本發(fā)明涉及一種網(wǎng)狀彈性自適應(yīng)表面潤(rùn)滑織構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著三代核電、艦載核動(dòng)力和彈射技術(shù)的發(fā)展，關(guān)鍵設(shè)備摩擦副在無(wú)高壓潤(rùn)滑介質(zhì)頂起狀態(tài)或熱瞬態(tài)下，仍具備較低的磨損和較好的潤(rùn)滑狀態(tài)。轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)部件一般有兩類傳統(tǒng)摩擦副，金屬類如巴氏合金，非金屬類如石墨或樹(shù)脂；巴氏合金用于油潤(rùn)滑，石墨用于水潤(rùn)滑，樹(shù)脂即可用于油潤(rùn)滑也可以用于水潤(rùn)滑；在無(wú)高壓潤(rùn)滑介質(zhì)頂起時(shí)，摩擦副在低速油膜或水膜較低，這種邊界潤(rùn)滑不能有效隔離摩擦副直接接觸，摩擦副表面將會(huì)造成較大磨損或損壞，甚至造成剝落。所以，需要解決邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下過(guò)度磨損問(wèn)題。

傳統(tǒng)改善邊界潤(rùn)滑有兩種方法，第一種，增加摩擦副潤(rùn)滑介質(zhì)進(jìn)出兩側(cè)深度；第二種，在摩擦副表面增加微觀織構(gòu)(如圓形、矩形等凹坑)。第一種方法可以使得摩擦副在處于邊界潤(rùn)滑時(shí)，增加潤(rùn)滑介質(zhì)的供給量，雖能一定程度改善邊界潤(rùn)滑，卻導(dǎo)致了穩(wěn)態(tài)潤(rùn)滑介質(zhì)壓力曲線峰值過(guò)高，深度過(guò)大時(shí)，介質(zhì)流出側(cè)出現(xiàn)負(fù)壓進(jìn)一步加大磨損。第二種方法可以使得摩擦副在邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下，摩擦副表面仍然分布較多的潤(rùn)滑介質(zhì)凹坑，但這些凹坑將會(huì)影響穩(wěn)態(tài)時(shí)潤(rùn)滑介質(zhì)在摩擦副的壓力分布，降低摩擦副的承載能力，雖然改善了邊界潤(rùn)滑狀態(tài)的磨損過(guò)大問(wèn)題，但卻降低了穩(wěn)態(tài)時(shí)的摩擦副性能。

因此，需要研制一種新結(jié)構(gòu)，這種表面織構(gòu)，在熱瞬態(tài)或低速可以自動(dòng)凸起，但在穩(wěn)態(tài)時(shí)又自動(dòng)消失；即能改善邊界潤(rùn)滑時(shí)過(guò)度磨損，又不影響穩(wěn)態(tài)時(shí)摩擦副承載能力，表面織構(gòu)可動(dòng)態(tài)生成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的提供一種可以改善低速邊界潤(rùn)滑和干摩擦?xí)r過(guò)度磨損問(wèn)題，無(wú)載荷或高速時(shí)摩擦副的潤(rùn)滑介質(zhì)再次建立起流體潤(rùn)滑，網(wǎng)狀格織構(gòu)自動(dòng)消失，不影響摩擦副穩(wěn)態(tài)承載性能的自動(dòng)凸起回網(wǎng)狀彈性自適應(yīng)表面潤(rùn)滑織構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種網(wǎng)狀彈性自適應(yīng)表面潤(rùn)滑織構(gòu)，基材2上表面設(shè)置凹槽3，覆蓋層1布置在基材2上方，覆蓋層1部分嵌入凹槽3，覆蓋層1與基材2之間無(wú)間隙保持緊密連接，覆蓋層1上方的表面層6與剛體直接接觸部分凸起，凸起部分16是凹槽3對(duì)應(yīng)的正上方表面層6，非凸起部分7上層存留潤(rùn)滑介質(zhì)17，第二厚度5與第一厚度4比值為0.5：5。

