專利名稱：一種葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)的端面滑動(dòng)軸承的表面結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于端面滑動(dòng)軸承技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型端面滑動(dòng)軸承，特別涉及一種葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)的端面滑動(dòng)軸承的表面結(jié)構(gòu)的表面結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
滑動(dòng)軸承是支撐回轉(zhuǎn)的重要零(部)件。在重載、高精度和腐蝕介質(zhì)中或在徑向結(jié)構(gòu)小的場(chǎng)合中，滑動(dòng)軸承占有重要的地位。隨著機(jī)械運(yùn)動(dòng)的重載和高精度化要求，以及高精密微型機(jī)床的回轉(zhuǎn)支撐的要求的提高，給滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)，在這種情況下，滑動(dòng)軸承得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。根據(jù)流體動(dòng)壓軸承的工作能力準(zhǔn)則可知，影響滑動(dòng)軸承工作的因素很多，例如最小油膜厚度、軸承溫升、潤(rùn)滑液的分布均勻性和流體動(dòng)壓潤(rùn)滑條件等。在眾多的影響因素中，軸承工作表面的結(jié)構(gòu)形態(tài)設(shè)計(jì)對(duì)軸承的潤(rùn)滑效果、軸的回轉(zhuǎn)精度、回轉(zhuǎn)效率和耐用度有著重要的意義。目前端面滑動(dòng)軸承工作表面的潤(rùn)滑油點(diǎn)采用條狀溝徑向發(fā)散分布式，圓形凹點(diǎn)的等分徑向直線分布式和錯(cuò)位分布式。這些排布方式在設(shè)計(jì)上缺少一定的理論根據(jù)，往往導(dǎo)致潤(rùn)滑介質(zhì)分布不均勻，使得流體動(dòng)壓潤(rùn)滑性能降低，摩擦力增大，甚至因潤(rùn)滑不均產(chǎn)生高溫并發(fā)生膠合，以至于工作表面損傷等。因此，為了解決上訴問(wèn)題，如何實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)軸承工作表面工程化設(shè)計(jì)是滑動(dòng)軸承領(lǐng)域的技術(shù)關(guān)鍵所在。近年來(lái)，非光滑表面的摩擦減阻理論研究表明，滑動(dòng)摩擦工作表面的地貌特征和結(jié)構(gòu)形式在提高潤(rùn)滑性能和減小摩擦方面起到關(guān)鍵的作用，但在進(jìn)行端面軸承工作表面工程化設(shè)計(jì)方面，存在著摩擦表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的合理化選擇問(wèn)題，而且目前還缺少設(shè)計(jì)的理論依據(jù)。如果與端面滑動(dòng)軸承工作表面油點(diǎn)分布相關(guān)的參數(shù)選擇不當(dāng)，就會(huì)引起回轉(zhuǎn)過(guò)程不穩(wěn)定、摩擦阻力大和潤(rùn)滑不充分。因此，本發(fā)明基于生物科學(xué)中`的葉序理論H.Vogel模型，即生物學(xué)的葉序理論表明，植物的葉子、花瓣、果實(shí)的籽粒和魚鱗的幾何排布滿足黃金分割律。依據(jù)該理論設(shè)計(jì)出端面滑動(dòng)軸承工作表面潤(rùn)滑油點(diǎn)。具有葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)的端面滑動(dòng)軸承具備了解決上面所述的潤(rùn)滑中問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)端面滑動(dòng)軸承的均勻潤(rùn)滑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)的端面滑動(dòng)軸承的表面結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有效地提高了軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)效率和使用壽命。采用的技術(shù)方案是:
