工作面及工作面制作系統的制作方法

專利名稱：工作面及工作面制作系統的制作方法
技術領域：
及
背景技術：
本發明涉及一種具有工作面的工件，尤其涉及一種工作面及用于制作該工作面的系統。
為了降低機械性交互作用表面的摩擦及磨損，可將潤滑劑引入交互作用區內。如圖1A所示，在理想的潤滑條件下，潤滑劑膜20處于對置表面32與34之間，而且以相對速度V來移動，從而形成一種不動層，進而使移動表面與潤滑劑交互作用。在這種條件下，在表面32與34之間完全不發生接觸，從而由潤滑劑層來承載對置表面之間的負荷P。如果潤滑劑供應量不足，則潤滑效果便會降低，從而導致表面與表面之間發生交互作用。
如圖1B所示，當潤滑劑供應量低于一定量時，在負荷P的作用下，所對置的相對移動表面32與34之間的距離便會減小，因而表面粗糙點，即，從表面外凸的表面材料凸峰便會交互作用。這樣，表面34的粗糙點36便與表面32的粗糙點38發生物理性接觸，并交互作用。在極端條件下，表面32及34的粗糙點承載交互作用表面之間的全部負荷。這種情況通常稱為邊界潤滑，此時，潤滑劑不起作用，而且會增大摩擦及磨損。
在以往，為改善表面質量，一般采用碾磨及研磨方法(比如，表面加工)，從而形成用于摩擦用途的工作面。圖1C(i)-(ii)表示采用傳統的研磨加工方法來形成的工作面。圖1C(i)中，工件31的工作面32朝向研磨工具34的接觸面35。研磨膏內含有研磨顆粒，即研磨顆粒36，它處于工作面32與接觸面35之間。研磨工具34的接觸面35的材料的硬度低于工作面32。在選擇研磨顆粒的成分及大小分布時，保證能按計劃來磨蝕工作面32，從而降低表面粗糙度，進而達到預定的光潔度。
一般在表面32與35的垂直方向上施加負荷，從而使研磨顆粒36能透入工作面32及接觸面35內，最終的壓力P作用在研磨顆粒36區域內，該區域內置于工作面32中。研磨顆粒36透入工作面32的深度由ha1來表示；研磨顆粒36透入接觸面35的深度由hb1來表示。一般而言，研磨顆粒36透入研磨工具34的深度大于透入工件31的深度，即，hb1＞ha1。
在圖1C(ii)中，工件31及研磨工具34以相對速度V來移動。壓力P及工件31與研磨工具34的相對速度V的大小應能保證研磨顆粒36起著切刀的作用，從而從工件31上鑿削表面材料。
在較低的相對速度下，研磨顆粒36基本上固定。然而在典型的情況下，如圖1C(ii)所示，在選擇相對速度V時，應使相應的剪切力Q足夠大于壓力P，從而使研磨顆粒36上的合力向量F方向能推動研磨顆粒36轉動。由于與研磨顆粒36相接觸的研磨工具34的材料相對研磨膏顆粒基本上不變形(即，具有低彈性)，因而這些顆粒可被迅速研磨，所以必須經常更換研磨膏。
在傳統技術中，使用諸如磨輪、覆層磨料、散磨料及切削工具磨料等粘合性磨料，對金屬、陶瓷、玻璃、塑料、木材等材料實施碾磨、研磨、拋光及切削。研磨顆粒，即磨削處理的切削工具一般是自然生成或合成性材料，其硬度一般大于被切削的材料的硬度。最常用的粘合性、覆層及散磨料是金剛砂、α型氧化鋁、碳化硅、碳化硼、晶系氮化硼及金剛石。材料的相對硬度參見下表

在選擇磨料時一般考慮經濟性、所希望的最終表面及被研磨的材料。上述磨料表中的硬度依次遞增，而且其成本也隨之遞增，其中，金剛砂是最便宜的磨料，而金剛石則最貴。
考慮各種磨料材料的成本，一般在研磨軟性材料時選用軟磨料，而在研磨硬材料時則選用硬磨料。當然高粘性材料除外，對這種材料而言，硬材料通常可更有效地切削。此外，磨料顆粒越硬，單位磨料體積或重量的切削材料便越多。高級磨料材料包括金剛石及晶系氮化硼，二者均用于各種用途。
已知的研磨方法及系統有許多明顯的不足，包括●研磨工具的接觸面最終會被磨料材料所消耗，從而需要更換。在某些典型應用中，在處理了50個工件之后，需要更換研磨工具的接觸面。
●對研磨膏特性的敏感度包括漿膏配方、研磨顆粒硬度及研磨顆粒的顆粒大小分布(PSD)。
●對研磨過程的各種處理參數的敏感度。
●一般而言，必須在若干個獨立的研磨階段，來實施研磨處理，在各階段中，采用具有不同物理性能的研磨膏。
因此，最好使工件具有經過改進了的工作面。如果系統能克服研磨技術的上述不足，并制作出這種經過改進的工作面則更好。

