CN106128511A - 一种橄榄形凹坑织构化表面 - Google Patents

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张辉
陈王建
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Abstract

一种橄榄形凹坑织构化表面，应用于往复直线运动的机械摩擦配副中,其特征在于，形状是具有尖形的两端，呈矩形阵列排布，面积密度为：5％‑15％；所述的橄榄形凹坑织构的深度为：10‑60μm；所述的尖形的两端，其尖形夹角为110‑130°的钝角；本发明在轻载工况下，可以产生相对于圆形织构化表面更为显著的流体动压效应，从而有效增加摩擦配副的油膜厚度，减小油膜破裂(金属直接接触)区域，进而改善机械配副的摩擦学特性，提高其运行可靠性并延长使用寿命。

Description

一种橄榄形凹坑织构化表面
技术领域
本发明涉及机械配副摩擦学特性的技术领域，特别涉及一种应用于往复直线运动机械摩擦配副的橄榄形凹坑织构化表面。
技术背景
织构化表面，特别是凹坑织构化表面是近年来迅速发展起来的一种用于改善机械配副摩擦学特性的技术。该技术已被广泛应用于轴承、密封、机械硬盘等诸多领域，并取得了优良的摩擦学特性，从而有效地提高了机械系统的可靠性，延长运行寿命。传统的凹坑织构通过激光、冲击、电化学腐蚀等方法加工，通常为圆形、椭圆形、矩形、三角形等规则形状。圆形凹坑织构由于其优良的摩擦学特性和相对较为简便高效的加工属性得到了广泛应用。相关发明专利诸如：一种椭圆织构复合表面(中国申请专利CN201120458420.6)；一种带有表面织构形态的内燃机活塞(中国发明专利CN201310231889.X)；一种带表面织构齿面的齿轮(中国发明专利201220566666.X)；一种提高润滑和耐磨性能的人工关节承载表面微孔织构(中国发明专利201310147123.3).
然而诸如圆形等规则形状织构并非于所有不同摩擦副上都能取得较优的摩擦学特性。当摩擦副处于重载工况时，配副界面接触状态对其摩擦学特性影响较大。圆形的几何特性决定了在织构面积一定时，其周长最小，即织构边缘接触应力区面积最小。这可以有效减少织构表面接触应力集中造成的不利于减摩、耐磨的反作用。对于轻载工况，织构微流体动压效应往往对其摩擦学特性起决定性作用。而圆形等规则形状织构的流体动压效应并非最优。因此需要设计一种织构形状，使其在面积一定时既具有较小的周长，又能取得较大的流体动压力。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种橄榄形凹坑织构化表面，基于遗传算法优化织构形状轮廓，提供了一种橄榄形凹坑织构化表面设计，在保证其周长较小的同时具有较大的流体动压效应。
一种橄榄形凹坑织构化表面，应用于往复直线运动的机械摩擦配副中,形状是具有尖形的两端，呈矩形阵列排布，面积密度为：5％-15％。
所述的橄榄形凹坑织构的深度为：10-60μm，
所述的尖形的两端，其尖形夹角为110-130°的钝角。
所述的橄榄形凹坑的形状为：第一象限的5个点直线连接，5个点的极坐标值分别为：(0°,287K)，(22.5°，255K)，(45°，223K)，(67.5°，194K)，(90°，171K)，K是比例系数，通过x轴和y轴轴对称原理，生成另外3/4轮廓即另外三个象限的轮廓，从而得到完整的橄榄形织构形状。
