专利名称：一种叶序排布润滑油点的径向滑动轴承的表面结构的制作方法
技术领域：
本发明属于径向滑动轴承技术领域，是一种新型润滑油点表面排布滑动轴承。该轴承的特点是把生物学中的叶序理论和生物体表特征应用到滑动轴承领域中，实现轴承工作表面的工程化设计，使径向滑动轴承工作表面形貌满足叶序排列的Van Iterson模型。在支撑轴转动的过程中，能够获得较高的润滑效果、减小摩擦阻力、润滑充分、减低摩擦热损伤、提高径向滑动轴承的使用寿命、转动效率，对径向滑动轴承发展和应用有着重要的意义。
背景技术：
滑动轴承是支撑回转的重要零(部)件。在重载、高精度和腐蚀介质中和径向结构·小的场合中，滑动轴承占有重要的地位。随着机械加工中精度要求的提高，以及高精密微型机床的回转支撑精度的提高，给径向滑动轴承的设计提出了新的挑战。在这种情况下，径向滑动轴承得到了广泛的应用和发展。根据流体动压轴承的工作能力准则可知，影响径向滑动轴承工作的因素很多，例如最小油膜厚度、轴承温升、润滑液的均匀分布和流体动压润滑条件等。在众多的影响因素中，轴承工作表面的润滑油点的设计对轴的回转精度、回转效率和耐用度有着重要的意义。目前端面滑动轴承工作表面的润滑油点采用条状沟径向发散分布式，圆形凹点的等分径向直线分布式和错位分布式。这些排布方式在设计上缺少一定的理论根据，往往导致润滑介质分布不均匀，使得流体动压润滑性能降低，摩擦力增大，甚至因润滑不均产生高温并发生胶合，以至于工作表面损伤等。因此，为了解决上诉问题，如何实现滑动轴承工作表面工程化设计是滑动轴承领域的技术关键所在。近年来，非光滑表面的摩擦减阻理论研究表明，滑动摩擦工作表面的地貌特征和结构形式在提高润滑性能和减小摩擦方面起到关键的作用，但在进行径向轴承工作表面工程化设计方面，存在着摩擦表面结构设计参数的合理化选择问题，而且目前还缺少设计的理论依据。如果与径向滑动轴承工作表面油点分布相关的参数选择不当，就会引起回转过程不稳定、摩擦阻力大和润滑不充分。因此，本发明基于生物科学中的叶序理论Van Iterson模型，即生物学的叶序理论表明，植物的叶子、花瓣、果实的籽粒和鱼鳞的几何排布满足黄金分割律。依据该理论设计出径向滑动轴承工作表面润滑油点。具有叶序排布润滑油点的径向滑动轴承具备了解决上面所述的润滑中问题。实现径向滑动轴承的均匀润滑。
发明内容
本发明的目的，是提供一种叶序排布润滑油点的径向滑动轴承的表面结构，能有效提高轴承的润滑性能。采用的技术方案是
一种叶序排布润滑油点的径向轴承的表面结构，其特征在于轴承工作表面的润滑油点排布符合生物学的叶序理论的Van Iterson模型，即Φ = η *α > R0=Const , H=h*n ;其中·Μ是生物籽粒或鳞片序数，在轴承润滑油点设计中，/7是油点序数，从径向轴承圆柱底面开始计算；0、怂、//是第个润滑油点的柱面坐标；〃是相邻两润滑油点在径向投影面间的夹角，α =137. 508° φ是相邻两润滑油点在柱面主轴线方向上的垂直距离，A控制在O. I I范围内。上述润滑油点表面结构符合生物体体表特征，润滑油点可以是半球冠型或鱼鳞型，鱼鳞型润滑油点表面与工作表面互相倾斜成楔形，起流体润滑作用，各鱼鳞型润滑油点的倾斜方向均满足流体动力润滑的充要条件。叶序排布润滑油点的 端面轴承的表面结构，其特征在于半球冠型润滑油点的直径d控制在2mm 4mm范围内，润滑油点的深度5在O. 03d_0. 08d范围内。鱼鳞型润滑油点的长度L控制在2mm 4mm范围内，润滑油点的深度ω在O. 03Ζ O. 08Ζ范围内。叶序排布润滑油点的径向轴承的表面结构，其特征在于润滑油点的面积比(润滑油点的面积与轴承工作表面面积的比率)控制在10% 20%范围内。本发明基于的原理