發明內容
本發明涉及一種經過改進的工作面、以及制作該經過改進的工作面的系統。
本發明提供一種機械機構，包括(a)一個工件，其有一個與液體相接觸的第一工作面，工作面至少有一個液體排拒區，液體排拒區用于與液體進行交互作用，液體排拒區的特征無量綱濕潤系數小于0.95。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，前述液體排拒區的前述特征無量綱濕潤系數小于0.8。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，液體排拒區的特征無量綱濕潤系數小于0.6。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，液體排拒區的特征無量綱濕潤系數小于0.3。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，液體排拒區的特征無量綱濕潤系數小于0.2。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，液體排拒區的特征無量綱濕潤系數小于0.1。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，該機械機構還包括(b)第二表面，其一般處于金屬工作面的對面；(c)液體，其處于第一工作面與第二表面之間，其中，至少一個金屬工作面及第二表面用于承載負荷。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，液體是潤滑劑。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，金屬工作面包括一個鋼工作面。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，金屬工作面包括青銅及其它傳統摩擦學應用工作面。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，金屬工作面至少包括一個潤滑劑吸附區，其處于潤滑劑排拒區之間。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，金屬工作面至少包括一個凹槽，其處于潤滑劑排拒區之內。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，至少一個凹槽包括多個溝槽，其最大深度為5-30微米，其寬度為100-1000微米。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，液體排拒區的表面能低于液體的表面張力。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，第二表面包括至少一個潤滑劑吸附區。
根據前述優先實施方式的另一特性，提供一種機械機構，包括(a)一個相對工作面移動的接觸面，接觸面提供相對多個研磨顆粒的至少部分彈性交互作用，前述研磨顆粒處于接觸面與工作面之間，接觸面的布氏硬度處于2-10kg/mm2之內，接觸面的耐沖擊性處于30-70kg m/cm2之內。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，機械機構還包括(b)一個工作面，其一般處于接觸面的對面，(c)研磨顆粒，其處于接觸面與工作面之間。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，布氏硬度處于2-7kg/mm2之內。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，布氏硬度處于2.5-5kg/mm2之內。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，布氏硬度處于3.0-4.5kg/mm2之內。