[發明專利]一種基于蝴蝶鱗片表面形貌的仿生齒面齒輪

在審

• 申請號: 201610260010.8
• 申請日: 2016-04-21
• 公開（公告）號: CN105736676A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 陳奇;徐帆;樊浩;張振;高峰
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: F16H55/17
• 分類號: F16H55/17
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及機械傳動領域，尤其涉及一種基于蝴蝶鱗片表面形貌的仿生齒面齒輪。

背景技術

齒輪傳動可以分為開式齒輪傳動、半開式齒輪傳動和閉式齒輪傳動，開式齒輪傳動一般用于農業機械，建筑機械以及簡易的機械設備中，有一些齒輪傳動沒有防塵罩或機殼，齒輪完全暴露在外面，這種傳動不僅外界雜物極易侵入，而且潤滑不良，因此工作條件不好，輪齒也容易磨損；對于半開式齒輪傳動，齒輪傳動裝有簡單的防護罩，有時還把大齒輪部分浸入油池中，工作條件雖有改善，但仍不能做到嚴密防止外界雜物侵入，潤滑條件也不算最好，故對于開式、半開式齒輪傳動，提高齒輪使用壽命的關鍵是保持齒面清潔。

仿生學是指人類模仿生物功能，來發明創造的科學。研究對象是生物體的結構、功能和工作原理，并將這些原理移植于人造工程技術之中。例如，許多能承受狂風的植物的莖部是維管狀結構，其截面是空心的，支持人承重和運動的骨骼，其截面上密實的骨質分布在四周，而柔軟的骨髓充滿內腔。在建筑結構中常被采用的空心樓板、箱形大梁、空間薄壁結構等都是根據這條結論得來的。

人們發現自然界許多生物的表面具有自清潔性與疏水性，典型昆蟲如蝴蝶、蜻蜓等，當有污染物落到其翅膀上時，它們能夠很輕易地達到自清潔目的，從仿生學的角度出發對此類表面進行研究，并把研究成果應用到齒輪傳動中，顯然能提高開式齒輪傳動的自清潔性能，對齒輪壽命的延長意義重大。

發明內容

針對上述情況，本發明基于自清潔性能、疏水性較好的蝴蝶鱗片，通過研究其表面形貌，并結合相應軟件的分析，設計出一種基于蝴蝶鱗片表面形貌的仿生齒面齒輪，從仿生的角度來解決開式齒輪傳動的齒面自清潔問題。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明一種蝴蝶鱗片表面形貌形態的仿生齒面齒輪的結構特點是：所述仿生齒面齒輪的表面形貌與蝴蝶鱗片表面形貌類似，分布有溝槽和圓形凹坑。

本發明一種蝴蝶鱗片表面形貌形態的仿生齒面齒輪的結構特點也在于：所述溝槽皆平行布置，寬度為60μm，間距為300μm，深度為25μm。

本發明一種蝴蝶鱗片表面形貌形態的仿生齒面齒輪的結構特點還在于：所述圓形凹坑分布在相鄰兩條所述溝槽的中間位置，共有2行，行間距為110μm；所述圓形凹坑直徑為80μm，相鄰兩列的間距為130μm。

與已有技術相比，本發明有益效果體現在：

首先，所述仿生齒面齒輪應用了蝴蝶表面形貌，具有較好的自清潔性能與疏水性，用于工作條件惡劣、潤滑條件差的開式齒輪傳動時，所述仿生齒面齒輪能減少外界雜物對齒輪的影響，從而達到延長齒輪壽命的作用。

其次，所述溝槽、圓形凹坑等均采用激光加工，而激光加工后的齒面組織更細化、均勻，因此具有優良的綜合力學性能，故其疲勞壽命和耐磨性能高于常規的淬火齒輪。

最后，所述圓形凹坑對齒面裂紋的擴展有延緩和阻斷作用，減少了齒面點蝕、齒面磨損發生的概率，有助于提高齒輪的疲勞壽命和耐磨性，從而延長齒輪的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發明的齒面示意圖；

圖2為蝴蝶鱗片表面形貌形態顯微結構圖；

圖3為本發明的仿生齒面齒輪齒面結構尺寸圖；

具體實施方式

參見圖2，人們發現自然界許多生物的表面具有自清潔性與疏水性，典型昆蟲如蝴蝶、蜻蜓等，當有污染物落到其翅膀上時，它們能夠很輕易地達到自清潔目的，圖2為蝴蝶翅膀上鱗片的顯微結構圖，通過從仿生角度研究并應用于開式齒輪傳動，有利于提高齒輪的使用壽命。

參見圖1，本發明提出了一種基于蝴蝶鱗片表面形貌的仿生齒面齒輪，所述仿生齒面齒輪的表面形貌與蝴蝶鱗片表面形貌類似，分布有溝槽和圓形凹坑，表面自清潔性能比普通光滑齒輪好；同時，利用ANSYS軟件對所述仿生齒面齒輪進行應力的加載與分析，結果顯示，所述仿生齒面齒輪的疲勞應力范圍則明顯小于光滑齒輪，由于所述仿生齒面齒輪承受的交變疲勞應力變小，從而齒面出現疲勞點蝕等現象的概率相應減少，故得出結論，所述仿生齒面齒輪能提高齒輪的疲勞壽命，在耐磨性能上也有較大提高。

參見圖1和圖3，圖3為本發明的仿生齒面齒輪表面的結構及其尺寸圖，所述溝槽皆平行布置，寬度為60μm，間距為300μm，深度為25μm。所述圓形凹坑分布在相鄰兩條所述溝槽的中間位置，共有2行，行間距為110μm；所述圓形凹坑直徑為80μm，相鄰兩列的間距為130μm。