第一類網(wǎng)狀格19在基材2的凹槽3內(nèi)呈矩形分布，第二類網(wǎng)狀格20在基材2的凹槽3內(nèi)呈菱形分布，第三類網(wǎng)狀格21在基材2的凹槽3內(nèi)呈扇形分布，第四類網(wǎng)狀格22在基材2的凹槽3內(nèi)呈環(huán)形分布，第五類網(wǎng)狀格23在基材2的凹槽3內(nèi)呈螺線形分布。

摩擦副為可動(dòng)部分和不動(dòng)部分，當(dāng)可動(dòng)部分處于低速運(yùn)行狀態(tài)或處于快速加減速瞬態(tài)狀態(tài)，不動(dòng)部分上方的潤(rùn)滑介質(zhì)連續(xù)厚度將降低，當(dāng)摩擦副直接接觸后，凹槽3對(duì)應(yīng)的正上方表面層6將會(huì)凸起，凸起部分16一般比非凸起部分7高出1微米至30微米，形成多個(gè)儲(chǔ)存潤(rùn)滑介質(zhì)17的等效淺水槽，等效淺水槽內(nèi)的潤(rùn)滑介質(zhì)17可大幅度降低摩擦副干摩擦面積，并提供部分流體潤(rùn)滑的空間，對(duì)于改善摩擦副邊界潤(rùn)滑時(shí)的過(guò)度磨損有幫助；摩擦副流體潤(rùn)滑重新建立，摩擦副直接接觸消失后，凸起部分16自動(dòng)回落，表面層6恢復(fù)正常，不影響摩擦副穩(wěn)態(tài)承載能力。第二厚度5與第一厚度4比值如果小于0.5倍，摩擦副直接接觸消時(shí)，凸起部分16的凸起高度將會(huì)小于1微米，無(wú)法起到改善邊界潤(rùn)滑的作用；第二厚度5與第一厚度4比值如果大于5倍，凸起部分16的凸起高度將會(huì)遠(yuǎn)大于10微米，將會(huì)增加覆蓋層1內(nèi)應(yīng)力，并降低邊界潤(rùn)滑效果，超出邊界潤(rùn)滑時(shí)潤(rùn)滑介質(zhì)流體膜的厚度數(shù)量級(jí)。

本發(fā)明網(wǎng)狀格自潤(rùn)滑表面織構(gòu)，與第一類增加摩擦副潤(rùn)滑介質(zhì)進(jìn)出兩側(cè)深度傳統(tǒng)改善邊界潤(rùn)滑方法相比，即可在摩擦副邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下凸起網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部可以存微米級(jí)潤(rùn)滑介質(zhì)潤(rùn)滑薄膜，可以改善邊界潤(rùn)滑干摩擦，當(dāng)摩擦副之間分離流體潤(rùn)滑建立，凸起網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)回落，這樣不會(huì)影響穩(wěn)態(tài)時(shí)承載能力，不會(huì)發(fā)生諸如出水邊負(fù)壓?jiǎn)栴}產(chǎn)生的過(guò)度磨損。與第二類增加表面不可變化的凹坑傳統(tǒng)改善邊界潤(rùn)滑方法相比，即可在摩擦副邊界潤(rùn)滑狀態(tài)下凸起網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部可以存微米級(jí)潤(rùn)滑介質(zhì)潤(rùn)滑薄膜，可以改善邊界潤(rùn)滑干摩擦，當(dāng)摩擦副之間分離流體潤(rùn)滑建立，凸起網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)回落，這樣不會(huì)影響穩(wěn)態(tài)時(shí)承載能力，不會(huì)發(fā)生諸如傳統(tǒng)式表面凹坑降低穩(wěn)態(tài)承載力的弱點(diǎn)。