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，耐沖擊性處于40-60kg·m/cm2之內。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，耐沖擊性處于45-55kg·m/cm2之內。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，布氏硬度處于2.5-5kg/mm2之內，而且，前述耐沖擊性處于40-60kg·m/cm2之內。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，接觸面處于研磨工具之上。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，研磨顆粒包括氧化鋁顆粒。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，接觸面的成分包括聚氨酯。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，接觸面的成分包括環氧樹脂材料。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，接觸面的成分包括聚氨酯及環氧樹脂材料。
根據前述優先實施方式的進一步的特征，接觸面的成分包括聚氨酯及環氧樹脂材料，其重量比為90∶10至70∶30。


以下參照附圖及示例，來說明本發明。對附圖而言，特定示例只用于說明本發明的優先實施方式，從而進一步理解本發明的原理及概念。因此，除了說明本發明的結構詳情之外，不再贅述，業內人士通過參照附圖，可明曉本發明的實施方式的多種形式。在全部附圖中，同一機構采用同一參照特性。
附圖中圖1A是具有潤滑層的機械交互作用表面的示意圖；圖1B是具有交互作用粗糙點的機械交互作用表面的示意圖；圖1C(i)-(ii)是經過傳統的研磨處理的工作面示意圖；
圖2表示本發明一個方面的一般概念；圖3A是本發明的溝槽筒的側視圖；圖3B表示本發明的的金屬板及溝槽工作面；圖4A表示本發明實施方式的加密正弦溝槽；圖4B表示本發明實施方式的正弦溝槽；圖4C表示本發明實施方式的正弦溝，包括研磨波形；圖4D表示本發明實施方式的溝槽凹坑；圖4E表示本發明實施方式的菱形溝槽；圖4F表示本發明實施方式的螺旋溝槽；圖5表示本發明實施方式的采用下凹區的加工面處理流程；圖6A表示本發明的交互作用表面；圖6B表示圖6A的交互作用表面側面；圖7A是預加工表面的剖視圖；圖7B是水平表面的剖視圖；圖7C是經過微形溝加工的水平表面的剖視圖；圖7D是具有脊部的溝槽表面的剖視圖；圖8A本發明的工作面處理之前的剖視圖；圖8B是經過微型加工的工作面的剖視圖，該微型溝槽四周環繞凸棱；圖8C是經過研磨的水平微型溝槽表面的剖視圖；圖9A是本發明的研磨之前研磨工具-工作面界面的剖視圖；圖9B是本發明中經過研磨的研磨工具-工作面的剖視圖；圖9C(i)-(iii)是經過研磨處理的工作面的剖視圖；圖10A-1及圖10A-2是初始覆油的基準工作面濕潤圖形的照片，其中圖10A-1表示油滴落下5秒后的現有技術的工作面，圖10A1-2表示油滴落下60秒后的同一工作面；圖10B-1及圖10B-2是初始覆油的示例工作面濕潤圖形的照片；其中圖10B-1表示油滴落下5秒后的本發明的工作面，圖10B1-2表示油滴落下60秒后的同一工作面；圖11A是預涂覆表面的剖視圖；圖11B是圖10A的涂覆表面的剖視圖；圖11C是本發明實施方式中圖10B表面的微型溝槽的剖視圖；圖12是本發明另一種實施方式中覆蓋凹坑塑料的工作面的剖視圖；
圖13是本發明的試驗盤的設置等角圖；圖14表示本發明中輥子的摩擦學性能的“一滴試驗”評估試驗裝置；圖15表示各輥子止動點試驗的摩擦系數，圖16表示摩擦系數(μ)及磨損量(h)相對摩擦長度(L)的函數。
具體實施例方式
本發明涉及一種經過改進的工作表面、以及一種用于制作該改進表面的系統。
參照附圖及說明，可進一步理解本發明的原理及動作。
