一种超低摩擦的轮-阜结构摩擦副制造技术

本发明专利技术公开了一种超低摩擦的轮

【技术实现步骤摘要】
一种超低摩擦的轮-阜结构摩擦副


[0001]本专利技术属于结构超滑
，具体涉及一种超低摩擦的轮-阜结构摩擦副。

技术介绍

[0002]Leonardo da Vinci在15世纪已经进行了摩擦的研究，提出了摩擦系数的概念，即固体表面之间的摩擦力与正压力之比，他也因此被称作“摩擦学之父”。人们对摩擦学的认识越来越深，摩擦学也逐渐成本多学科交叉的学科，涵盖了物理、化学、材料等，研究领域也逐步扩展，涵盖了宏观到微观、固体到液体等领域。所以，如何调节和控制摩擦，是摩擦学研究的主要内容。
[0003]在此背景下，两位日本学者Hirano和Shinjo在20世纪初提出了“超润滑性”的概念，并预测完全感觉的固体表面，摩擦力甚至会完全消失。这引起了摩擦学、化学等各学科领域学者的关注，尤其是在近几十年中，对于如何实现接触面见的超润滑性，已经成为摩擦学者研究的前沿领域。
[0004]自从20世纪初，Hriano和Shinjo提出超滑的概念以来，越来越多的研究者投入到超滑方向的研究。图1是超滑研究成果的主要里程碑时间表，概述了超滑研究的重大成果。
[0005]在2004年Dienwiebel,M.et al.进行了石墨接触中纳米级超润滑性的开创性实验演示，发现了石墨超低摩擦的起源在于旋转石墨层之间的不可通约性。这也启发了2012年Liu,Z.et al.首次在微观尺度观察到超润滑性，到2013年Leven,I.et al.在异质结中发现了超滑现象。2015年Berman,D.et al.提出了多触点配置的模型，利用石墨烯片包裹纳米金刚石，形成的纳米微球在类金刚石复合片表面滑动，实现了不相称的接触，从而实现了超滑。
[0006]上述发展过程中存在以下问题：
[0007](1)早期的理论预测和实验观察到的超低摩擦多发生在微纳米尺度。
[0008](2)实验观察到的超滑现象对环境要求较高，多为真空、密闭或气体保护状态下实现。
[0009](3)固体超滑的实现多采用石墨、六方氮化硼、石墨烯等，因为利用了二维材料层间作用力较弱的特性，所以无法脱离二维材料的范畴。
[0010](4)基于结构润滑和连续滑动的“超滑”只能在苛刻的非公度滑动表面和极小载荷条件下实现，无法投入工程实用。

