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浅议仿生学原理在机械设计领域中的应用 张守权 黑龙江建筑职业技术学院 黑龙江哈尔滨 150025 【摘要】近年来，随着生物科仿生学的不断发展，仿生技术在很多工 高强度。有鉴于此，现在人们通过以下二种途径来实现整合涂层：一是 程领域都得到了广泛应用。所谓仿生学，就是指通过研究不同生物的生物 有效排列分子，使其呈DNA 螺旋结构，达到较高的机械强度；二是采 特性，来分析其结构、功能和原理，并将这些结构、功能和原理应用在工程 用不同的材料组合成整合涂层，从而具有更高的机械强度和摩擦性能。 技术设备的设计与研发中，从而提高工程技术设备的整体性能的一种科学。 1.3 功能仿生 本文主要探讨了其在机械设计领域的应用。文章重点分析了机械仿生设计 功能仿生的目的是使人造的机械具有或能够部分实现高级动物丰 中的基本内容，并对仿生学原理在机械设计领域中的实际应用做出简要论 富的功能，如思维、感知、运动、操作等，这在智能机器人的研究中具有 述。 重大意义。目前在工业领域中应用的机器人以焊接、装配、喷涂、搬运等 【关键词】仿生学；科学原理；机械设计；应用 工作为主，其共同特征是作业方式单一、缺乏变化。但是随着社会发展， 机器人需要在更加宽泛的领域得到应用。除了进行生产之外，生活、娱 仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是一门集生物学、工 乐和享受对于人类来说同样不可缺少，活动方式和身体结构酷似动物 程学和数学为一体的现代边缘性科学。仿生学的应用已经有一定时间， 的仿生机器人将在这方面大显身手，如防灾救援和教育娱乐等。对人的 并且已经取得了非常大的成就，最典型的例子莫过于通过分析鸟类的飞 独特思维功能的仿生是仿生机器人领域的最高目标。 行原理而进行的飞机发明。近年来，仿生学更是应用在智能机器人、雷达、 2、仿生学原理在机械设计领域中的具体应用分析 声纳、人工脏器、自动控制器、自动导航器等多个科学研究领域中。可以 2.1触土机械的设计 说，其在机械设计领域的发展中所起到的作用越来越突出，科技地位越 (1) 钻头 在钻探工作中，经常会遇到钻头泥包问题。吉林大学正在 来越重要。现本文主要研究了其在机械设计领域中的具体应用。 研究设计一种仿生钻头，这种钻头的体表面仿造穿山甲背部鳞片的分布 1、仿生学原理 形式，钻头的切削齿仿造穿山甲的爪趾形状，以达到在泥质岩中钻进时 1.1外形仿生 减粘、降阻、脱附，有效地防止钻头泥包现象，提高机械钻速。 外形仿生作为一种最常见的设计方法，在建筑和新材料的设计中 (2) 深松部件 通过在室内大型土壤进行耕作试验，测定各种深松 得到广泛应用，同样也可应用于机械设计。蝼蛄、小家鼠等动物具有优 部件耕作以后土壤的宏现扰动轮廓和耕作阻力，结果表明郭志军等制 良的挖掘功能。研究发现这几种动物挖掘足的爪趾内轮廓线大多是变 作的外形仿生弯曲型深松部件的深松阻力取得最小值。 曲率曲线，如穿山甲爪趾的爪尖是一面为斜面的圆锥楔形，爪尖顶端圆钝， (3) 推上板 在进行土壤切削试验时，丛茜等设计的仿生非光滑鳞 楔面能分散土壤压力，减小触土面积，从而降低土壤阻力，使爪趾具有 片形推上板不易发生粘附，与光滑的推土板相比平均降低推土阻力15% 较强的入土能力和较好的脱土效果。这种有利于减粘降阻的结构在外 左右。 形上与某些弯曲型深松部件极为类似，为改进深松部件几何形状，优化 2.2 复合涂层体系的设计 切削性能提供了仿生学研究的基础。 仿生非光滑耐磨复合层的设计原则是由软、硬多相材料交替叠层形 1.2 结构仿生 成的非光滑表面，具体来说就是将增强硬质颗粒钎焊在基体材料(碳钢)