Page 125 - 《摩擦学学报》2020年第4期

第 4 期 赵波, 等: 考虑上游泵送效应的滑靴副动压润滑特性 535

滑介质在40°时的泄漏量较0°时均减少了近一半，且低 滑靴副润滑性能的影响规律，本节中选取由中低转速

于同工况下无微坑织构的泄漏量. 至高转速共5组工况进行分析，润滑介质的黏度为1 mPa·s.
由牛顿黏性定律可知，在相同滑动速度和油膜厚 图7(a)所示为不同转速下椭圆形微坑织构倾斜角
度情况下，油膜剪切力与润滑介质黏度成正比，因此， 对滑靴副润滑性能的影响规律. 对比得到：(1)低转速
黏度越高的润滑介质，对应的摩擦系数越大. 此外，相 时，微坑倾斜使动压区受损，低转速时的泵送效果难

同黏度下，承载能力下降同样会导致摩擦系数上升. 以维持动压受损，承载能力下降；(2)高转速时，微坑倾
综上，在相同的转速和油膜厚度下，低黏度润滑 斜产生了动压区受损和上游泵送两种效果. 微坑倾斜
介质由于其流动性好的特点，更易产生上游泵送效 角度为10°时，倾斜角较小，动压损失小，转速较高，倾
应，部分情况下能产生使承载能力提高的效果. 且在 斜微坑产生的泵送效应大，整体承载能力上升. 倾斜
任何黏度下，均存在承载能力和摩擦系数变化不明 角为40°时，微坑倾斜角度过大，动压损失大，此时高

显，但泄漏量大大减少的效果. 转速泵送效应难以维持动压损失，承载能力减小. 且
2.2.2 不同转速下倾斜微坑的影响 转速越高，该趋势越明显，表现为最大值增大和最小
为了研究不同转速下椭圆形微坑织构倾斜角对 值减小.

0.1 1.5E−02 2.5E−04
1 500 r/min
2.0E−04
1.3E−02
3 000 r/min
Carrying capacity difference value/N −0.1 1 500 r/min Leakage/(g/s) 1.0E−02 1 500 r/min Friction coefficient 1.5E−04 10 000 r/min
0
20 000 r/min
7.5E−03
1.0E−04
−0.2
3 000 r/min
5.0E−03
5.0E−05
−0.3
0.0E+00
20 000 r/min
10 000 r/min
20 000 r/min
−0.4 10 000 r/min 2.5E−03 3 000 r /min −5.0E+05
0.0E+00
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. 7 Carrying capacity，leakage and friction coefficient with angle under the influence of rotational speed
图 7 转速影响下的承载能力、泄漏量和摩擦系数随角度变化的曲线

由泄漏量变化曲线[图7(b)]可见，在相同微坑倾 高，另一方面引起油膜剪应变率变大，从而导致摩擦
斜角度时，转速升高会引起泄漏量减少. 在同一转速 力增加. 这两种效果对摩擦系数的影响作用相反，故
下，倾斜角度增大同样引起泄漏量减少. 如图8所示为 摩擦系数的变化趋势不定，这在图7(c)中也可以明显
30°时的微坑局部速度矢量图，为了凸显微坑的作用 看出. 另外，在转速和黏度都不变的情况下，摩擦力不
效果，仅选取沿泄漏方向的速度矢量，可以明显看出， 变，故摩擦系数的变化受承载能力变化的影响.
虚线范围内沿红色箭头方向与蓝色箭头方向(泄漏方 综合上述分析，相比于微坑无倾斜，倾斜椭圆微
向)流向相反，即产生了上游泵送效果. 坑能够在几乎不损失滑靴副润滑性能的前提下，明显
提高转速一方面提高动压，引起了承载能力提 改善其泄漏性能. 此外，在低黏度、高转速的情况下，
椭圆微坑能在一定的倾斜角度范围内进一步提升滑
Velocity/(m/s)
靴副的润滑性能.
20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 为了便于确定上述倾斜角度范围，图9所示为不
Pressure inlet direction Slip direction Pressure outlet direction 同转速和黏度下，润滑性能随角度的变化规律图. 在

图9中，针对黏度为0.5、1和2 mPa·s的润滑介质进行分
析，3个黏度的曲线分别将图的区域分为两部分，即在
曲线左侧，润滑性能高于微坑无倾斜情况下润滑性
能，而曲线右侧表示润滑性能相比于微坑无倾斜情况

润滑性能有所下降. 以转速为15 000 r/min和黏度为
Fig. 8 Texture local speed vector
图 8 微坑局部速度矢量图 0.5 mPa·s为例，相比于微坑无倾斜时，当微坑倾斜角