基于流體動壓潤滑效應(yīng)的表面織構(gòu)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、摩擦是關(guān)系到機械設(shè)備可靠性、耐久性以及能量利用率的主要因素。有效減小摩擦可使機械設(shè)備處于良好的潤滑狀態(tài)，發(fā)揮更好的性能，節(jié)省能耗，延長檢修周期和使用壽命，從而獲得更大的經(jīng)濟效益。近年來，表面織構(gòu)技術(shù)已被證明是改善摩擦副摩擦學(xué)性能的有效手段。合理的表面織構(gòu)設(shè)計可以使其發(fā)揮出更為優(yōu)越的摩擦學(xué)性能。為豐富表面織構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域的研究，本文對影響織構(gòu)化表面潤滑減摩性能的表面織構(gòu)參數(shù)、組成表面織構(gòu)的微凹坑形狀、以及微凹坑排布形式等進行了較為系統(tǒng)的研究。

2、
　　 首先，在流體動壓潤滑條件下，基于Renolds方程建立了表面織構(gòu)的潤滑模型，并以此分析表面織構(gòu)參數(shù)、微凹坑形狀、以及微凹坑排布形式等對潤滑膜承載力的影響。然后，根據(jù)理論分析結(jié)果，進行了織構(gòu)化表面減摩試驗的設(shè)計及研究。試驗中選擇面.面接觸摩擦副為研究對象，并利用光刻微細電解加工方法加工織構(gòu)，試驗在往復(fù)式摩擦磨損試驗機上進行。
　　 在對表面織構(gòu)參數(shù)的研究中發(fā)現(xiàn)：對于圓柱形微凹坑，深徑比和面積率都是影響潤滑膜承載力的

3、重要因素。最優(yōu)微凹坑深徑比和最優(yōu)微凹坑面積率受到最小潤滑膜厚度的影響。該結(jié)論在試驗中得到了較好的驗證。在試驗所選擇的參數(shù)中，微凹坑直徑為200μm、深度為8～10μm、面積率為10.4％的織構(gòu)化表面，相比無織構(gòu)化表面表現(xiàn)出最優(yōu)減摩效果。
　　 在對微凹坑形狀的研究中發(fā)現(xiàn)：微凹坑形狀也是影響潤滑膜承載力的重要因素。在固定的微凹坑面積、深度和面積率下，不同的微凹坑形狀產(chǎn)生的潤滑膜承載力大小不同。在試驗所選擇的圓形、正方形和橢圓形微凹

4、坑中，長軸與潤滑劑速度方向垂直的橢圓形微凹坑總能使織構(gòu)化表面表現(xiàn)出最優(yōu)減摩效果，其次是正方形，再次是圓形。當(dāng)試驗載荷為200 N、曲柄轉(zhuǎn)速為200 r/min時，上述三種形狀的微凹坑織構(gòu)化表面最大減摩率分別為26.7％、21.8％和18.3％。
　　 在對微凹坑排布形式的研究中發(fā)現(xiàn)：改變微凹坑之間的相對位置同樣會影響潤滑膜承載力。與微凹坑正方形網(wǎng)格分布形式的織構(gòu)化表面相比，選擇合適的微凹坑排布形式可使減摩效果得到進一步提高。在研

5、究范圍內(nèi)，微凹坑橫向間距與縱向間距比值為1/3的織構(gòu)化表面所表現(xiàn)出的進一步減摩效果最為明顯。當(dāng)試驗載荷為200 N、曲柄轉(zhuǎn)速為400 r/min時，減摩率進一步提高了22.14％。
　　 部分織構(gòu)作為一種微凹坑排布的特殊形式，其潤滑減摩性能同時受到微凹坑參數(shù)、部分織構(gòu)位置、以及部分織構(gòu)率的影響。研究發(fā)現(xiàn)：只有當(dāng)微凹坑面積率大于10％時，部分織構(gòu)才可能體現(xiàn)出比全織構(gòu)更好的潤滑減摩性能。在所研究的入口邊界部分織構(gòu)、出口邊界部分織構(gòu)、