Page 54 - 《摩擦学学报》2021年第1期

第 1 期 沈锦龙, 等: 考虑界面粗糙度动态变化的点接触弹流润滑特性研究 51

1.0
4
0.8
3
0.6
P 2 H
0.4
1
0.2
0
0
2.0 2.0 −0.1
1.2 1.2
0.4 1.5 0.4 −0.9
−0.4 −0.1 0.7 −0.4 −1.7
Y −1.2 −2.0 −2.5 −1.7 −0.9 X Y −1.2 −2.0 −2.5 X
(a) Pressure distribution (b) Film Thickness
3.0
1.2 Rough surface
Smooth surface
2.5
1.0
0.8 H 2.0
0.6 1.5
P P
0.4 H
1.0
0.2
0.5
0.0
0.0
−3.0 −2.5 −2.0 −1.5 −1.0 −0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
X
(c) Contrast of rough surface and smooth surface results

Fig. 4 Film thickness and pressure distribution of rough EHL
图 4 粗糙表面弹流油膜厚度与压力分布

图5为R =0.09 μm的表面在不同压力下的幅值缩 的分量，形貌变化较为显著，而频率大于300 kHz的分
q
减比较. 横坐标为频率，由表面波长和相对运动速度 量，幅值几乎不发生变化. 因此，决定表面形貌动态变
计算得到，纵坐标为幅值缩减，表示表面个频率分量 化的主要是表面的低频成分，这些低频成分在弹流接
触区内发生较大的幅值缩减，与此同时高频成分却几
在对应压力下幅值的减小量. 由图5中可以看出，在弹
乎不变形，从而导致表面形貌在不同工况下呈现出复
流润滑条件下，表面各频率分量的幅值缩减并不平
杂的非线性变化规律.
均，总体上呈现出低频分量缩减量大，高频分量缩减
图6为载荷变化时的无量纲最大接触压力P max 和
量小的特征. 对于频率小于300 kHz(对应波长λ>0.05b)
无量纲最小油膜厚度H min ，相对速度维持在5 m/s，接
触表面的粗糙度逐渐增大. P max 和H min 随载荷的增大
1.0 0.3
而减小，且表面粗糙度越大，P max 越大、H min 越小. 当载
Reduction of amplitude/μm 0.6 0.1 0 1 2 3 力峰更加突出，此时粗糙度产生的压力波动与二次压
0.2
0.8
荷较小时，接触区的流体动压效应较为显著，二次压
0.0
力峰共同作用，使最大接触压力要比最大赫兹压力
0.4
p 大得多. 随着载荷的增加，动压效应对压力分布的
H
0.2
pH=1.2 GPa

0.0 pH=0.7 GPa 影响减弱，粗糙表面产生的压力波动对最大接触压力
的贡献变大，并在载荷大于40 N(P =620 MPa)后占据
H
0 2 4 6 8 10 主导地位，此时最大压力不再出现于二次压力峰处，
−5
f×10 /Hz
而是出现在表面弹性应变较大、压力波动较大处. 因

Fig. 5 Amplitude reduction of different frequency
components of surface topography under EHL 此，P max 与载荷呈现出负相关关系. 随着载荷增大，
图 5 表面形貌不同频率成分在弹流润滑下的幅值缩减 P max 的减小速度变慢，并最终稳定在1.15~1.20之间.