技术实现思路

[0011]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的超低摩擦的轮-阜结构摩擦副解决了传统的“超滑”摩擦副受微纳尺度及实验环境限制等问题。
[0012]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种超低摩擦的轮-阜结构摩擦副，包括主表面和从表面；
[0013]所述主表面上设置有若干个面片阵列，所述从表面设置有若干等间距排列的凸
棱；
[0014]每个所述面片阵列包括若干个按设定规律排列的轮子，每个轮子的圆心通过使其做往复运动的机构与主表面活动连接；
[0015]在所述主表面在外力作用下相对于从表面运动时，所述轮子在使其做往复运动的机构的拉力作用下做复摆运动并与所述从表面上的排列的凸棱依次发生周期性接触与分离。
[0016]进一步地，所述从表面上的各个凸棱的表面宽度为定值。
[0017]进一步地，每个所述面片阵列中，相邻两个轮子之间的距离是凸棱宽度c的2倍。
[0018]进一步地，相邻两个所述凸棱之间的距离W为所述凸棱宽度c的整数倍。
[0019]进一步地，在每个所述面片阵列中，同一排轮子的数量m与相邻两个凸棱之间的距离W的关系为：
[0020]W＝[2(m-1)+1]×
c
[0021]式中，c为凸棱宽度。
[0022]进一步地，所述轮子半径与主平面相对于从平面运动时的摩擦力成反比。
[0023]本专利技术的有益效果为：
[0024](1)本专利技术方法能够较大限度的降低微纳米尺度带来的影响，通过结构设计，对摩擦力大小进行调控，为建立更加系统、完善的摩擦理论研究提供了思路；
[0025](2)本专利技术方法突破了超低摩擦局限于微纳尺度层面的瓶颈问题，有助于“超滑”研究的工程应用，以往的“超滑”现象基本都只在微纳米级别观测，并且实现条件苛刻，很难将其转化为实际工程的应用；本方法有效规避了瓶颈问题，易于进行参数调控，与纳米尺度的“超滑”相比，更容易从实验转化为工程应用；
[0026](3)环境对实验结果影响较小，只需在常温常压下即可实现，并且无需考虑材料本身的化学特性，根据不同的适用场合，选用不同的刚性材料即可；
[0027](4)本专利技术建立了宏观表面结构和滑动摩擦特性之间的力学桥梁，把摩擦机理研究置于宏观尺度上的经典力学框架中，通过调整模型的几何参数，即可以改变表面结构的摩擦特性。
附图说明
[0028]图1为本专利技术
技术介绍
中结构超润滑性研究历程示意图。
[0029]图2为本专利技术提供的超低摩擦的轮-附结构摩擦副结构示意图。
[0030]图3为本专利技术提供的使轮子做往复运动的机构举例示意图。
[0031]图4为本专利技术提供的单排轮子排列平面示意图。
[0032]图5为本专利技术提供的摩擦副中单个轮子受力分析示意图。
[0033]图6为本专利技术提供的基于轮-阜结构摩擦副搭建的实验平台布置示意图。
[0034]图7为本专利技术提供的滑板车结构示意图。
[0035]图8为本专利技术提供的滑板车中的单个轮子主视图。
[0036]图9为本专利技术提供的滑板车中的单个轮子侧视图。
[0037]图10为本专利技术提供的摩擦系数测试方法流程图。
[0038]其中：1、斜面；2、凸棱；3、前支架；4、后支架；5、底座；6、刚性平板；7、轮子；8、弹簧；
9、轮子支架；10、轴；11、外加载荷。
具体实施方式
[0039]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0040]实施例1：
[0041]在现有的相关文献中发现，泡沫块在斑种草和构树的叶子表面滑动时，在一定的载荷范围会出现摩擦力随着正压力的增加而减小的反常现象，这类现象也被称为“负摩擦”效应；另外，轮子在人类文明的传播、国家的兴衰，还有工业、农业、交通和商业的发展中起到了非常重要的作用，受此两种现象的启发，利用滚动摩擦的原理，本专利技术提出了一种超低摩擦的轮-阜结构摩擦副，力求在宏观尺度上实现“超滑”。
[0042]如图2所示，一种超低摩擦的轮-阜结构摩擦副，包括主表面和从表面；
[0043]所述主表面上设置有若干个面片阵列，所述从表面设置有若干等间距排列的凸棱；
[0044]每个所述面片阵列包括若干个按设定规律排列的轮子，每个轮子的圆心通过使其做往复运动的机构与主表面活动连接；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超低摩擦的轮-阜结构摩擦副，其特征在于，包括主表面和从表面；所述主表面上设置有若干个面片阵列，所述从表面设置有若干等间距排列的凸棱；每个所述面片阵列包括若干个按设定规律排列的轮子，每个轮子的圆心通过使其做往复运动的机构与主表面活动连接；在所述主表面在外力作用下相对于从表面运动时，所述轮子在使其做往复运动的机构的拉力作用下做复摆运动并与所述从表面上的排列的凸棱依次发生周期性接触与分离。2.根据权利要求1所述的超低摩擦的轮-阜结构摩擦副，其特征在于，所述从表面上的各个凸棱的表面宽度为定值。3.根据权利要求1所述的超低摩擦的轮-阜结构摩...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁迪，袁卫锋，冯西桥，秦怡帅，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：