一種葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)的端面滑動(dòng)軸承的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于軸承工作表面的潤(rùn)滑油點(diǎn)排布符合生物學(xué)的葉序理論，基于葉序理論的H.Vogel模型:.= η*θ , _p=c*^E ,
= 0,1,2,;潤(rùn)滑油點(diǎn)的幾何排布滿足黃金分割律。即在極坐標(biāo)下，第個(gè)潤(rùn)滑油點(diǎn)
與第Tl+1個(gè)潤(rùn)滑油點(diǎn)之間的極角為0 = 137.508° ,第η個(gè)潤(rùn)滑油點(diǎn)的極徑為p=c 。其中η為潤(rùn)滑油點(diǎn)序數(shù)，c為潤(rùn)滑油點(diǎn)在極軸P上的分布系數(shù)，c控制在2 6范圍內(nèi)選取。
上述的潤(rùn)滑油點(diǎn)設(shè)計(jì)符合生物體體表特征，潤(rùn)滑油點(diǎn)可以是半球冠型或魚鱗型，魚鱗型潤(rùn)滑油點(diǎn)與工作表面互相傾斜成楔形，起流體潤(rùn)滑作用，各魚鱗型潤(rùn)滑油點(diǎn)的傾斜方向沿著軸承旋轉(zhuǎn)方向均滿足流體動(dòng)力潤(rùn)滑的充要條件。上述的半球冠型潤(rùn)滑油點(diǎn)的直徑控制在2mm 4mm范圍內(nèi)，潤(rùn)滑油點(diǎn)的深度力在0.03d-0.08d范圍內(nèi)；魚鱗型潤(rùn)滑油點(diǎn)的長(zhǎng)度Z控制在2mm 4mm范圍內(nèi)，潤(rùn)滑油點(diǎn)的深度ω在0.03L 0.08L范圍內(nèi)。上述的潤(rùn)滑油點(diǎn)的面積比(所有潤(rùn)滑油點(diǎn)的面積之和與軸承工作表面面積的比率)控制在10% 20%范圍內(nèi)。本發(fā)明基于的原理
本發(fā)明是基于生物學(xué)的葉序理論設(shè)計(jì)出的葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)的端面滑動(dòng)軸承。生物體體表特征減摩抗阻原理表明，魚類、穿山甲、蜣螂等動(dòng)物的體表布滿鱗片、凹點(diǎn)或凸點(diǎn)，并且按照一定的規(guī)律排布，以此來(lái)減小運(yùn)動(dòng)中的阻力。因此，在端面滑動(dòng)軸承工作表面工程化設(shè)計(jì)時(shí)可以把具有流體潤(rùn)滑原理的潤(rùn)滑油點(diǎn)按照葉序理論排布，最終達(dá)到減摩抗阻效果，提高潤(rùn)滑性能和使用壽命。生物學(xué)的葉序理論表明，植物的葉子、花瓣、果實(shí)的籽粒和魚鱗鱗片的幾何排布滿足黃金分割律。其中H.Vogel模型揭示回旋體端面空間籽粒的分布規(guī)律。H.Vogel模型
φ = η*θ ,,η = 0Χ2,...,^ ;即在極坐標(biāo)下，第/7個(gè)籽粒與第於2個(gè)籽粒之間的極
角為0 = 137ι5Ο8。，第〃個(gè)籽粒在極坐標(biāo)系下的極徑P=c。其中是籽粒序數(shù)，c是分
布系數(shù)。H.Vogel模型是生物籽粒、花瓣結(jié)構(gòu)排布規(guī)律模型，這種結(jié)構(gòu)的排布在幾何學(xué)上實(shí)現(xiàn)空間互補(bǔ)，并滿足黃金分割率，它具有表面對(duì)熱輻射的最大吸收能力，所形成的葉序螺旋溝槽對(duì)流體作用時(shí)有發(fā)生和均布效應(yīng)。因此，在端面軸承的工作表面工程化設(shè)計(jì)時(shí)，可以把每個(gè)潤(rùn)滑油點(diǎn)看成一個(gè)籽粒點(diǎn)，依據(jù)H.Vogel模型進(jìn)行設(shè)計(jì)端面滑動(dòng)軸承工作表面的潤(rùn)滑油點(diǎn)排布，形成葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)的端面滑動(dòng)軸承。同時(shí)由于潤(rùn)滑油點(diǎn)的葉序排布可以通過(guò)改變H.Vogel模型中的參數(shù)實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油點(diǎn)位置的可控性，從而獲得最優(yōu)化的軸承工作表面的潤(rùn)滑油點(diǎn)排布，也使?jié)櫥忘c(diǎn)葉序排布的端面滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑性能得到優(yōu)化，最終達(dá)到改善摩擦性能，提高軸承的壽命效果。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
