Page 63 - 《摩擦学学报》2021年第3期

352 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

(a) (b)
Velocity 15.0 Velocity 15.0
11.3 11.3
7.50 7.50
3.75 3.75
(m/s) 0.00 (m/s) 0.00
(c) (d)
Velocity 15.0 Velocity 15.0
11.3 11.3
7.50 7.50
3.75 3.75
(m/s) 0.00 (m/s) 0.00
(e) (f)
Velocity Velocity
21.0 21.0
15.8 15.8
10.5 10.5
5.25 5.25
(m/s) 0.00 (m/s) 0.00
(g) (h)
Velocity 21.0 Velocity 21.0
15.8 15.8
10.5 10.5
5.25 5.25
(m/s) 0.00 (m/s) 0.00
(i)
Velocity 21.0
15.8 (a~d) r=300 r/min, CC1006, CC1008,
10.5 CC1010 and CC1208,
5.25 (e~i) r=420 r/min, DR0102, DR0201,
(m/s) 0.00 DR0202, DR0203 and DR0302

Fig. 9 Streamline at the section of crescent and ridged textures with different sizes
图 9 不同尺寸的月牙形和径向脊形织构截面处水膜的流迹线图

的涡流. 在r=420 r/min时，型号DR0102织构具有最高 能优化，尤其在中速中载的条件拥有优异的水膜承载
的水膜压力和最低的摩擦系数. 从流迹线图来看，二 能力与减摩性能.
级径向脊结构内部形成了数个具有成形涡核的涡流， 图11~12所示为不同转速和偏心率条件下型号
也没有过多流体与水膜整体流动方向偏差较大，一级 CC1006和DR0102织构的流迹线图，着重探究在重载
径向脊结构内部流体处于湍流状态并具有形成湍流 条件下轴承水膜压力与摩擦系数大幅升高的原因. 不
漩涡的趋势，加之合理的两级径向脊的数目和间距， 难看出，无论轴承偏心率大或小，低速条件下不同形

使得其整体处于承载能力较高、润滑效应较好的状态. 状和尺寸织构内流体均与织构上部的水膜整体流动

2.4 变载荷条件下的轴承水膜承载能力与减摩性 方向偏差较大. 不过，大偏心率下织构上部流体波动
能分析 明显减少，内部流体也拥有更小的流速差，这使得其
由于水润滑轴承的偏心率大体随转速的增加而 水膜压力大幅提升. 然而，上述现象本就会引起摩擦
减小、随载荷的增加而增加，且主要受载荷影响，故通 系数的升高，加之能量损失的减少和重载条件下上升
过改变轴承偏心率来大致模拟不同载荷条件. 图10是 的水膜承载能力也难以支持润滑水膜的连续存在，轴
在偏心率ε=0.1、0.3、0.5、0.7和0.9时，变转速条件下型 承减摩性能便进一步恶化. 此外，随载荷增加，可以明
号CC1006和DR0102织构的轴承水膜压力和摩擦系 显看出形成涡流所需求的转速越来越小，相同转速下
数. 可以看出，两种织构依然保持随转速增加，轴承最 载荷越大时，织构上部流体的波动越小，内部流体形
大水膜压力增加、摩擦系数先减后增的大体趋势. 特 成的涡流越明显，并且涡核半径越小、涡宽越大，这就
别是在ε=0.9的重载条件下，轴承水膜压力与摩擦系数 导致了轴承减摩性能的持续恶化.
均出现了大幅升高，尤其以型号CC1006织构的最大 在比较型号CC1006和DR0102两种不同织构的流
水膜压力与型号DR0102织构的摩擦系数更甚. 总体 迹线图时也能发现，之所以型号CC1006织构的最大
而言，轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承在中 水膜压力会上升得更明显，是因为在重载条件下，其
低载、几近全转速的条件下均能获得一定程度上的性 无论是月牙形还是蜡质晶结构内部在较低转速时便