在詳細說明本發明實施方式之前，應明曉本發明的應用并非限定于下列說明或附圖所述的結構及設置。本發明可適用于其它實施方式，也可以以各種方式來實施。此外還應理解，本文所用的術語及詞語只用于進行說明，并非構成限定。
根據本發明，對相對滑動的被潤滑表面進行處理，從而在交互作用過程中產生較小的磨損。簡言之，在本發明中，在工作面上形成兩個區域，一個區域具有較高的潤滑劑排拒性，另一個區域相對潤滑劑具有吸附性。如后所述，這兩個區域互相交叉。一個區域在工作面上形成良好分散的結構，對潤滑劑具有明顯的吸附性。圖2表示本發明的概念，以下以此為基準。圖中的工作面由這二個區域來組成。區域A是潤滑劑吸附區，區域R是潤滑劑排拒區。
在本發明的一種實施方式中，各區域之間潤滑劑吸附性的不同，與結構性差異有關。附圖3A-B表示本發明實施方式中的結構性。在圖3A中，圓筒50表面的結構是，在表面上刻有一個或多個溝槽，比如螺旋溝槽52。在典型情況下，該溝槽的最大深度約為5-30微米，其寬度約為100-1000微米。原表面的剩余部分是一個或多個脊部，在本示例中，是螺旋脊部54。這樣，圓筒50外部便包括兩個區域，而內部則具有脊部及凹槽區，包括溝槽。在本發明中，在圖3B中設有金屬條60。工作面在與其它機構的摩擦性交互作用之后(未示出)，設有成為凹槽區的溝槽62，還設有另一個脊部64，其形成金屬條60的工作面的表面區域。
區域圖形如上所述，在本發明的一種優先實施方式中，以凹槽來作為潤滑劑吸附區，并以上脊部來作為潤滑劑排拒區。在附圖4A-F中，配有凹槽圖形，比如微型溝槽，其適于本發明實施方式的結構。圖4A-B表示各種密度的正弦圖；圖4C表示正弦圖，包括研磨正弦圖；圖4D表示凹坑圖；圖4E表示菱形圖，圖4F表示螺旋圖。有各種自選圖形，上述示例只是一種代表。
工作面處理根據本發明來進行處理，包括形成表面處理潤滑劑排拒區。在本發明實施方式中，表面是一種合成表面，包括潤滑劑吸附區和潤滑劑排拒區。最好，潤滑劑排拒區處于工作面之上，可對工作面進行機械處理而獲得，也可以對表面區涂覆潤滑劑-排拒劑。
在某些實施方式中，為進行機械處理工作面，從而具有摩擦性能，需要改變工作面。在處理工作面時，在前述的圖5中，形成凹槽區，并處理表面區，其方法如下在步驟90，磨削及/或研磨工作面，從而得到高度平坦的表面層。在步驟92，按下述方法來形成凹槽區，在步驟94，對表層區進行處理。
可以采用研磨，尤其對該表層區。研磨可達到良好的平坦度及表面光潔度。研磨工藝采用自由流動的磨料材料，這與固定磨料不同。
圖6A表示交互作用表面100，根據本發明實施方式來對工作面102進行處理。圖6B是表面剖視圖，表示附圖7A-D剖面的放大部位。圖7A表示預加工面106。圖7B中，被加工的表面是水平的。圖7C中，表面106在微型溝槽108之后形成。在下一個步驟，如圖7D所示，工作面的表層區109被轉換成具有潤滑劑-排拒性能。新層在表層區內形成，該層由110來表示。研磨步驟最好處于微型溝槽形成階段之后的原因在于，在表面上形成凹槽微型結構后，會產生凸棱。即使在激光切削之后，也會形成該凸棱。如圖8A-B所示，以下以此為參照。圖8A中，工作面剖面由線條120來表示。圖8B中，微型溝槽120與凸棱122一起形成。圖8C中，表層區被研磨，磨平凸棱，從而形成塑性層124，該層具有潤滑劑排拒性。如果微型形成步驟不能影響表層區的外觀及性能，則微型形成步驟可放在最后。
如上所述，研磨最好采用機械加工法，從而獲得本發明的機械結構特性。在研磨中采用研磨工具，其表面軟于機械零件的工作面。磨料裝置必須硬于研磨工具的表面，而且硬于被處理的工作面。重要的是，磨料裝置不能太硬或太脆，否則，金剛石裝置便不適于本發明的研磨技術。氧化鋁是適于本發明各種研磨表面及工作面的合適的磨料材料。
圖9A-B表示本發明的工作面研磨過程的處理步驟。圖9A表示初始顯微條件。工作面132的不規則部分(處于工件131上)朝向研磨工具134，并由不規則的距離所分割。研磨顆粒136部分沉于研磨工具134內，少量處于工作面132內。工作面及研磨工具按箭頭138方向來運動。該運動的瞬間幅度為V。
圖9B表示已進行了某種程度的研磨，因而工作面132變得不太規則。表面之間的相對運動的結果是，研磨顆粒，比如研磨顆粒139，變得較為圓整，在相對表面的摩擦中，已失去了某些棱角。