本發(fā)明把生物學(xué)中的葉序理論應(yīng)用到端面滑動(dòng)軸承領(lǐng)域的軸承工作表面的工程化設(shè)計(jì)，使端面滑動(dòng)軸承工作表面形貌滿足葉序排列的H.Vogel模型，實(shí)現(xiàn)工作表面的地貌形態(tài)可控性，從而控制承載區(qū)潤(rùn)滑液的分布，在支撐軸轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，能夠獲得較高的潤(rùn)滑效果、減小摩擦阻力、潤(rùn)滑充分、減低摩擦熱損傷、改善潤(rùn)滑條件、提高軸承的使用壽命、轉(zhuǎn)動(dòng)效率，最終達(dá)到提高軸承的潤(rùn)滑性能，對(duì)軸承發(fā)展和應(yīng)用有著重要的意義。


圖1是一種生物體體表鱗片葉序結(jié)構(gòu)排布圖。

圖2是一種生物果實(shí)種子籽粒的葉序結(jié)構(gòu)排布圖。圖3是葉序理論H.Vogel數(shù)學(xué)模型。圖4是葉序理論H.Vogel數(shù)學(xué)模型中相鄰三個(gè)點(diǎn)的關(guān)系圖。
圖5是魚鱗形葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)端面滑動(dòng)軸承的形態(tài)圖。圖6是魚鱗形葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)的放大示意圖。圖7是魚鱗形葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)的A-A截面示意圖。圖8是半球冠型葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)端面滑動(dòng)軸承的形態(tài)圖。圖9是半球冠型葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)的放大示意圖。圖10是半球冠型葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)的B-B截面示意圖。圖11是分布系數(shù)c=2.4的對(duì)籽粒塊分布示意圖。圖12是分布系數(shù)c=2.0的對(duì)籽粒塊分布示意圖。圖13是分布系數(shù)c=l.8的對(duì)籽粒塊分布示意圖。圖14是分布系數(shù)c=l.4的對(duì)籽粒塊分布示意圖。圖15是分布系數(shù)c=l.2的對(duì)籽粒塊分布示意圖。圖中，I是鱗片基體，2是順時(shí)針鱗片葉序螺旋線，3是逆時(shí)針鱗片葉序螺旋線，4是種子籽粒，5是順時(shí)針籽粒葉列螺旋線，6是逆時(shí)針籽粒葉列螺旋線，7、8、9是三個(gè)節(jié)點(diǎn)，10是端面滑動(dòng)軸承，11是魚鱗型油點(diǎn)的局部放大圖，12是端面滑動(dòng)軸承，13是半球冠型油點(diǎn)
的局部放大圖，14是潤(rùn)滑油點(diǎn)所在的位置，15是端面滑動(dòng)軸承，,武+1 , 是第η、η+1、η+2個(gè)籽粒點(diǎn)到P軸的夾角。Pn , A+i , P +2是第η、η+1>η+2個(gè)籽粒點(diǎn)的極徑。
具體實(shí)施例方式一種葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)的端面滑動(dòng)軸承的表面結(jié)構(gòu)，符合于圖1和圖2中的魚鱗鱗片和生物果實(shí)種子籽粒的葉序結(jié)構(gòu)排布規(guī)律利用CAD軟件基于H.Vogel模型
(0=137.5° n, p=c*，H=constant)設(shè)計(jì)按葉序理論排布的油點(diǎn)圖案。如圖3所示，
7、8、9分別是H.Vogel模型中的第η、η+1和η+2個(gè)籽粒點(diǎn)，相鄰兩個(gè)籽粒點(diǎn)之間的夾角是
137.508°，第η個(gè)籽粒點(diǎn)在極坐標(biāo)系下的極徑廠 =C*^，第η個(gè)籽粒點(diǎn)在極坐標(biāo)系下的
極角 θη=137.508° η。
設(shè)計(jì)葉序排布的潤(rùn)滑油點(diǎn)基體結(jié)構(gòu)。如圖4所示為魚鱗型葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)端面滑動(dòng)軸承的形態(tài)圖，魚鱗型潤(rùn)滑油點(diǎn)基體的結(jié)構(gòu)尺寸如圖4中11所示，油點(diǎn)長(zhǎng)度Z值控制在2mm 4mm范圍內(nèi)，深度ω的值為0.03Ζ 0.靴,R二L/2。把每一個(gè)潤(rùn)滑油點(diǎn)當(dāng)成一個(gè)籽粒點(diǎn)設(shè)計(jì)魚鱗型葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)端面滑動(dòng)軸承的形態(tài)圖。