本发明一部分是基于生物学的叶序理论设计出的叶序排布润滑油点的径向滑动轴承。生物体体表特征减摩抗阻原理表明，鱼类、穿山甲、蜣螂等动物的体表布满鳞片、凹点或凸点，并且按照一定的规律排布，以此来减小运动中的阻力。因此，在径向滑动轴承工作表面工程化设计时可以把具有流体润滑原理的润滑油点按照叶序理论排布，最终达到减摩抗阻效果，提高润滑性能和使用寿命。生物学的叶序理论表明，植物的叶子、花瓣、果实的籽粒和鱼鳞的几何排布满足黄金分割律。其中Van Iterson模型揭示空间籽粒的分布规律。Van Iterson模型的内涵是，
在圆柱坐标系中，相邻序数籽粒或籽粒族之间的旋转角度为137.508° ,相邻籽粒或籽粒族之间的柱面主轴方向的间距为A。Van Iterson模型是生物籽粒、花瓣、鱼鳞结构排布规律模型，这种结构的排布在几何学上实现空间互补并满足黄金分割率，它具有表面对热辐射的最大吸收能力，所形成的叶序先螺旋沟槽对流体作用时有发生和均布效应。因此，在径向轴承的工作表面工程化设计时，可以把每个润滑油点看成一个籽粒点，依据Van Iterson模型进行设计径向轴承工作表面的润滑油点排布，形成叶序排布润滑油点的径向滑动轴承。同时由于润滑油点的叶序排布可以通过改变Van Iterson模型中的参数来实现，从而获得最优化的径向轴承工作表面的油点排布，也使叶序排布润滑油点的径向滑动轴承的润滑性能得到优化，最终达到改善摩擦性能，提高径向轴承寿命的效果。本发明的优点
由于本发明的径向滑动轴承工作表面的润滑油点排布满足生物科学中的叶序理论的Van Iterson模型，即在圆柱面坐标下，第个润滑油点与第/7+2个润滑油点之间的旋转夹角为Cl= 137.508°，第个润滑油点与第於2个润滑油点之间沿柱面主轴线的间距为Α，/ 是生物籽粒或鱗片序数。润滑油点可以是半球冠型或鱼鳞型，润滑油点所占面积与轴承工作表面面积的比率控制在10% 20%，半球冠型润滑油点的球体直径i/在2mm 4mm范围内，润滑油点最大深度δ在O. 03J O. 0&/范围内，鱼鳞型润滑油点形状满足盾鳞鳞片参数，润滑油点的长度Z控制在2mm 4mm范围内，润滑油点的深度《在O. 03Z O. 08Z范围内，与工作表面互相倾斜成楔形，起流体润滑作用，使工作表面摩擦阻力减小。润滑油点的叶序排布符合叶序理论Van Iterson模型，实现径向滑动轴承工作表面的地貌形态可控性，从而控制轴承承载区润滑液的分布，使摩擦温度、摩擦阻力达到最小，减小工作表面的摩擦阻力和改善润滑条件等，最终达到提高轴承的润滑性能。
图I是一种生物体体表鳞片叶序结构排布图。图I中的I是鳞片基体，2是顺时针鳞片叶序螺旋线，3是逆时针鳞片叶序螺旋线。图2是一种生物果实种子籽粒的叶序结构排布图。
图2中的4是种子籽粒，5是顺时针籽粒叶列螺旋线,6是逆时针籽粒叶列螺旋线。图3是叶序理论Van Iterson数学模型。图3中标号7是籽粒生长轨迹，标号8是籽粒在柱面坐标系下的投影。图4是叶序理论Van Iterson数学模型柱面坐标系下的展开图。图4中标号9、10和11是三个节点。图5是鱼鳞形叶序排布润滑油点径向滑动轴承的形态图。图5中标号12是径向滑动轴承，13是鱼鳞型凹坑示意图。图6是图5中鱼鳞型凹坑的局部放大图。图7是图6的A-A视图。图8是半球冠型叶序排布润滑油点径向滑动轴承的形态图。图8中的14是径向滑动轴承，15是半球冠型油点图。图9是半球冠型油点15的放大图。图10是图9的B-B视图。图11是分布系数为h=0. 05对籽粒块分布的影响。图11中的16是润滑油点所在的位置，17是径向滑动轴承。图12是分布系数为h=0. I对籽粒块分布的影响。图13是分布系数为h=0. 2对籽粒块分布的影响。图14是分布系数为h=0. 3对籽粒块分布的影响。图15是分布系数为h=0. 5对籽粒块分布的影响。
