Page 193 - 《摩擦学学报》2021年第6期
P. 193
978 摩 擦 学 学 报 第 41 卷
的燕尾螺旋槽性能参数跟双尖槽最为接近，故下文除 域[图3(d)中约22~25°区域]，而槽深为5 μm的燕尾螺
压力分布的对比中，只给出了双尖槽性能指标量相对 旋槽端面在C 点稍前的区域，压力变化平稳，且迅速
2
槽深为5 μm的燕尾螺旋槽相对变化量，下图中分别以 达到峰值，该峰值略大于双尖槽气膜压力峰值. 这是
R 、R 、R 以及R 来进行标识，并将相对变化量(RC曲 因为燕尾螺旋槽只有1个螺旋槽，单槽周向幅度较大，
f q K Kq
线)置于右侧纵坐标处. 沿径向由外径向内气体挤压效应没有双尖槽显著，但
3.1 压力分布 在螺旋槽与圆弧槽交界的A点附近，燕尾螺旋槽在槽
双尖槽和燕尾螺旋槽在端面间隙为2 μm时的压 台交界处气体挤压和剪切效应显著加强. 5)双尖槽在
力分布情况如图3所示，其中图3(a)为燕尾螺旋槽的端 更大的区域(约占整个端面区域的80%)获得了较大的
面压力分布(螺旋槽深h =5 μm)，图3(b) 为双尖槽的端 端面气膜压力，这有助于促进气膜开启力和刚度的增
g
面压力分布，图3(c)为两种槽型沿径向压力分布，图3(d) 加，从而进一步提升其端面气膜的综合特性.
为两种槽型沿周向压力分布. 径向和周向设定位置为 3.2 开启力
经过图2中A点的径向线和周向线，A点位于经螺旋槽 双尖槽和燕尾螺旋槽的端面开启力变化情况如
迎风侧型线与圆弧槽相交点，沿径向的圆弧槽中间位 图4所示.
置处，因为在A点附近压力数值大且变化剧烈. 图3(c)
5.0
中，B 和B 为双尖槽上压力曲线上的2个拐点，燕尾螺 DPG
2
1
37
DSG-h g =5
旋槽上相应拐点由过B 和B 的竖直线对应获得；图3(d) DSG-h g =8
1
2
32 DSG-h g =10 2.5
中，C 、C 和C 为双尖槽上压力曲线上3个拐点，燕尾 RC
1
2
3
螺旋槽上相应拐点由过C 、C 和C 的竖直线对应获得. F/kN 27 0 R f /%
2
3
1
由图3可见：1)两种槽型端面气膜压力均在圆弧槽
22
区域出现峰值，峰值区域位于图2中A点附近. 在外径 −2.5
17
侧至圆弧槽区域，端面气膜压力受螺旋槽的影响逐渐
增大，特别是在槽区的迎风侧型线附近和螺旋槽尾 10 −5.0
1 3 5 7 9 11 13 15
部，气体受挤压和剪切从而压力显著增大，出现局部 h o /μm
峰值. 而在圆弧槽至内径侧区域，端面气膜压力近似 Fig. 4 The curve of opening force with clearance
呈线性迅速下降至出口压力. 2)经A点沿径向，两种槽 图 4 开启力随端面间隙变化曲线
端面压力由外径至圆弧槽外侧B 点处是逐渐升高的， 由图4可以看出：1)两种槽型端面气膜开启力均随
1
在圆弧槽外侧B 点和内侧B 点之间，压力基本不变， 端面间隙增大而减小. 在端面间隙较小区域(约小于7 μm)，
1
2
由圆弧槽内侧B 点至端面内径压力逐渐降低至出口 开启力随端面间隙增大而迅速减小，且双尖槽开启力
2
压力. 可见圆弧槽起到了均压的作用. 双尖槽端面气
变化幅度大于燕尾螺旋槽；在端面间隙较大区域(约大
膜压力稍大于燕尾螺旋槽，螺旋槽深为5 μm的燕尾螺
于7 μm)，开启力随端面间隙增大而呈缓慢下降，且两
旋槽端面压力分布最接近双尖槽. 3)经A点沿周向两
种槽型开启力下降幅度逐渐趋同. 这是由于在间隙较
种槽型端面气膜压力大小交替变化. 在螺旋槽与圆弧
小时，端面流体膜在槽型根部附近产生显著的挤压和
槽相交区域附近(周向C 和C 点之间区域，背风侧型
1 2 剪切效应，形成充分的流体动压力，且此时动压力较
线与圆弧槽交于C 点，迎风侧型线与圆弧槽交于 静压显著占优，从而在小间隙区域形成了对间隙变化
1
C 点)，端面气膜压力逐渐升高，并在A点附近出现极 非常敏感的动压占优的开启力. 而在间隙较大区域槽
2
大值；在螺旋槽根收尾后的圆弧槽区域附近(周向C 和 型边沿的流体动效应显著下降，由此形成的流体膜动
2
C 点之间区域，圆弧槽尾部C 点)，气膜压力缓慢降 压力远低于介质沿端面静压力，从而在大间隙区域形
3
3
低；在无圆弧槽区域附近(周向C 和C 点之间区域)，气 成了对间隙变化不敏感的静压占优的开启力. 2)在端
1
3
膜压力在C 位置处开始急剧下降至谷值，然后迅速回 面间隙小于3.0 μm区域，双尖槽开启力整体大于燕尾
3
升. 可见气膜压力的变化基本与端面轮廓的变化吻 螺旋槽，在端面间隙大于3.0 μm区域，双尖槽开启力
合，说明此时由浅槽产生的流体膜压效应显著，对端 整体小于燕尾螺旋槽. 说明在间隙较小时,双尖槽较燕
面压力分布产生了重要的影响. 4)双尖槽在其槽1与槽 尾螺旋槽有略高的端面介质动压效应. 3)双尖槽开启
2之间，C 点稍前的区域，压力出现缓慢上升的一段区 力整体与5 μm槽深燕尾螺旋槽接近. 如间隙分别为
2
