[发明专利]一种鱼形凹坑织构化表面

说明书

一种鱼形凹坑织构化表面，该织构形状具有尖形前部和燕尾形尾部特征，该织构阵列呈矩形或圆周形分布，分别应用于做单向直线运动或旋转运动的机械摩擦配副中，其功能在于：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。

技术领域

本发明涉及机械配副摩擦学特性的技术领域，特别涉及应用于单向直线运动和旋转运动机械摩擦配副的一种鱼形凹坑织构化表面。

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).

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，使其在比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，本发明基于遗传算法优化织构形状轮廓，提供了一种鱼形凹坑织构化表面，在保证其周长较小的同时具有较大的流体动压效应。

一种鱼形凹坑织构化表面，该鱼形织构的深度为：10-60μm，面密度为：5％-15％，呈矩形和放射形阵列排布，分别应用于单向直线运动和旋转运动，具有尖形的前部和燕尾形的后部的鱼形状轮廓。

所述的鱼形状轮廓一半通过直线连接极坐标第一、二象限内该形状轮廓上离散的9个点来描述，这九个点的极坐标值分别为：(0°,0.12 mm)，(22.5°，0.08mm)，(45°，0.40mm)，(67.5°，0.19mm)，(90°， 0.10mm)，(112.5°，0.13mm)，(135°，0.20mm)，(157.5°，0.30 mm)，(180°，0.53mm)，通过x轴轴对称原理，生成另一半形状轮廓，从而得到完整的鱼形织构形状。

所述的尖形的前部，其尖形夹角为45-55°的锐角。

所述的燕尾形的后部，其燕尾分叉夹角为95-105°的钝角。

本发明独特的鱼形状织构设计使其在轻载工况下都能取得良好的摩擦学特性。该织构形状轮廓具有尖形的前部,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。该织构后部呈燕尾形，可以增大油膜压力峰面积，同时增加了相邻织构的油膜压力峰与压力谷的距离，同样有利于提高流体动压承载力。

附图说明

图1(a)为鱼形织构的形状设计图，图1(b)金相显微形貌图。

图2为织构纵截面轮廓。

图3为鱼形织构的矩形和圆周形排布阵列，其中图3(a)为鱼形织构的矩形排布阵列，图3(b)为鱼形织构的圆周形排布阵列。

图4为计算所得的圆形织构和鱼形织构的流体动压力云图，其中图4(a)计算所得的圆形织构，图4(b)为鱼形织构的流体动压力云图。