棱纹型仿生耐磨结构表面制造技术

本发明专利技术涉及一种仿生耐磨结构表面，特别是涉及一种棱纹型仿生耐磨几何结构表面。本发明专利技术是基于土壤洞穴动物穿山甲的鳞片表面具有耐土壤磨料磨损的几何结构特征，其目的是解决现有的与散体物料接触部件的磨损问题。该仿生耐磨结构表面是将原有设备或构件与接触物料的表面改变结构，在表面上增设一系列的具有一定几何参数和间距的棱纹形结构。其仿生耐磨结构形状为：ｙ＝ａｓｉｎ（ｂｘ＋ｃ）。其中，ａ－振幅，ｂ－频率，ｃ－初相位，０＜ａ≤１２ｍｍ，０≤ｂｘ－ｃ≤π，０≤ｘ≤２０ｍｍ。棱纹间距：０＜Ｌ＜３０ｍｍ。本仿生耐磨损结构表面适用于农机触土部件，土方装载机械的装载部件和传送带带面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。其耐磨损性比光滑表面的耐磨性提高１．２～１．５倍。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种仿生耐磨结构表面，特别是涉及一种棱纹型仿生耐磨几何结构表面，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部件，如管道，传送带，漏 斗，储仓壁等。技术背景工业生产过程中，与散体物料接触的设备及部件的磨损非常严重，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，磨料形状和性能对耐磨性 的影响和磨料磨损机理的探索等方面。但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。
技术实现思路
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，本专利技术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而提供一种棱纹型仿生耐磨 结构表面。实现本专利技术上述目的所采用的技术方案结合附图说明如下实现本专利技术上述目的所采用的技术方案是基于土壤洞穴动物穿山甲的鳞片表面具有耐 磨损的几何结构特征，根据优化分析和几何测量，最终提炼出一种设置于散体物料接触的机 械部件表面上的棱纹型仿生耐磨结构表面，其结构轮廓为正弦函数的半个周期曲线 y = asin(fcc + c)，其中a-振幅，6-频率，c-初相位，0〈a《12附附，0Sfe — c^7T， 0Sx^20/ww，棱纹结构在接触表面的分布间距为0<￡<30mm。所说的棱纹与其所在的接触表面可为一体结构，也可以分别做成单体再与接触表面连接 在一起。棱纹型结构需要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进行 具体赋值，方可得到耐磨损的几何轮廓。将原有设备或构件与物料接触的表面增设一系列的 具有按照上述方法确定的棱纹型结构间距(0<丄<30附附。)的棱纹形结构，即可得到棱纹 型仿生耐磨结构表面。棱纹间距L值可根据具体的散体物料尺寸和物料在表面的相对滑动速 度等进行确定和调整。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。在表面上设置棱纹型结构， 棱纹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。本专利技术具有以下技术效果利用棱纹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。参阅附图3:其为散体物料冲击角度为35度 时，散体物料与仿生棱纹型结构表面的接触和运动状态示意图。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20.71%~51.92%。附图说明图la是棱纹结构表面示意图；图lb为图la的A-A剖面图；图2a是棱纹结构与原表面螺钉连接的示意图；图2b为图2a的A-A剖面图；图3是散体物料与仿生棱纹型结构表面的接触和运动状态示意图； 图4a是高宽比为3: 7.85的棱纹型仿生结构表面尺寸图；图4b为图4a的A-A剖面图，棱纹型结构方程为y = 3sin(0.4x) (0<x<7.85); 图5a是高宽比为1.8: 6.28的棱纹型仿生结构表面尺寸图；图5b为图5a的A-A剖面图，棱纹型结构方程为_y = 1.8sin(0.5x) (0<x<6.28); 图6a是高宽比为1.2: 5.23的棱纹型仿生结构表面尺寸图；图6b为图6a的A-A剖面图，棱纹型结构方程为j; = 1.2Sin(0.6;c) (0<x<5.23)。具体实施例方式实例l参阅图4(a,b):附图4为某部件的棱纹型仿生结构表面尺寸图。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2.35 m/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取棱纹形高度为3mm，棱纹的高宽比 为3: 7.85，从而得到正弦函数半个周期的定义域为(O， 7.85)，对a， b， c进行具体赋值， 分别是，"=3， 6 = 0.4， c = 0。艮卩，耐磨表面上的棱纹型结构轮廓方程为y = 3sin(0.4x)。 棱纹结构间距L为15.71mm。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，带有该棱纹型仿生结构的部件为普通光滑平面部件质量磨损量的78.09%。 质量磨损损失减少了 21.91%。实例2参阅图5(a,b):附图5为某部件的棱纹型仿生结构表面尺寸图。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取棱纹形高度为1.8mm，棱纹的高宽比为1.8: 6.28，从 而得到正弦函数半个周期的定义域为(O， 6.28)，对a， b， c进行具体赋值，分别是，a = 1.8，0。即耐磨表面上的棱纹型结构轮廓方程为；;=1.8sin(0.5jc)。棱纹结构间距L 为12.56mm。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， 具有棱纹型仿生结构表面的部件为普通光滑平面部件质量磨损量的64.52%。质量磨损损失 减少了 35.48%。实例3参阅图6(a,b):附图6为某部件的棱纹型仿生结构表面尺寸图。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取棱纹形高度为1.2mrn，棱纹的高宽比为1.2: 5.23，从 而得到正弦函数半个周期的定义域为(O， 5.23)，对a， b， c进行具体赋值，分别是，a = 1.2， 6 = 0.6， c = 0。即耐磨表面上的棱纹型结构轮廓方程为y = 1.2sin(0.6;c)。棱纹结构间距L 为9.42mm。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， 具有棱纹型仿生结构表面的部件为普通光滑平面部件质量磨损量的71.11%。质量磨损损失 减少了 28.89%。权利要求1、一种设置于散体物料接触的机械部件表面上的棱纹型仿生耐磨结构表面，其特征在于结构轮廓为正弦函数的半个周期曲线y＝asin(bx+c)，其中a-振幅，b-频率，c-初相位，0＜a≤12mm，0≤bx-c≤π，0≤x≤20mm，棱纹结构在接触表面的分布间距为0＜L＜30mm。2、 根据权利要求1所述的棱纹型仿生耐磨结构表面，其特征在于所说的棱纹与其所在 的接触表面可为一体结构，也可以分别做成单体再与接触表面连接在一起。全文摘要本专利技术涉及一种仿生耐磨结构表面，特别是涉及一种棱纹型仿生耐磨几何结构表面。本专利技术是基于土壤洞穴动物穿山甲的鳞片表面具有耐土壤磨料磨损的几何结构特征，其目的是解决现有的与散体物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设置于散体物料接触的机械部件表面上的棱纹型仿生耐磨结构表面，其特征在于结构轮廓为正弦函数的半个周期曲线：ｙ＝ａｓｉｎ（ｂｘ＋ｃ），其中：ａ－振幅，ｂ－频率，ｃ－初相位，０＜ａ≤１２ｍｍ，０≤ｂｘ－ｃ≤π，０≤ｘ≤２０ｍｍ，棱纹结构在接触表面的分布间距为：０＜Ｌ＜３０ｍｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：佟金，荣宝军，马云海，陈东辉，孙霁宇，周江，闫久林，常志勇，张金波，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]