Page 145 - 《摩擦学学报》2021年第5期

734 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

μm μm
1.62 1.80

1.00 1.00
−1.6
z/μm −1.4 0.50 z/μm 999.3 999.3 0.50
0.0
799.2
0.00 0.00
−0.50 −0.50
x/mm y/mm x/mm y/mm
−1.00 −1.00
799.2 0.0 −1.36 0.0 0.0 −1.57
(a) a e =0.1 mm (b) a e =0.2 mm
μm μm
1.82 3.41
2.50
1.00 1.50
−1.3
z/μm 999.3 999.3 0.50 z/μm −1.9
1.2
0.00 1.2 0.50
−0.50 −0.50
x/mm y/mm x/mm y/mm
0.0 0.0 −1.30 0.0 0.0 −1.90
(c) a e =0.3 mm (d) a e =0.4 mm

Fig. 3 Surface measured topography of high speed ball-end milled test sample for different radial cutting depth conditions
图 3 不同径向切深工况下高速球铣加工试验样件实测形貌

度，故可将三维流体动压润滑仿真模型转化为二维模
Upper wall
型. 微沟槽深度h 为式(3)中残留高度h，与径向切深
0
a 密切相关，D为油膜厚度，L为每个微沟槽织构的单
e
元长度，微沟槽深度h 与滑动速度v为变量，表2为 Fluid area
0
Fluent仿真所用基本参数. 仿真过程中下壁面固定，上 h 0
Lower wall
壁面以匀速滑动，形成两相对运动表面，仿真条件为
L
稳态层流.

2.1 滑动速度对微沟槽动压承载能力的影响 Fig. 4 Simplified model of micro-groove
图5为径向切深a =0.2 mm时，微沟槽动压承载能 图 4 微沟槽简化模型
e
力随滑动速度变化情况. 可以发现，随着滑动速度的
增大，油膜动压承载力也有相应的提升. 当滑动速度 可以实现滑动表面的持续供油，提高流体动压润滑效

为30 m/s时，主要处于边界润滑状态，摩擦副界面无法 应. 由式(3)可知，增大径向切深即增大微沟槽深度，图6
被连续的润滑油膜包裹，动压效应不明显；随着滑动 为滑动速度40 m/s时，表面微沟槽油膜动压承载力随
速度的增大，润滑油的流动速率增强，润滑状态主要 径向切深的变化情况，可以看出，随着径向切深增大，
为流体润滑，从而微沟槽表面可以被连续的油膜包 油膜承载能力呈现先增大后减小的趋势. 当径向切深
裹，油膜的承载能力加强，摩擦系数相应减小. 当滑动 a 从0.1 mm增大到0.3 mm时，流体惯性阻力较低，润
e
速度由30 m/s提高到45 m/s时，油膜的承载能力提升 滑油膜的承载能力提高，其值由0.020 9 N增至0.021 8 N；
了54.87%. 在径向切深a =0.3 mm时，承载力达到极大值. 然而，
e

2.2 径向切深对微沟槽动压承载能力的影响 随着径向切深的进一步增大，微沟槽深度明显提高，
微沟槽能够储存润滑油，进而通过润滑油溢出， 流体惯性阻力加强，导致部分润滑油不能有效补给到

表 2 Fluent仿真基本参数
Table 2 Basic parameters for Fluent simulation

Lubricating oil density Dynamic viscosity of lubricating oil Inlet and outlet pressure Micro-groove width Wall length Oil film thickness
3
800 kg/m 0.001 76 Pa·s 101 325 Pa 100 μm 400 μm 4 μm