在一開始，研磨顆粒136透入工作面132內，在其上磨去部分材料，接下來，研磨顆粒變得較為圓整，從被處理部分上不再磨下大量的碎屑。研磨運動影響工件131的工作面132的塑性變形，以致于使得工作面132的微型硬度得到改善。工作面132上的硬化層具有相對潤滑劑的排拒性性能。
圖9C(i)-(iii)表示在研磨過程中被處理的工作面及本發明系統。圖9C(i)中，工件131的工作面132朝向研磨工具134的接觸面135。研磨膏內含有研磨顆粒，其中，典型的研磨顆粒136處于工作面132與接觸面135之間。在傳統的研磨技術中，研磨工具134的接觸面135的材料相對工作面132具有較大的耐磨性及較低的硬度。在選擇研磨顆粒的成分及大小分布時，應能易于磨削工作面132，從而將表面粗糙度降至預定的粗糙度。
在表面132與135之間垂直施加負荷，使研磨顆粒136透入工作面132及接觸面135內，從而使壓力P作用到內置于工作面132中的研磨顆粒136部分上。研磨顆粒136進入工作面132的透入深度由ha2來表示；研磨顆粒136進入接觸面135的透入深度由hb2來表示。研磨顆粒136透入研磨工具134內的深度遠大于透入工件131內的深度，即hb2＞＞ha2。由于本發明的接觸面135的變形彈性特性，研磨顆粒136進入接觸面135的透入深度遠大于現有技術中同一研磨顆粒進入接觸面的透入深度(在同一壓力P下)，即，hb2＞hb1，其中，hb1如圖1C(i)所示。研磨顆粒136進入工作面132的透入深度ha2遠小于現有技術中的相應的透入深度ha1，即，ha2＜ha1。
圖9C(ii)中，工件131及研磨工具134以相對速度V來移動。工件131及研磨工具134的壓力P及相對速度V的大小為研磨顆粒136起著刀片作用，從工件131上磨削表面材料。該碎屑遠小于傳統的研磨技術中的碎屑。
圖9C(ii)-(iii)中，相對速度V的選擇原則是相應的剪切力Q相對壓力P足夠大，合力向量F在研磨顆粒136上的方向使研磨顆粒136轉動。在該轉動中，研磨工具134及接觸面135的彈性率小于傳統技術中研磨顆粒136的內應力，從而使研磨顆粒136不破碎，而使表面邊棱變得較為圓整。圖9C(iii)表示這種理想的圓整現象。
本發明的工作面的內在微型結構會影響表面的各種宏觀性能。根據理論得知，本發明的研磨系統會影響工作面的塑性變形，從而改善工作面的微型結構。
微型結構得到改善的一個證明是微型硬度得到大大改善。微型結構得到改善的另一個證明是本發明的表面特性濕潤性能，如圖10B-1及圖10B-2所示。圖10A-1及圖10A-2表示基準表面的特性濕潤性能。
基準表面試樣及本發明的表面試樣采用退火SAE 4340鋼(HRC＝54)。在各試樣的整個表面上滴下一滴C22油，從而100％覆蓋或濕潤。濕潤區是時間的函數。圖10A-1表示油滴分布5秒后的基準工作面，圖10A1-2表示油滴分布60秒后的工作面。基準表面試樣被油層完全覆蓋，并在整個試驗期間保持覆蓋(24小時)。
圖10B-1及圖10B-2是最初覆蓋油的本發明的工作面的濕潤圖，其中圖10B-1表示油滴分布5秒后的本發明的工作面，圖10B1-2表示油滴分布60秒后的同一工作表面。與基準試樣明顯不同，濕潤區在數秒后迅速減小。
特征無量綱濕潤系數表示為
其中，A(t)表示工作面的標準濕潤區，它是時間的函數，A0表示工作面的標準表面區，在t＝0時，從1開始降低，5秒后降至0.85左右。在1分鐘后，特征無量綱濕潤系數降至0.25以下。如上所述，本發明的工作面的液體排拒質量與摩擦及磨損的下降有關，從而可減小卡滯危險，延長機械機構的該表面的工作壽命。
研磨工具的接觸面的機械標準已發現在研磨工具上涂覆薄層(比如，0.05-0.4mm)彈性層后，會提高工作面的微型硬度及潤滑劑排拒性。該層面的機械標準包括1.在研磨過程中采用研磨膏后的耐磨損性；2.各研磨顆粒進入層面后的彈性變形；當各研磨顆粒與工作面接觸從而發生轉動時，根據施加于顆粒與工作面之間的各壓力，彈性變形可使層面透入一定深度。研磨顆粒相對工作面發生轉動，并變得較圓，而不是破碎(成為細粉末)。