该织构形状轮廓具有尖形的两端,可以有效减少油膜压力谷面积，有利于提高流体动压承载力。同时该橄榄形织构增加了织构的油膜压力峰与压力谷的距离，这同样有利于提高流体动压承载力。
附图说明
图1为橄榄形织构的形状设计图。
图2为橄榄形织构的金相显微形貌和纵剖面轮廓图，其中图2a为橄榄形织构的金相显微形貌，图2b是纵剖面轮廓图。
图3为橄榄形织构矩形排布阵列。
图4为计算所得的圆形织构和橄榄形织构的流体动压力云图。其中图4(a)为通过平均流量雷诺方程计算得出的传统圆形织构的油膜压力云图；图4(b)分别为通过平均流量雷诺方程计算得出的橄榄形织构的油膜压力云图。
图5为计算所得的圆形织构和橄榄形织构的摩擦学特性，其中图5(a)是摩擦力示意图，图5(b)是承载力示意图，图5(c)是摩擦系数示意图，图5(d)是周长示意图。
图6为实验所得的圆形织构和橄榄形织构摩擦系数随载荷变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图及实例对本发明作进一步详细说明。
通过遗传算法优化凹坑织构形状，使得织构在保持较小周长的同时具有较大的流体动压效应。本发明设计图如图1所示。一种橄榄形凹坑织构，具有尖形两端特征，其尖形夹角为110-130°的钝角。图2a是织构在光学金相显微镜下的形貌(加工方式为：激光加工，LSF20II激光打标机，武汉华工激光)。图2b是该织构的纵向剖面轮廓图(TR200二维轮廓仪)。该橄榄形状轮廓的1/4通过直线连接极坐标第一象限内该形状轮廓上离散的5个点来描述，如图1所示。这5个点的极坐标值分别为：(0°,287K)，(22.5°，255K)，(45°，223K)，(67.5°，194K)，(90°，171K)。K是比例系数，通过不同的K可以等比例地调节织构形状轮廓的大小。通过x轴和y轴轴对称原理，生成另外3/4轮廓(如虚线所示)，从而得到完整的橄榄形织构形状。该织构的面密度为15％，深度为15-20μm(图2)，分布为矩形阵列，适合往复直线运动机械配副，如图3所示。
图4(a)、(b)分别为通过平均流量雷诺方程计算得出的传统圆形织构和橄榄形织构的油膜压力云图。橄榄形织构尖形两端使其油膜压力谷面积比圆形织构小。此外橄榄形结构可以增加织构的压力峰与压力谷的距离，从而减小二者的干涉作用。因此，相对于圆形织构，橄榄形织构的几何特征可以有效提高其流体动压力。图5是计算得出的圆形织构和橄榄形织构的摩擦学特性柱形图。橄榄形织构具有较高的流体动压承载力和较小的摩擦系数。橄榄形织构具有和圆形织构较为接近的周长，这使得橄榄形织构的边缘接触压力集中区域相对较小。
图6是往复式销-盘实验得到的圆形织构和本发明织构形式的摩擦系数曲线。实验条件：上试样：45#钢，Φ6mm×10mm销，粗糙度：Ra＝1-5μm；下试样：GCr15轴承钢，Φ30mm×5mm盘，橄榄形织构化表面(矩形形阵列)，粗糙度：Ra＝0.5-1μm；润滑剂为石蜡油(ISO VG32，加德士，运动粘度：28.5-35.2mm2/s)；载荷为：2、3、5、6、7、10、15、20N；往复频率为5Hz。结果证明：橄榄形织构在低载荷时(2-6.5N)具有比传统圆形织构更低的摩擦系数。当载荷为2N时，圆形织构的摩擦系数为0.22,橄榄形织构的摩擦系数为0.19，摩擦系数降低率为13.6％。当载荷相对较高时，圆形织构就有更低的摩擦系数。这说明：在低载荷工况下橄榄形织构具有比传统圆形织构更加优良的摩擦学特性。

Claims (4)

