[发明专利]一种超低摩擦的轮-阜结构摩擦副

说明书

本发明公开了一种超低摩擦的轮‑阜结构摩擦副，主表面上设置有若干个面片阵列，从表面设置有若干等间距排列的凸棱；每个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杆件主表面活动连接；在主表面在外力作用下相对于从表面运动时，轮子在杆件拉力作用下做复摆运动并与从表面上的排列的凸棱依次发生周期性接触与分离。本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，对摩擦力的大小进行调控；本方法无需考虑材料本身的化学特性，而且易于进行参数调控，容易从实验转化为工程实用；该方法对材料、环境要求不高，普通刚性材料都可以进行加工，并且温度、湿度对实验结果影响较小，常温常压下即可实现，所以成本较低。

技术领域

本发明属于结构超滑技术领域，具体涉及一种超低摩擦的轮-阜结构摩擦副。

背景技术

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。

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。

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。

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。

上述发展过程中存在以下问题：

(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。

(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。

(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。

(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。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明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。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种超低摩擦的轮-阜结构摩擦副，包括主表面和从表面；

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。

进一步地，所述从表面上的各个凸棱的表面宽度为定值。