3.在選擇層面硬度時，層面不應破碎或碾磨磨料粉末；4.使層面與研磨工具基座強固粘接。
如示例所示，環氧樹脂膠與聚氨酯的混合重量比從10∶90至30∶70，這一范圍適合于研磨工具接觸面的形成。在環氧樹脂膠/聚氨酯混合物中，環氧樹脂為研磨工具基底提供硬度及粘度，其中，聚氨酯可提供所需的彈性及耐磨性。
本發明的接觸面(研磨表面)應具有下列物理性能及機械性能●布氏硬度為2-10kg/mm2；●耐沖擊性為30-70kg·m/cm2；●足以與研磨工具基底相粘接，適用于研磨工具基底。
最好能由業內人士開發各種材料或材料組合，從而滿足所需的物理及機械性能。
在本發明的另一實施方式中，塑性覆層被施加到工作面上，從而取代表層區的機械處理。工作面被覆蓋一層塑性覆層，其具有前述的機械性能。工作面的覆蓋過程包括首先，對工作面覆蓋一層預定的覆層。本發明實施方式中工作面的主要處理步驟如下述圖11A-C所示。圖11A中，工作面由150來表示。圖11B中，塑料覆層152處于工作面150上。在覆蓋覆層152之后，除去部分覆層152，如示例所示，對工作面150及覆層152進行微型刻溝處理，如圖11C所示。微型溝槽或凹槽154透入塑料覆層152內，并進入工作面150內。在該示例中，脊部153的表面由塑料覆層152來構成，從而形成表層區，其中，凹槽154形成凹槽區。凹槽區與表層區相比，可吸附更多的潤滑劑。
在本發明的另一實施方式中，工作面被實施碾磨處理。然后在表面上施加一層配有孔眼的潤滑劑排拒帶。圖12表示該處理結果。在工作面160上覆有塑性孔眼層162，其中，該孔眼164在覆蓋之前鉆孔。
形成凹槽區為了形成凹槽區，工作面是一種微型結構，從而可獲得多個凹槽。在該過程中可采用各種已知方法，包括機械切割，激光雕刻及化學蝕刻。M.Levitin及B.Shamshidov在“圓盤潤滑平坦磨損試驗”，摩擦試驗雜志4-2，1997年12月，(4)，159一文中，提出了規則的微觀機械部分的形成方法，以下參照其內容。
示例參照下列示例及上述說明，來陳述非限制性方式。
示例1圖13表示一種下列試驗方式。可換性碳鋼盤的直徑為30mm，圓盤186可圍繞軸線來轉動，其相對對立平板192來轉動，用于測量磨損。該圓盤的材料是碳鋼1045，其硬度為HRC27-30。由電機或齒輪190來提供轉矩。對立板192的材料是銅合金(UNS C93700(HRC＝22-24))，平均粗糙度(Ra)為0.4微米。對立板192配有一個支撐194，其高度可調，用于控制施加到圓盤186上的力。
在本發明中，控制盤具有傳統的碾磨面(Ra＝0.4微米)，該試驗盤還刻有圓盤微型溝槽面196，然后進行研磨。在試驗中，在對立板192的方向上，將永久負荷100N施加到圓盤上。在啟動電機前，將一滴美國石油公司(Amoco)工業油32(相當于ASTM 150透平油)滴到干燥的摩擦表面上，從而達到恒定的轉速250轉/分(rpm)。此外還測量了卡滯時間，該時間是從轉動開始至因卡滯而停止轉動的累積時間。
在16-18分鐘之后，所有的控制圓盤均卡滯。通過對比可看出，進行了微型溝及研磨處理的本發明圓盤，可以在40小時試驗時間內連續運轉而不停止。經過處理的圓盤未發生卡滯現象。
根據本發明，在另一試驗中，圓盤的轉速為180轉/分(rpm)。對一組控拆圓盤進行了碾磨。對第二組圓盤進行微型刻溝。對第三組圓盤進行微型刻溝及研磨。一滴試驗的結果如表1所示。其中計算了圓盤在卡滯前的路徑、摩擦系數及磨損強度(測量因圓盤摩擦而在對立板上形成的凹坑)。
表1圓盤相對對立板表面的滾動結果

本發明的包含了各種機械機構所產生的摩擦力的工作面，能夠減小摩擦及磨損，卡滯危險，延長機構的工作壽命。通過鉆孔，使工作面的質量得到改善，功耗可降低30％。
在內燃機中，本發明的工作面及本發明的系統采用120mm汽缸套柴油機以及108mm直徑的摩托車發動機。試驗結果表明，在一定的性能下，如果采用具有本發明的工作面的缸套，則與傳統的缸套相比，可以降低燃油消耗。此外，如果采用具有本發明的工作面的缸套，則可延長使用壽命，并可降低油耗。