本發(fā)明網(wǎng)狀格自潤(rùn)滑表面織構(gòu)經(jīng)過(guò)了某水潤(rùn)滑推力軸承臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證，在無(wú)高壓水頂起的工況下，經(jīng)過(guò)了多次啟停和失電惰轉(zhuǎn)試驗(yàn)，經(jīng)拆機(jī)檢查，推力瓦瓦面發(fā)現(xiàn)網(wǎng)狀格摩擦痕跡，說(shuō)明推力瓦瓦面經(jīng)過(guò)網(wǎng)狀格自潤(rùn)滑表面織構(gòu)改進(jìn)，可以改善邊界潤(rùn)滑過(guò)度磨損。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明的一種網(wǎng)狀格自潤(rùn)滑表面織構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

圖2為圖1俯視圖

圖3為圖1的項(xiàng)3放大圖

圖4為圖2的側(cè)視放大圖

圖5為矩形網(wǎng)狀格俯視圖

圖6為菱形網(wǎng)狀格俯視圖

圖7為扇形網(wǎng)狀格俯視圖

圖8為環(huán)形網(wǎng)狀格俯視圖

圖9為螺線形網(wǎng)狀格俯視圖

圖10為反向梯形凹槽圖

圖11為正向梯形凹槽圖

圖12為正向凸出柱面凹槽圖

圖13為正向凸出錐形凹槽圖

圖14為反向凸出錐形凹槽圖

圖15為三角型凹槽圖

圖16為半圓形凹槽圖

圖17為網(wǎng)狀格凸起高度分布圖

圖18為網(wǎng)狀格底部應(yīng)力分布圖

具體實(shí)施方式：

圖1為一種網(wǎng)狀格自潤(rùn)滑表面織構(gòu)，基材2上表面設(shè)置凹槽3，覆蓋層1布置在基材2上方，覆蓋層1部分嵌入凹槽3，覆蓋層1與基材2之間無(wú)間隙保持緊密連接，覆蓋層1的上方表面層6為平面或柱面；覆蓋層1屬于低彈性模量材料，基材2為高彈性模量材料。無(wú)載荷時(shí)表面層6不會(huì)凸起；高轉(zhuǎn)速有流體潤(rùn)滑時(shí)，表面層6不被接觸，因此表面層6也不會(huì)凸起。

如圖2所示，覆蓋層1上方的表面層6在被接觸時(shí)發(fā)生部分凸起，凸起部分16恰恰是凹槽3對(duì)應(yīng)的正上方表面層6，潤(rùn)滑介質(zhì)17處于凸起部分16包絡(luò)。在低轉(zhuǎn)速或熱瞬態(tài)時(shí)，間隔分布的潤(rùn)滑介質(zhì)17對(duì)邊界潤(rùn)滑或干摩擦所引起的過(guò)度磨損有較大改善。

如圖3所示，第二厚度5與第一厚度4比值為0.5倍至5倍，凹槽3的一般形狀為矩形凹槽18。第二厚度5過(guò)厚時(shí)，覆蓋層1凸起會(huì)過(guò)大，第一厚度4過(guò)小時(shí)，會(huì)降低凸起效果。

如圖4所示，覆蓋層1在被接觸時(shí)發(fā)生部分凸起，凸起部分16恰恰是凹槽3對(duì)應(yīng)的正上方表面層6，非凸起部分7上層存留潤(rùn)滑介質(zhì)17，當(dāng)表面層6不與剛體直接接觸后，表面層6的凸起部分16自動(dòng)回落。在覆蓋層1被直接接觸時(shí)，凸起部分16將會(huì)改善過(guò)度干摩擦；當(dāng)覆蓋層1不被直接接觸時(shí)，凸起部分16會(huì)自動(dòng)回落，不會(huì)影響穩(wěn)態(tài)時(shí)的運(yùn)行。

如圖5所示，第一類網(wǎng)狀格19在基材2的凹槽3內(nèi)呈矩形分布。當(dāng)覆蓋層1被直接接觸時(shí)，表面層6將會(huì)有同第一類網(wǎng)狀格19樣式凸起，進(jìn)而達(dá)到改善邊界潤(rùn)滑和降低干摩擦的過(guò)度磨損。

