Page 124 - 《摩擦学学报》2020年第4期

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向泄漏会更加明显. 角度过大会减小其迎锋面积，损失动压效果，所以倾
可见，无倾斜椭圆微坑的引入，使得滑靴副的承 斜角不能过大，本节中选取倾斜角为0°、10°、20°、
载能力提高，摩擦系数减小，改善了润滑性能，但带来 30°和40°为仿真变量进行分析.

了泄漏量的增加，间接影响到泵的容积效率. 图5所示为转速ω为20 000 r/min时，不同润滑介
2.2 倾斜椭圆微坑性能分析 质黏度下，椭圆形微坑织构倾斜角对滑靴副承载能
为减少滑靴副泄漏，将椭圆形微坑相对于其滑动 力、泄漏量和摩擦系数的影响规律. 在表征其承载能
速度方向旋转一定角度，利用其产生的上游泵送效 力变化图和摩擦系数变化图时，考虑到不同黏度下的
果，优化泄漏性能. 在兼顾润滑、泄漏性能的前提下， 摩擦副的承载能力和摩擦系数差异较大，为了能够直
分析其承载能力、泄漏量和摩擦系数随黏度和转速的 观地进行比较并揭示影响规律，对本图采用了差值处

变化趋势. 理方式，即将各黏度不同倾斜角度下的值(承载能力
2.2.1 不同润滑介质黏度下倾斜微坑的影响 和摩擦系数)与该黏度下微坑无倾斜时的值进行差值
为了研究不同润滑介质黏度下椭圆形微坑织构 比较，故图中角度为0°时的差值均为零. 而泄漏量的
倾斜角对滑靴副润滑性能的影响，并考虑到微坑倾斜 数值为未经差值处理的原值.

0.2 0 8.0E−04 1 mPa·s 9.0E−04 1 mPa·s
Carrying capacity/N −0.2 1 mPa·s Leakage/(g/s) 6.0E−04 4 mPa·s Friction coefficient 5.0E−04 4 mPa·s
2 mPa·s
2 mPa·s
7.0E−04
8 mPa·s
8 mPa·s
−0.4
4.0E−04
3.0E−04
2 mPa·s
−0.6
1.0E−04
−0.8
8 mPa·s
−1.0 4 mPa·s 2.0E−04 −1.0E−04
0.0E−04
0 10 20 30 40 0 10 20 30 40 0 10 20 30 40
Angle/(°) Angle/(°) Angle/(°)
(a) Carrying capacity (b) Leakage (c) Friction coefficient
Fig. 5 Carrying capacity，leakage and friction coefficient with angle under the influence of viscosity
图 5 黏度影响下承载能力、泄漏量和摩擦系数随角度变化的曲线

相比于无倾斜椭圆形微坑，引入倾斜微坑会改变 40°时的动压云图. 无微坑和微坑无倾斜比较得到：微
流体流向，产生上游泵送效应. 但微坑的倾斜会减小 坑的构建产生了明显的局部动压升高，增加承载能力.
迎锋面积，在一定程度上反而会削弱动压效应，导致 微坑无倾斜和40°倾斜微坑对比得到：40°时，高动压区
承载能力下降. 由图5(a)承载能力变化曲线可以看出， 域略有减小，这由于微坑倾斜导致迎锋面积减小，动压
低润滑介质黏度时，随倾斜角度增大，承载能力出现 区受损，承载能力下降，这在图5(a)曲线中也能反映出来.
先增大后减小的趋势，存在最优角度. 椭圆形微坑的
Dynamic
倾斜，使摩擦副相对运动产生的动压效果得到削弱， 36 36 36 pressure/Pa
3.0E+06
但却改变了润滑介质流向，产生上游泵送效应，在这 38 38 38 2.8E+06
两种效应共同作用下，当泵送产生的动压增量压力大 Radius/mm 40 Radius/mm 40 Radius/mm 40 2.6E+06
于被削弱的动压时，承载能力将会提高；而在高润滑 42 42 42 2.4E+06
2.2E+06
介质黏度时，随着角度增大，承载能力单调减少，其原 2.0E+06
44 44 44
因可能是由于随着润滑介质黏度的提高，润滑介质流 1.8E+06
2 0 −2 2 0 −2 2 0 −2 1.6E+06
动性变差，上游泵送产生的压力难以维持微坑倾斜所 Polar angle/(°) Polar angle/(°) Polar angle/(°)
损失的动压，所以总体上出现了承载能力单调减少的 Fig. 6 Dynamic pressure cloud diagram of without texture
情况，但在当前工况下，倾斜微坑对滑靴副承载能力 surface，0 ° and 40 ° inclined texture surface
图 6 无微坑织构、0°微坑和40°倾斜微坑的动压云图
的削弱比较有限.
为了更加直观地揭示倾斜角度对承载能力的影 如图5(b)泄漏量变化曲线所示，润滑介质黏度不
响规律，图6分别对比了转速为2 000 r/min，润滑介质 同导致流动性存在差异，倾斜的椭圆形微坑对低黏度
黏度为8 mPa·s时，无微坑织构、微坑倾斜角为0°和 润滑介质影响较大，但在数值上来看，不同黏度的润