Page 137 - 《摩擦学学报》2021年第5期

726 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

基本参数产生的影响. 首先确定圆形微织构区域表达 66 Maximum pressure Bearing capacity 4.6
式，如图1(b)所示，以(5,5)点作为圆形微织构的中心， 4.5
假 设 微 织 构 半 径 为 R， 则 圆 形 微 织 构 表 达 式 为 62 4.4
4.3
(φ−5) +(y−5) ⩽ R . 根据圆形在网格上的分布规律， Maximum pressure/kPa 58 4.2
2
2
2
2
令R 分别等于0(圆点微织构，近似等于0)、1、2、4、5、 4.1 Bearing capacity/N
8、9、13，圆形微织构中心之间的距离为10，无量纲微 54 4.0
织构深度为H =0.03. 从而求解油膜最大压力、承载力 3.9
p
及摩擦力等参数随微织构尺寸的变化规律. 50 3.8
Smooth 0 1 2 4 5 8 9 13
图3、图4分别为油膜最大压力、承载力、摩擦系数 Micro texture size

及端泄量随微织构尺寸的变化规律. 由图3、图4可以 Fig. 3 Variation of maximum pressure and bearing capacity
观察到随着微织构半径的增大，最大压力和承载力呈 with micro texture sizes
2
先提高后降低趋势，在无量纲微织构半径尺寸R =1、 图 3 最大压力及承载力随微织构尺寸的变化规律
2、4时获得最优值，最大压力增加5.8%~6.7%，承载能 0.37 1.4
2
力提升0.675%~1.11%，在R =0、5、8、9时，承载能力和 0.36 Friction coefficient End leakage 1.2
最大压力相比光滑轴承略有上升；在R =1、2、4、5时， 0.35 1.0
2
2
摩擦系数比光滑油膜降低1%左右，当R =13时，摩擦 0.34 0.8
系数突然大幅度增加，随着织构半径的增大，摩擦系 Friction coefficient 0.33 0.6 End leakage/(cm 3 /s −1 )
数呈先降低后升高趋势，这与文献[17]的变化趋势是 0.32 0.4

一致的；端泄量呈不规则变化趋势，但存在微织构情 0.31 0.2
0.30
况下，端泄量数值一直相对较小，这些微织构轴承的
0.29 0.0
Smooth 0 1 2 4 5 8 9 13
平均端泄量比光滑轴承端泄量降低了大约37.5%. 产
Micro texture size
生这种现象的原因如下：随着半径的增加，微织构内
Fig. 4 Variation of friction coefficient and end leakage with
部存储的润滑剂增多，油膜的动压效应提高，使油膜 micro texture sizes
2
的承载能力和最大压力增大，摩擦系数降低，在R =2 图 4 摩擦系数及端泄量随微织构尺寸的变化规律
时获得最优的润滑性能；但随着半径的继续增加，微
织构内润滑油体积增长速率明显快于微织构出口面 0.07 Smooth
2
积增加速率，导致堆积在微织构内部的润滑油产生反 0.06 R =0
R =1
2
2
向涡流现象，对油膜的润滑性能起到消极作用，因此 0.05 R =2
2
R =4
2
在最优位置后，微织构的尺寸越大，润滑性能越差. Dimensionless pressure 0.04 R =5
R =8
2
2
图5为微织构轴承轴向中间截面位置产生的油膜 0.03 R =9
2
R =13
2
压力随周向角度的分布规律. 总体来看，除了R =13时 0.02
0.01
油膜压力峰值小于光滑轴承，其余半径时的压力峰值
0
大于光滑轴承，这与文献[18]的最大峰值随着半径的 0 60 120 180 240 300 360
Circumferential angle/(°)
变化规律基本一致. 依据油膜压力峰值大小可以将图5
Fig. 5 Distribution of circumferential oil film pressure at
2
的9条变化曲线分为4组，光滑和R =1为1组，其曲线相
different micro texture sizes
对较光滑且数值结果比较接近；R =1、2、4为1组，本组 图 5 不同微织构尺寸轴承的周向油膜压力随轴向角度的
2
曲线开始出现较小波动，数值明显大于光滑轴承，压 变化趋势
2
力峰值处周向角度值相对较大；R =5、8、9为1组，该组
数据结果波动较大，在压力峰值之前小于光滑轴承， 织构时的破裂角明显小于光滑油膜；随着微织构的增
2
在压力峰值后大于光滑轴承；最后1组为R =13时，该 大，油膜破裂角度出现位置呈先减小后增大的变化趋
2
数值曲线波动大且最大峰值小于光滑轴承，这与前述 势，在R =1、2、4时油膜破裂角度最小值在242°附近，
的图3的最大压力和承载力的变化趋势是一致的. 通 而光滑轴承油膜破裂角度为262.5°. 圆形凹坑半径增
过图5还可以观察到油膜破裂角的变化规律，存在微 加意味着微织构密度增加，油膜的承载能力增强，摩