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专利号: 2022108953471
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种仿穿山甲鳞片表面微织构的滑靴副,其特征在于:其包括斜盘、滑靴、织构和凸脊,所述斜盘和滑靴构成滑靴摩擦副,所述斜盘表面设置有周向沟槽和径向凹槽,所述周向沟槽在斜盘表面围绕圆心呈圆周状间隔分布,所述径向凹槽沿直径方向分布;多个所述周向沟槽之间借助于凸脊连接并形成波纹状微织构,多个所述径向凹槽形成矩形微织构,所述周向沟槽的波纹形微织构与所述径向凹槽的矩形微织构相互交错呈网状结构,所述凸脊为弧面;

所述斜盘表面分别设置有压水区域A和吸水区域B;所述周向沟槽所在的压水区域A和吸水区域B均存在楔形收敛结构和楔形发散结构,对周向沟槽和径向凹槽的参数进行优化,其包括以下步骤:S1、优化楔形收敛结构与周向沟槽底部平面的夹角θ,其包括以下子步骤:S11、基于多个楔形收敛结构与周向沟槽底部平面的夹角θ计算楔形收敛结构处的承载力F,楔形收敛结构处的承载力F通过下式计算:

2 2

F=ωr1ρA1tanθ    (1)

式中,V1、V2为切速度;ω为滑靴的转速;r1为周向沟槽距斜盘中心的半径;ρ为海水的密度;A1为流体流经周向沟槽的截面积;θ为楔形收敛结构与周向沟槽底部平面的夹角;

S12、根据步骤S11计算得到的多个确定承载力F确定最优承载力,并选取最优承载力相关的楔形收敛结构与平面的夹角θ作为最终的楔形收敛结构与周向沟槽底部平面的夹角θ;

S2、优化周向沟槽宽度V和周向沟槽深度U:周向沟槽宽度V和周向沟槽深度U随角度α不断变化,通过下式确定最优的周向沟槽宽度V和周向沟槽深度U:V=a·sinα+b    (2)

U=ln(c·sinα+d)    (3)

其中,α为坐标系xoy的平面角度,a、b、c、d分别为结构参数;

S3、优化径向凹槽的深度:

以径向凹槽的深度大于周向沟槽深度U为优化条件对径向凹槽的深度进行优化,得到优化后径向凹槽的深度,同时,斜盘表面的径向凹槽沿斜盘的中心阵列分布,阵列角度为

0.8°~1.5°。

2.根据权利要求1所述的仿穿山甲鳞片表面微织构的滑靴副,其特征在于:所述压水区域内的周向沟槽的两凸脊峰顶之间的距离为500μm~850μm,斜盘表面设置有27~49个周向沟槽,周向沟槽的深度为200μm~400μm。

3.根据权利要求1所述的仿穿山甲鳞片表面微织构的滑靴副,其特征在于:所述压水区域的径向凹槽沿直径方向径向排列,距周向沟槽弧面的深度为200~270μm,宽度为60μm~

80μm,阵列个数为240~450个。

4.根据权利要求1所述的仿穿山甲鳞片表面微织构的滑靴副,其特征在于:所述吸水区域内的周向沟槽的两凸脊峰顶的距离为500μm~850μm,斜盘表面分布有27~49个周向沟槽,周向沟槽的深度为200μm~400μm。

5.根据权利要求1所述的仿穿山甲鳞片表面微织构的滑靴副,其特征在于:所述吸水区域内的径向凹槽沿直径方向排列,距周向沟槽弧面的深度为200~270μm,宽度为60μm~80μm,个数为240~450个。

6.根据权利要求1所述的仿穿山甲鳞片表面微织构的滑靴副,其特征在于:所述斜盘表面的凸脊与滑靴相接触。

7.根据权利要求1所述的仿穿山甲鳞片表面微织构的滑靴副,其特征在于:所述周向沟槽同时作为引流槽,在高速高压的工况下实现对液体介质的引流;所述径向凹槽同时作为储水槽,所述储水槽与滑靴的水室共同作用产生动压效应并形成水膜。