[實用新型]摩擦力可控的接觸表面耦合結構

有效

• 申請號: 201920258491.8
• 申請日: 2019-02-28
• 公開（公告）號: CN209281399U
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 袁衛鋒;馮西橋;焦有威;袁迪;陸興遠
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 何凡

本實用新型公開了一種摩擦力可控的接觸表面耦合結構，其能夠在宏觀尺度下大幅度降低物體運動時的摩擦力。其中，摩擦力可控的接觸表面耦合結構，其包括其上具有若干萬向擺輪的主動面及其上具有若干凸起的被動面，相鄰兩個凸起的頂面不接觸，萬向擺輪的冠部頂面為曲面，且相鄰兩個萬向擺輪之間不接觸；被動面相對于主動面運動時，凸起與萬向擺輪的冠部接觸，且凸起帶著萬向擺輪繞著其根部向著被動面運動方向轉動。

技術領域

本實用新型涉及結構超滑領域，具體涉及一種接觸表面間摩擦力可控的耦合結構。

背景技術

一般地，摩擦力是阻礙物體相對運動(或相對運動趨勢)的力。摩擦力的方向與物體相對運動(或相對運動趨勢)的方向相反。摩擦力分為靜摩擦力、滾動摩擦、滑動摩擦三種。一個物體在另一個物體表面發生滑動時，接觸面間產生阻礙它們相對運動的摩擦，稱為滑動摩擦。

傳統的理論認為，滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度的大小和壓力大小有關。壓力越大，物體接觸面越粗糙，產生的滑動摩擦力就越大。由于摩擦力的存在，兩個相互接觸并產生相對運動的摩擦表面會發生磨損。據估計，世界上的能源消耗中約有1/3～1/2是由于摩擦和磨損造成的，一般機械設備中約有80％的零件因磨損而失效報廢。摩擦是不可避免的自然現象，磨損是摩擦的必然結果，因此，降低摩擦力進而減少磨損具有極其重要的意義。

通常，降低摩擦力的措施包括減小壓力、使物體與接觸面光滑、使物體與接觸面分離、變滑動為滾動等。近來，人們在壓力誘導摩擦塌縮實現超滑方面取得新進展。多種微觀滑動體系摩擦力隨載荷的演化行為表明，在界面間高接觸壓力的近接觸區域和低壓力的遠接觸區域，界面摩擦均會發生隨著法向壓力的增加而減小的反常行為。

類似的摩擦力隨壓力增大而負增長的現象也在原子力顯微鏡探針對石墨烯的摩擦實驗中被發現。然而這些只在微納米尺度下存在的超滑或反常摩擦行為的機理距離大規模工業應用尚有距離。最新的研究發現，通過設計合適的宏觀尺度的接觸面表面結構，也可以實現摩擦力隨法向壓力的增加而減小，不過此時的摩擦力的大小尚且不能達到超滑水平。因此，在宏觀尺度下大幅降低摩擦力尤為重要。

實用新型內容

針對現有技術中的上述不足，本實用新型提供了一種接觸表面間摩擦力可控的耦合結構，其能夠在宏觀尺度下大幅度降低物體運動時的摩擦力。

為了達到上述發明目的，本實用新型采用的技術方案為：

提供一種摩擦力可控的接觸表面耦合結構，其包括其上具有若干萬向擺輪的主動面及其上具有若干凸起的被動面，相鄰兩個凸起的頂面不接觸，萬向擺輪的冠部頂面為曲面，且相鄰兩個萬向擺輪之間不接觸；被動面相對于主動面運動時，凸起與萬向擺輪的冠部接觸，且凸起帶著萬向擺輪繞著其根部向著被動面運動方向轉動。

進一步地，凸起與被動面一體成型，萬向擺輪與主動面一體成型。

進一步地，冠部的頂面采用多種曲面組合而成，且多種曲面的曲率半徑不完全相等。

進一步地，冠部的頂面為一以根部中心線的中心為圓心的曲面，凸起的頂面寬度a≥冠部頂面的半徑×萬向擺輪轉動角度。

進一步地，凸起的頂面寬度a≤冠部頂面的圓心角×冠部頂面的半徑。

進一步地，凸起為梯形臺，萬向擺輪的根部為矩形柱；或者凸起呈蜂窩狀分布在被動面，萬向擺輪按照正六邊形陣列分布在主動面上；萬向擺輪的根部為圓柱體。

進一步地，萬向擺輪的根部為軸向刻制有裂縫的圓柱體，或者萬向擺輪采用拉簧構成其根部。