在本說明書及權利要求中，術語“液體吸附區”，系指下列工作面區域即，在油初次滴到工作面上之后60分鐘內，特征無量綱濕潤系數大于0.95，典型情況下大于0.98。
在本說明書及權利要求中，術語“特征無量綱濕潤系數”定義為A(t)A0]]>其中A(t)是正常的工作面濕潤區對時間的函數，A0是工作面的正常表面面積，其中，用于確定A(t)的液體是No.22工業油。
在本說明書及權利要求中，術語“No.22工業油”、“C22工業油”等，系指標準的工業油，其用于機械用作，在40℃溫度下的粘度為22厘沲(centistokes)。
在本說明書及權利要求中，術語工作面的“正常表面面積”，系指基于地球物理尺度的表面面積，并非指微型結構。因此，4cm×4cm工作面的正常表面面積便為16cm2。
示例2采用堵轉摩擦試驗機上的輥子來評估本發明的輥子的摩擦性能，在“一滴試驗”中。試驗裝置如前述圖14所示。轉動輥2在一定的負荷P下與固定塊3相接觸，并在接觸面上施加少量的潤滑劑(一滴)。采用力轉換器4來測量摩擦力F，并采用接近探頭9來測量各種間隙，由此來提供輥子2與塊體3的全部磨損。摩擦及磨損被作為時間函數來連續監測并記錄。當發生下列三種事件之一時，便停止試驗(a)摩擦系數＝F/P達到0.3；(b)在輥子與塊體之間發生卡滯(其特征在于，摩擦力突然且急劇地增加，同時伴隨噪聲增大)，(c)摩擦力達到最大值，然后開始降低。試驗持續時間為從試驗開始至因下列事件而結束試驗這一時間上述(a)或(b)，或者在(c)情況下達到對應于最大摩擦力的時間。在場合(c)下，在完全停止之前，試驗持續20分鐘并超過“試驗持續時間”。在進行任何新的試驗時，從支座6上水平取下塊體3，從而從新接觸。
對6個鋼輥試樣中的每一個，進行上述試驗，并采用青銅塊作為對立面。輥子#1及輥子#6是基準輥子，如下列表2所示。根據本發明，在輥子#2-5上設置組合式微型凹凸面，并配用各種溝槽圖形及溝槽面積。采用室溫下的SAE 40油來作為潤滑劑。在輥子2上滴落一滴油，使其與青銅塊3進行輕載接觸(18N負荷)，并轉動(手動)二周，從而使油在整個周面上擴散。用干凈的紙巾擦去轉移到塊體上的多余油量，從而只使輥子得到潤滑。當負荷增加到P＝150N后，開始試驗，其輥子速度為105±5轉/分(rpm)。
表2表示各輥子的試驗持續時間，單位是分鐘，并表示停止試驗的各原因。圖15表示各輥子停止時的摩擦系數。
基準輥子#1在6分鐘這一極短的時間后停止，其摩擦系數＝0.23。輥子#6的摩擦力持續增加，在21分鐘后停止試驗，摩擦系數＝0.3，并開始卡滯。根據本發明(輥子#2至#5)，所有被處理的輥子的摩擦力增加到某個最大值，然后摩擦力下降。這4個輥子中的最大摩擦系數大于0.18。輥子#5的摩擦系數為0.11，在六個輥子中是最低的摩擦系數。
摩擦系數(μ)及磨損(h)是摩擦長度(L)的函數，如圖16所示。
表2

<p>由于包含17個LAC，因此，該組呼指配請求消息的長度也隨之增長，但如果超過了該消息長度所規定的門限值，則進入步驟202。
在步驟202中，MSC還向BSC發送組呼區域小區信息消息，在該消息中也攜帶信元“Cell Identifier List”，如表4所示，或者在該消息中攜帶信元“CellIdentifier List Segment”。
然而，在現有技術中，由于在信元“Cell Identifier List”中攜帶各個小區的CGI，則可能需要更多的組呼區域小區信息消息來通知BSC需要發起組呼的各個小區。顯然，在這種情況下，通過本發明的方法通知BSC需要發起組呼的各小區，可以大大的縮短MSC發送的消息的長度，還可以減少消息的數量，使得A接口的資源得到更高效的利用。
在步驟203中，BSC根據收到的組呼指配請求消息和組呼區域小區信息消息中的信元“Cell Identifier List”的指示，在LAC1至LAC17所指示的組呼區域內發起組呼。
本發明第三實施方式的VGCS業務消息處理方法如圖3所示。
權利要求
1.一種機械機構，包括(a)一個工件，其有一個與液體相接觸的第一工作面，前述工作面至少有一個液體排拒區，所述的液體排拒區用于與液體進行交互作用，所述的液體排拒區的特征無量綱濕潤系數小于0.95。
