Page 135 - 《摩擦学学报》2021年第5期

724 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

表面微织构技术已被证实可以有效改善摩擦副 为了进一步研究微织构尺寸对滑动轴承磨损特
[1]
间的摩擦特性，降低摩擦系数，减小磨损 . 根据以往 性的影响规律，建立了滑动轴承磨损特性模型，在轴
针对微织构的研究可知，影响微织构摩擦特性的因素 承表面添加圆形微织构，研究微织构尺寸对摩擦系数
包括微织构形状、微织构尺寸、微织构分布位置、微织 和磨损量的影响规律，然后采用摩擦磨损试验机进行
构排列方式及载荷、转速等工况条件 [2-6] . 前期研究主 试验，分析不同尺寸微织构磨损性能的变化规律，验
要针对微织构形状及载荷、转速等工况条件对滑动轴 证理论计算结果的正确性.

承润滑特性的影响，分析了微织构形状及工况条件对 1 数值分析
[7]
摩擦副的减摩作用 .
大量研究文献表明，微织构的尺寸大小对摩擦副 在流体动压润滑状态下，考虑滑动轴承表面粗糙
[8]
表面的摩擦学性能具有重要的影响. Yuan等 为了提 度、弹性变形、磨损深度等参数的影响，分别讨论不同
的微织构尺寸(圆形微织构的半径及深度)对磨损量的
高钛合金的耐磨性，在合金盘面表面分别加工5%、
影响规律，根据滑动轴承的实际运动情况，取轴径运
7%和11%的圆形凹坑，采用圆球磨损试验机进行耐磨
动速度为6 000 r/min，载荷F =18 000 N，润滑油黏度
性试验，获知微凹坑密度为5%时，钛合金摩擦损失值 N
为η=0.003 51 Pa·s，轴承硬度为120 MPa. 微织构滑动
最小. Urbaniak等 在滑动轴承表面加工密度分别为
[9]
轴承理论模型如图1(a)所示，轴承半径为15 mm，轴承
16%和28%的微织构，在试验温度为150 ℃条件下，研
宽度B为6 mm，半径间隙0.03 mm，偏位角为θ，微织构
究填充不同润滑剂对轴承润滑性能的影响. 李一楠等 [10]
起始位置为φ ，微织构终止位置为φ . 多个微织构存在
1
2
利用Fluent软件分析增加微织构直径对润滑性能的影
于油楔的收敛区，图1(b)为其中1个微织构区域单元的
响规律，结果表明：在一定条件下，加大织构直径可提
放大图，图1(c)为有限差分网格划分示意图，y方向为
[11]
高油膜上表面平均压力. Zhang等 采用紫外纳秒极 y
轴承轴向方向， λ = .
光在硬质合金表面加工四种微沟槽，利用球-盘结构 B/2
1.1 理论模型
进行摩擦试验，获知在微织构密度为45%，微织构宽
[12]
度为40和100 μm时，摩擦性能最优. Kümmel等 利用 只考虑动压效应并假设润滑油为不可压缩流体，
黏度和密度均为固定值，无量纲Reynolds方程可简化为
纳秒激光在钛合金表面加工线性微织构，使用润滑脂
( ) ( )
作为润滑剂，指出当微织构密度为5%时，钛合金磨损 ∂ H 3 ∂P + ∂ H 3 ∂P = 3 ∂H (1)
∂φ ∂φ ∂λ ∂λ ∂φ
[13]
量可减小160倍. 鹿重阳等 指出具有一定面积占有
率的三角沟槽形微织构有助于提高硬质合金表面的 式中：φ，λ为平行于摩擦副表面的坐标系；P为油膜压
[14]
摩擦性能. Li等 采用脉冲镍基复合材料表面加工直 力值.
径为150 μm的凹坑，用MoS 粉末作为润滑材料，使用 无量纲油膜厚度表达式为
2
高温球盘摩擦仪进行耐磨性试验，发现在密度为 H = H 0 + H p + H t + H c + H m (2)
7.1%时磨损寿命延长4倍以上. 无量纲油膜厚度H 和微织构深度H 表达式如方
p
0
φ Δφ … …
Z λ 1 1 1 m m+1
θ 0 1
j
9 2
8 3 (i, j-1)
φ 1 …
7 (i-1, j) (i, j) (i+1, j)
e j (i, j+1) Δλ
Y 6
X
o b 5 φ
o j
4 …
3 Δλ
2 n
n+1
1
φ 2
Δφ
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
φ
(a) Journal bearing structure diagram (b) Enlarged view of micro texture area unit (c) Schematic diagram of meshing

Fig. 1 Schematic diagram of micro texture journal bearing
图 1 微织构滑动轴承理论模型