Page 62 - 《摩擦学学报》2021年第3期

第 3 期 李云凯, 等: 仿生猪笼草结构的水润滑轴承摩擦学性能有限元分析研究 351

存在的型号CR0202织构便具有更高的最大水膜压力. 获得了较为明显的优化. 对于径向脊形织构，型号DR0202
反映在流迹线图中也能看出，型号DR0202织构内的 织构总体表现出最良好的减摩性能，而水膜压力方
流体更偏向于湍流状态或形成数个小涡流，且上部涡 面，型号DR0201织构在低转速时最大，型号DR0102织
流的涡核半径较小、涡宽较大，而下部涡核半径稍大、 构则在转速增加后表现出更佳的水膜承载能力. 总体

涡宽很小，在保证水膜承载能力得到一定提升的同 上，型号DR0102织构获得了较为理想的减摩性能和
时，更多地由于流体波动和能量损失使得减摩性能提 水膜承载能力的综合优化.
升更明显. 而型号CR0202织构内的流体更偏向于形成 如图9所示是性能综合优化最佳的型号CC1006和
1个涡宽较大的涡流，并且随转速增加，涡核位置由织 DR0102织构分别在r=300和420 r/min的条件下与其他
构下部向上部转移，涡宽逐渐增加，最大水膜压力也 相同形状不同尺寸织构的流迹线图对比. 可以看出，
提升明显. 在r=300 r/min时，型号CC1006织构内部流体具有形成

2.3 不同织构尺寸的轴承水膜承载能力与减摩性 湍流漩涡的趋势，但上部流体还存在相比其他尺寸织
能分析 构更为明显的波动，能量损失更多；同时蜡质晶结构
图8为ε=0.5时，变转速条件下具有不同尺寸的月 处呈现出一定的湍流状态，且数量多于其他尺寸织
牙形和径向脊形织构的轴承水膜压力和摩擦系数. 可 构，因而获得了更低的摩擦系数. 但是，其织构内部部
以看出，随转速增加，水膜压力逐渐增加、摩擦系数先 分流体与上部的水膜整体流动方向偏差较大，其他尺

减小后增加的总体趋势变化不大. 其中，型号CC1208 寸织构则更多呈现出湍流状态，加之上部流体的波
织构总体上表现出最高的水膜压力，摩擦系数是型号 动，导致型号CC1006织构的最大水膜压力在该转速

CC0808织构在低速条件下最小，型号CC1008织构在 条件下并非最高，而承载能力较好的型号CC1010和
高转速下获得了更好的减摩性能. 综合来看，型号 CC1208织构在月牙形结构左侧有形成湍流漩涡的趋
CC1006的月牙形织构的减摩性能和水膜承载能力均 势甚至已经形成涡核半径较小、涡宽有不断扩展趋势

112 CC0808 0.080 CC0808
CC1008 CC1008
CC1208 CC1208
CC1006 0.075 CC1006
Pressure×10 −3 Friction coefficient 0.070
CC1010
CC1010
110
108
0.065
106
0.060
60 180 300 420 540 60 180 300 420 540
Rotational speed/(r/min) Rotational speed/(r/min)
(a) Crescent texture, film pressure (b) Crescent texture, friction coefficient
0.085
116 DR0102 DR0102
DR0202 0.080 DR0202
DR0302 DR0302
114 0.075
DR0201 0.070 DR0201
DR0203
Pressure×10 −3 110 Friction coefficient 0.065
DR0203
112
0.060
0.055
108
0.050
106
0.045
104 0.040
60 180 300 420 540 60 180 300 420 540
Rotational speed/(r/min) Rotational speed/(r/min)
(c) Ridged texture, film pressure (d) Ridged texture, friction coefficient

Fig. 8 Film pressure and friction coefficient of textures with different sizes
图 8 不同尺寸织构的最大水膜压力和摩擦系数