如圖6所示，第二類網(wǎng)狀格20在基材2的凹槽3內(nèi)呈菱形分布。當(dāng)覆蓋層1被直接接觸時(shí)，表面層6將會(huì)有同第二類網(wǎng)狀格20樣式凸起，進(jìn)而達(dá)到改善邊界潤(rùn)滑和降低干摩擦的過(guò)度磨損。

如圖7所示，第三類網(wǎng)狀格21在基材2的凹槽3內(nèi)呈扇形分布。當(dāng)覆蓋層1被直接接觸時(shí)，表面層6將會(huì)有同第三類網(wǎng)狀格21樣式凸起，進(jìn)而達(dá)到改善邊界潤(rùn)滑和降低干摩擦的過(guò)度磨損。

如圖8所示，第四類網(wǎng)狀格22在基材2的凹槽3內(nèi)呈環(huán)形分布。當(dāng)覆蓋層1被直接接觸時(shí)，表面層6將會(huì)有同第四類網(wǎng)狀格22樣式凸起，進(jìn)而達(dá)到改善邊界潤(rùn)滑和降低干摩擦的過(guò)度磨損。

如圖9所示，第五類網(wǎng)狀格23在基材2的凹槽3內(nèi)呈螺線形分布。當(dāng)覆蓋層1被直接接觸時(shí)，表面層6將會(huì)有同第五類網(wǎng)狀格23樣式凸起，進(jìn)而達(dá)到改善邊界潤(rùn)滑和降低干摩擦的過(guò)度磨損。

如圖10所示，覆蓋層1所采用的凹槽3形狀為反向梯形槽8。反向梯形槽8內(nèi)覆蓋層1材料受到內(nèi)應(yīng)力較小。

如圖11所示，覆蓋層1所采用的凹槽3形狀為正向梯形槽9。正向梯形槽9內(nèi)覆蓋層1材料限位比較可靠。

如圖12所示，覆蓋層1所采用的凹槽3形狀為正向凸出柱面形槽10。正向凸出柱面形槽10內(nèi)覆蓋層1材料受到內(nèi)應(yīng)力較小。

如圖13所示，覆蓋層1所采用的凹槽3形狀為正向凸出錐形槽11。正向凸出錐形槽11內(nèi)覆蓋層1材料受到內(nèi)應(yīng)力較小。

如圖14所示，覆蓋層1所采用的凹槽3形狀為反向凸出錐形槽12。反向凸出錐形槽12內(nèi)覆蓋層1材料限位比較可靠。

如圖15所示，覆蓋層1所采用的凹槽3形狀為三角形槽14。三角形槽14內(nèi)覆蓋層1材料受到內(nèi)應(yīng)力較小。

如圖16所示，覆蓋層1所采用的凹槽3形狀為半圓形槽15。半圓形槽15內(nèi)覆蓋層1材料受到內(nèi)應(yīng)力較小。

如圖17所示，當(dāng)?shù)诙穸?從3mm增加至12mm時(shí)，凸起部分16高度從3微米提高至9微米，可以通過(guò)控制第二厚度5來(lái)控制凸起部分16高度，以應(yīng)對(duì)不同流體潤(rùn)滑改善邊界潤(rùn)滑的要求；圖18橫坐標(biāo)為第二厚度5厚度，圖18縱坐標(biāo)為凸起部分16凸起高。

如圖18所示，當(dāng)?shù)诙穸?從3mm增加至12mm時(shí)，凹槽3內(nèi)覆蓋層1材料受到內(nèi)應(yīng)力大小從1.5mpa增加至1.7mpa，控制第二厚度5進(jìn)一步控制覆蓋層1材料的內(nèi)應(yīng)力集中水平；圖18橫坐標(biāo)為第二厚度5厚度，圖18縱坐標(biāo)為凹槽3內(nèi)覆蓋層1材料內(nèi)應(yīng)力值。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。