和调整。

3.根据权利要求1或2所述的鳞片型几何耐磨表面，其特征在于所说的鳞片型的中心线与物料方向的的夹角为：γ为70°-110°。

4.根据权利要求1所述的鳞片型几何耐磨表面，其特征在于所说的仿生几何结构单元与基体为一体结构，也可以分别做成单体固定到基体上。

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