具体实施例方式一种叶序排布润滑油点的径向滑动轴承的表面结构，是基于根据图I和图2中的鱼鳞鳞片和生物果实种子籽粒的叶序结构排布规律利用CAD软件基于Van Iterson模型(Φ =η* α，R0=const, H=h*n,其中η是籽粒序数,h是分布系数)设计按叶序理论排布的润滑油点图案。如图3所示，7是籽粒生长轨迹的螺旋线，8是螺旋线所在柱面的投影面。9、10、11分别是Van Iterson模型中的第n、n+l和n+2个籽粒点,相邻两个籽粒在投影面之间的夹角是137. 508°，相邻两个籽粒之间在z轴投影间距为h (h=constant)，h的取值范围为O. Tl0通过CAD软件设计Van Iterson模型的展开图，如图3所示，X轴数值表示柱面投影圆的周长，Z轴数值为第η个籽粒点距原点的总间距H=h*n。设计叶序排布的润滑油点基体结构。如图4所示为鱼鳞型叶序排布润滑油点径向滑动轴承的形态半剖视图，鱼鳞型油点基体的结构尺寸如图4中13所示，油点长度Z值控制在2mm 4mm范围内，深度ω的值为O. 03Ζ O.靴,R二L/2。把每一个润滑油点当成一个籽粒点设计鱼鳞型叶序排布润滑油点径向滑动轴承的形态图。其中每一个鱼鳞型润滑油点的摆放沿轴承旋转方向满足流体动压效果。如图5所示为半球冠型叶序排布润滑油点径向滑动轴承的形态图，半球冠型油点基体的结构尺寸如图5中15所示，润滑油点半径V控制在2mm 4mm范围内，深度δ的值为O. 03 / O. OSd0把每一个润滑油点当成一个籽粒点设计半球冠型叶序排布润滑油点径向滑动轴承的形态图。通过改变Van Iterson模型中的分布系数h，得到不同分布系数下的籽粒排布形式。通过控制h值的大小将油点的面积比(所有油点的面积之和与轴承工作表面面积的比率)控制在10% 20%范围内。通过图6中不同分布系数h下籽粒的分布情况可知分布系数h影响籽粒排布的疏密程度，h值越大籽粒排布越稀疏。h的取值范围为0. I I。·
权利要求
1.一种叶序排布润滑油点的径向轴承的表面结构，其特征在于轴承工作表面的润滑油点排布符合生物学的叶序理论的Van Iterson模型，即φ = η*α, R0=Const , H=h#n ;其中:/ 是生物籽粒或鳞片序数，在轴承润滑油点设计中，/ 是油点序数，从径向轴承圆柱底面开始计算'H、H錄η个润滑油点的柱面坐标；a是相邻两润滑油点在径向投影面间的夹角，α =137. 508° 是相邻两润滑油点在柱面主轴线方向上的垂直距离，A控制在O. I I范围内。
2.根据权利要求I所述的一种叶序排布润滑油点的径向轴承的表面结构，其特征在于上述润滑点表面结构符合生物体体表特征，润滑油点可以是半球冠型或鱼鳞型，鱼鳞型润滑油点表面与工作表面互相倾斜成楔形，起流体润滑作用，各鱼鳞型润滑油点的倾斜方向均满足流体动力润滑的充要条件。
3.根据权利要求I所述的一种叶序排布润滑油点的径向轴承的表面结构，其特征在于叶序排布润滑油点的端面轴承的表面结构中的半球冠型润滑油点的直径V控制在2mm 4mm范围内，润滑油点的深度^在O. 03d-0. 08d范围内，鱼鳞型润滑油点的长度Z控制在2mm 4mm范围内，润滑油点的深度ω在O. 03Ζ O. 08Ζ范围内； 叶序排布润滑油点的径向轴承的表面结构，润滑油点的面积与轴承工作表面面积的比率控制在10% 20%范围内。
全文摘要
一种叶序排布润滑油点的径向轴承的表面结构，其特征在于轴承工作表面的润滑油点排布符合生物学的叶序理论的VanIterson模型，即；其中n是生物籽粒或鳞片序数，在轴承润滑油点设计中，n是油点序数，从径向轴承圆柱底面开始计算；φ、R0、H是第n个润滑油点的柱面坐标；α是相邻两润滑油点在径向投影面间的夹角，α=137.508°；h是相邻两润滑油点在柱面主轴线方向上的垂直距离，h控制在0.1～1范围内。本发明能获得较高的润滑效果，减少摩擦阻力、润滑充分，能提高轴承的使用寿命。
文档编号F16C33/04GK102954111SQ20121019363
公开日2013年3月6日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者吕玉山, 王军, 魏永合, 舒启林, 刘宏鹏 申请人:沈阳理工大学