其中每一個(gè)魚鱗型潤(rùn)滑油點(diǎn)的擺放沿軸承旋轉(zhuǎn)方向滿足流體動(dòng)壓效果。如圖5所示為半球冠型葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)端面滑動(dòng)軸承的形態(tài)圖，半球冠型油點(diǎn)基體的結(jié)構(gòu)尺寸如圖5中13所示，油點(diǎn)半徑V控制在2mm 4mm范圍內(nèi)，深度A的值為0.03t/ 0.08丄把每一個(gè)潤(rùn)滑油點(diǎn)當(dāng)成一個(gè)籽粒點(diǎn)設(shè)計(jì)半球冠型葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)端面滑動(dòng)軸承的形態(tài)圖。通過(guò)改變H.Vogel模型中的葉序分布系數(shù)C，得到不用分布系數(shù)下的籽粒排布形式。通過(guò)控制c值的大小從而將油點(diǎn)的面積比(所有油點(diǎn)的面積之和與軸承工作表面面積的比率)控制在10% 20%范圍內(nèi)。通過(guò)圖中不同分布系數(shù)c下籽粒的分布情況可知分布系數(shù)c影響籽粒排布的疏密程度，c值越大籽粒排布越稀疏。c的取值范圍為:2 6。
權(quán)利要求
1.一種葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)的端面滑動(dòng)軸承的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于:軸承工作表面的潤(rùn)滑油點(diǎn)排布符合生物學(xué)的葉序理論，基于葉序理論的H.Vogel模型:φ = η*θ , p=c*4& , = 0,1,2,…Musk ;潤(rùn)滑油點(diǎn)的幾何排布滿足黃金分割律；即在極坐標(biāo)下，第個(gè)潤(rùn)滑油點(diǎn)與第個(gè)潤(rùn)滑油點(diǎn)之間的極角為5 = 137.5(^ ,第個(gè)潤(rùn)滑油點(diǎn)的極徑為P=。，其中/7為潤(rùn)滑油點(diǎn)序數(shù)，C為潤(rùn)滑油點(diǎn)在極軸P上的分布系數(shù)，C控制在2 6范圍內(nèi)選??； 上述的潤(rùn)滑油點(diǎn)設(shè)計(jì)符合生物體體表特征，潤(rùn)滑油點(diǎn)可以是半球冠型或魚鱗型，魚鱗型潤(rùn)滑油點(diǎn)與工作表面互相傾斜成楔形，起流體潤(rùn)滑作用，各魚鱗型潤(rùn)滑油點(diǎn)的傾斜方向沿著軸承旋轉(zhuǎn)方向均滿足流體動(dòng)力潤(rùn)滑的充要條件； 上述的半球冠型潤(rùn)滑油點(diǎn)的直徑V控制在2mm 4mm范圍內(nèi)，潤(rùn)滑油點(diǎn)的深度力在.0.03d-0.08d范圍內(nèi)，魚鱗型潤(rùn)滑油點(diǎn)的長(zhǎng)度Z控制在2mm 4mm范圍內(nèi)，潤(rùn)滑油點(diǎn)的深度ω在0.03L 0.08L范圍內(nèi)； 上述的潤(rùn)滑油點(diǎn)的 面積比控制在10% 20%范圍內(nèi)。
全文摘要
一種葉序排布潤(rùn)滑油點(diǎn)的端面滑動(dòng)軸承的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于軸承工作表面的潤(rùn)滑油點(diǎn)排布符合生物學(xué)的葉序理論，基于葉序理論的H.Vogel模型，，；潤(rùn)滑油點(diǎn)的幾何排布滿足黃金分割律。即在極坐標(biāo)下，第n個(gè)潤(rùn)滑油點(diǎn)與第n+1個(gè)潤(rùn)滑油點(diǎn)之間的極角為，第n個(gè)潤(rùn)滑油點(diǎn)的極徑為。其中n為潤(rùn)滑油點(diǎn)序數(shù)，c為潤(rùn)滑油點(diǎn)在極軸ρ上的分布系數(shù),c控制在2～6范圍內(nèi)選取；本發(fā)明的潤(rùn)滑油點(diǎn)葉序排布符合葉序理論H.Vogel模型，實(shí)現(xiàn)工作表面的地貌形態(tài)可控性，從而控制承載區(qū)潤(rùn)滑液的分布，使摩擦溫度、摩擦阻力達(dá)到最小，減小工作表面的摩擦阻力和改善潤(rùn)滑條件等，最終達(dá)到提高軸承的潤(rùn)滑性能。
文檔編號(hào)F16C33/04GK103089815SQ201210190078
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者王軍, 呂玉山, 舒啟林, 魏永合, 劉宏鵬 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)理工大學(xué)