2.根據權利要求1所述的機械機構，其特征在于，前述液體排拒區的所述的特征無量綱濕潤系數小于0.8。
3.根據權利要求1所述的機械機構，其特征在于，前述液體排拒區的所述的特征無量綱濕潤系數小于0.6。
4.根據權利要求1所述的機械機構，其特征在于，前述液體排拒區的所述的特征無量綱濕潤系數小于0.3。
5.根據權利要求1所述的機械機構，其特征在于，前述液體排拒區的所述的特征無量綱濕潤系數小于0.2。
6.根據權利要求1所述的機械機構，其特征在于，前述液體排拒區的所述的特征無量綱濕潤系數小于0.1。
7.根據權利要求1所述的機械機構，其還包括(b)第二表面，其一般處于所述的金屬工作面的對面，和(c)液體，其處于所述的第一工作面與所述的第二表面之間，其特征在于，至少一個所述的金屬工作面及所述的第二表面用于承載負荷。
8.根據權利要求1所述的機械機構，其特征在于，所述的液體是潤滑劑。
9.根據權利要求1所述的機械機構，其特征在于，所述的金屬工作面包括一個鋼工作面。
10.根據權利要求1所述的機械機構，其特征在于，所述的金屬工作面至少包括一個潤滑劑吸附區，其處于所述的潤滑劑排拒區之間。
11.根據權利要求1所述的機械機構，其特征在于，所述的金屬工作面至少包括一個凹槽，其處于所述的潤滑劑排拒區之內。
12.根據權利要求11所述的機械機構，其特征在于，所述的至少一個凹槽包括多個溝槽，其最大深度為5-30微米，其寬度為100-1000微米。
13.根據權利要求1所述的機械機構，其特征在于，所述的液體排拒區的表面能低于所述的液體的表面張力。
14.根據權利要求1所述的機械機構，其特征在于，所述的第二表面包括至少一個潤滑劑吸附區。
15.一種機械機構，包括(a)一個相對工作面移動的接觸面，所述的接觸面提供相對多個研磨顆粒的至少部分彈性交互作用，所述的研磨顆粒處于所述的接觸面與所述的工作面之間，所述的接觸面的布氏硬度處于2-10kg/mm2之內，所述的接觸面的耐沖擊性處于30-70kg·m/cm2之內。
16.根據權利要求15所述的機械機構，其還包括(b)所述的工作面，其一般處于所述的接觸面的對面，和(c)所述的研磨顆粒，其處于所述的接觸面與所述的工作面之間。
17.根據權利要求15所述的機械機構，其特征在于，所述的布氏硬度處于2-7kg/mm2之內。
18.根據權利要求15所述的機械機構，其特征在于，所述的布氏硬度處于2.5-5kg/mm2之內。
19.根據權利要求15所述的機械機構，其特征在于，所述的布氏硬度處于3.0-4.5kg/mm2之內。
20.根據權利要求15所述的機械機構，其特征在于，所述的耐沖擊性處于40-60kgm/cm2之內。
21.根據權利要求15所述的機械機構，其特征在于，所述的耐沖擊性處于45-55kgm/cm2之內。
22.根據權利要求15所述的機械機構，其特征在于，所述的布氏硬度處于2.5-5kg/mm2之內，而且，所述的耐沖擊性處于40-60kg·m/cm2之內。
23.根據權利要求15所述的機械機構，其特征在于，所述的接觸面處于研磨工具之上。
24.根據權利要求16所述的機械機構，其特征在于，所述的研磨顆粒包括氧化鋁顆粒。
25.根據權利要求15所述的機械機構，其特征在于，所述的接觸面的成分包括聚氨酯。
26.根據權利要求15所述的機械機構，其特征在于，所述的接觸面的成分包括環氧樹脂材料。
27.根據權利要求15所述的機械機構，其特征在于，所述的接觸面的成分包括聚氨酯及環氧樹脂材料。
28.根據權利要求15所述的機械機構，其特征在于，所述的接觸面的成分包括聚氨酯及環氧樹脂材料，其重量比為90∶10至70∶30。
全文摘要
一種機械元件，包括一個工件，其有一個與液體相接觸的第一工作面，該工作面至少有一個液體排拒區，該液體排拒區用于與液體進行交互作用，其中，該液體排拒區的特征無量綱濕潤系數小于0.95。
文檔編號B24B37/02GK1860019SQ200480025451
公開日2006年11月8日 申請日期2004年9月5日 優先權日2003年9月5日
發明者鮑里斯·沙米斯希多夫, 亞歷山大·伊格納托夫斯基 申請人:摩擦控制解決方案有限公司