Page 144 - 摩擦学学报2025年第5期

778 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

W=213.89 N W=513.67 N W=549.98 N

5 5 5

p/MPa 3 1 δ=25.60% p/MPa 3 1 δ=16.19% p/MPa 3 1 δ=10.73%

20 20 20
15 10 20 25 15 10 20 25 15 10 20 25
y/mm 5 0 15 x/mm y/mm 5 0 15 x/mm y/mm 5 0 15 x/mm
d 1 =1 μm d 1 =2 μm d 1 =3 μm
W=470.27 N W=382.81 N W=310.25 N
5 5 5

p/MPa 3 1 δ=6.74% p/MPa 3 1 δ=4.23% p/MPa 3 1 δ=2.36%

20 20 20
15 10 20 25 15 10 20 25 15 10 20 25
y/mm 5 0 15 x/mm y/mm 5 0 15 x/mm y/mm 5 0 15 x/mm
d 1 =4 μm d 1 =5 μm d 1 =6 μm
(a) Pressure distribution of flat-bottomed spiral grooves with different groove depths at ω=50 r/min and H 0 =1 μm
W=549.98 N W=659.03 N
5 Peak P max =4.2 MPa 5 Peak P max =4.5 MPa
4 zone 4 zone
p/MPa 3 2 δ=10.33% p/MPa 3 2 Valley zone
δ=0.68%
1 Valley zone 1
0 0
20 20
15 10 23 15 10 23
y/mm 5 0 15 19 x/mm y/mm 5 0 15 19 x/mm
(b) Pressure distribution of flat-bottomed spiral groove (c) Pressure distribution of stepped spiral groove

Fig. 9 Pressure distribution of flat-bottomed spiral grooves with different groove depths and
comparison of the load capacity with stepped spiral groove
图 9 不同槽深平底螺旋槽压力分布、承载力及与阶梯螺旋槽的对比

载能力优于平底螺旋槽的主要机制. 如图13(b)所示， 化区域得到了显著减小. 在径向上，在图13(a)中的槽
圆周方向上，动静环之间的间隙在起始线处为发散间 坝分界线处也形成了阶梯轴承，因此径向上也产生了
隙，在阶梯线及终止线处为收敛间隙. 根据流体润滑 Rayleigh轴承效应. 根据以上分析及计算结果，阶梯螺
理论，不同截面位置处的流体速度如图13(b)中蓝色剖 旋槽正是通过提高压力峰区承载力同时减小空化区
面线区域所示，由库埃特流和泊肃叶流两部分组成.
面积来实现承载能力的提升.

三角形面积为两表面相对运动剪切流体产生的速度，
与间隙大小成正比；虚线与曲线围成的区域为压力梯
3 结论
度产生的流速，压力曲线斜率小于零时，该截面流速为
a. 提出了1种沿周向槽深变化的阶梯螺旋槽设
剪切流速加压力梯度流速，反之相减. 根据流量连续
计，通过阶梯的引入产生了Rayleigh轴承效应，有效提
条件可推导得到2种螺旋槽的压力分布如图13(b)所
示，在起始线附近产生压力谷区，空化也主要发生在 升了螺旋槽端面密封的承载能力，降低了密封面开启
该区域；在终止线处产生压力峰区，周向流线上压力 速度，提高了磨损抑制能力.
的最大值在终止线处. 由于阶梯线处额外的流体动压 b. 不同的转速、载荷及膜厚下，阶梯螺旋槽的承
效应，阶梯螺旋槽在该处形成了流体动压力，而平底 载力和液膜刚度均大于对应的平底螺旋槽，而空化率
螺旋槽却不能建立流体压力，因此阶梯螺旋槽的空 显著小于对应的平底螺旋槽.