1.一种橄榄形凹坑织构化表面，应用于往复直线运动的机械摩擦配副中,其特征在于，形状是具有尖形的两端，呈矩形阵列排布，面积密度为：5％-15％。
2.根据权利要求1所述的一种橄榄形凹坑织构化表面，其特征在于，所述的橄榄形凹坑织构的深度为：10-60μm。
3.根据权利要求1所述的一种橄榄形凹坑织构化表面，其特征在于，所述的尖形的两端，其尖形夹角为110-130°的钝角。
4.根据权利要求1或2所述的一种橄榄形凹坑织构化表面，其特征在于，所述的橄榄形凹坑的形状为：第一象限的5个点直线连接，5个点的极坐标值分别为：(0°,287K)，(22.5°，255K)，(45°，223K)，(67.5°，194K)，(90°，171K)，K是比例系数，通过x轴和y轴轴对称原理，生成另外3/4轮廓即另外三个象限的轮廓，从而得到完整的橄榄形织构形状。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108052699A (zh) * 2017-11-21 2018-05-18 西安交通大学 一种鱼形凹坑织构化表面
CN108571514A (zh) * 2018-06-25 2018-09-25 西安交通大学 一种用于径向滑动轴承的半椭圆形分布织构化表面

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040190144A1 (en) * 2003-03-12 2004-09-30 Hannington Michael E. Rear projection screens and methods of making the same
CN202422766U (zh) * 2011-11-14 2012-09-05 福建船政交通职业学院 椭圆复合表面织构
CN103410626A (zh) * 2013-06-10 2013-11-27 吉林大学 一种带有表面织构形态的内燃机活塞
CN103453021A (zh) * 2013-09-13 2013-12-18 西南石油大学 织构化牙轮钻头滑动轴承及单元摩擦学性能测试方法
CN104728451A (zh) * 2015-04-09 2015-06-24 江西省科学院应用物理研究所 方向性大孔与三维型槽相结合的非接触式机械密封结构
CN204610238U (zh) * 2015-05-15 2015-09-02 武汉科技大学 一种用于柱塞泵的织构型滑靴
CN105118531A (zh) * 2015-07-21 2015-12-02 西安交通大学 一种子弹形凹坑织构化表面
CN204985140U (zh) * 2015-07-07 2016-01-20 武汉科技大学 具有阶梯形唇边导向套的液压缸
CN105402251A (zh) * 2015-12-21 2016-03-16 南京航空航天大学 一种平箔片以及织构化波箔动压气体推力轴承

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040190144A1 (en) * 2003-03-12 2004-09-30 Hannington Michael E. Rear projection screens and methods of making the same
CN202422766U (zh) * 2011-11-14 2012-09-05 福建船政交通职业学院 椭圆复合表面织构
CN103410626A (zh) * 2013-06-10 2013-11-27 吉林大学 一种带有表面织构形态的内燃机活塞
CN103453021A (zh) * 2013-09-13 2013-12-18 西南石油大学 织构化牙轮钻头滑动轴承及单元摩擦学性能测试方法
CN104728451A (zh) * 2015-04-09 2015-06-24 江西省科学院应用物理研究所 方向性大孔与三维型槽相结合的非接触式机械密封结构
CN204610238U (zh) * 2015-05-15 2015-09-02 武汉科技大学 一种用于柱塞泵的织构型滑靴
CN204985140U (zh) * 2015-07-07 2016-01-20 武汉科技大学 具有阶梯形唇边导向套的液压缸
CN105118531A (zh) * 2015-07-21 2015-12-02 西安交通大学 一种子弹形凹坑织构化表面
CN105402251A (zh) * 2015-12-21 2016-03-16 南京航空航天大学 一种平箔片以及织构化波箔动压气体推力轴承

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108052699A (zh) * 2017-11-21 2018-05-18 西安交通大学 一种鱼形凹坑织构化表面
CN108571514A (zh) * 2018-06-25 2018-09-25 西安交通大学 一种用于径向滑动轴承的半椭圆形分布织构化表面
CN108571514B (zh) * 2018-06-25 2020-06-16 西安交通大学 一种用于径向滑动轴承的半椭圆形分布织构化表面

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