圆柱形微凹坑表面织构对流体动压润滑性能的影响

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1、第42卷第2期2010年4月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics＆AstronauticsV01．42No．2Apr．2010圆柱形微凹坑表面织构对流体动压润滑性能的影响于海武王晓雷孙造袁思欢(南京航空航天大学机电学院。南京，210016)摘要：通过建立具有规则圆柱形微凹坑分布的表面织构流体动压润滑模型，分析了微凹坑几何参数及截凹坑分布形式对流体动压润滑性能的影响。研究结果表明：在微凹坑直径及深径比不变时．存在最优的微凹坑面积率，约为30％；在微凹坑分布密度不变时，存在最优的深径比，约为0．027．在此最优微凹坑面积率及深

2、径比下，本文创新性地通过优化微凹坑的分布形式。进一步提高了润滑膜承载力21．7％。研究结果对进一步的研览工作提供了理论依据，具有指导意义。关键词：表面织构；几何参数；分布形式；承戴力中图分类号：THll7文献标识码：A文章编号：1005—2615(2010)02—0209—05TheoreticalAnalysisonHydrodynamicLubricationofCylinderMicro-dimpleSurfaceTextureYuHaiwu，WangXiaolei，SunZao，YuanSihuan(CollegeofMechanicalandElectricalEngine

3、ering。NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016．China)Abstract：Atheoreticalmodelisestablishedtoinvestigatethegeometricparametersandarrangementpatterneffectofcylindermicro—dimplesurfacetextureonthehydrodynamicpressuregeneratedbetweenconformalcontactingsurfaces．Withotherfixedpara

4、meters，theoptimumgeometricparametersaredis—coveredasfollows：thearearatioiS30％，andtheratioofthedepthtothediameteris0．027．Whentheseoptimumparametersareselected，thefluidloadcarryingcapacityincreases21．7％inthecaseoftherationaltexturalpattern．Keywords：surfacetexture；geometricparameters；arrangementpa

5、ttern；loadcarryingcapacity机械系统的摩擦学性能对提高其承载能力和服役寿命至关重要，减小摩擦磨损已成为保护环境、提高效率的迫切需要。近半个多世纪以来，科学家们在流体动力学、减摩及耐磨材料、表面镀层、润滑油和减摩添加剂方面已取得巨大进展。相对而言，摩擦副表面的物理和化学结构的设计仍是一个薄弱环节。表面织构，即在摩擦副表面上加工出具有一定尺寸和排列的微坑或微沟槽，已被证明是改善表面摩擦学特性的一种有效手段[1≈】，其原理是利用微坑或微沟槽产生的流体动压等润滑效果降低摩擦，提高表面承载力。通过人工表面织构改善表面摩擦学特性的设计思想源于20世纪60年代，Hamilt

6、on[*]等提出了利用表面微凸起来产生附加动压润滑效果的想法，即微凸起的一边与摩擦副的另一面之间形成收敛基金项目：国家高技术研究发展计划(“八六三”计划)(2006AA042321)资助项目；国家自然科学基金(50675101)资助项目。收稿日期：2009—08一lOs修订日期：2009—11—26作者简介：于海武，男，博士研究生，1982年11月生；王晓雷(联系人)．男，教授，博士生导师，E—mail：xLwang@nuaa．edu．cn．210南京航空航天大学学报第42卷楔而产生流体动压力，而微凸起的另一边的发散楔产生的负压由于气穴的产生而得到了限制，最终为相对滑动表面产生了额外

7、的承载能力。同世纪90年代，EtsionEl4]利用激光技术在机械密封表面加工出规则排布的微凹坑进行研究。研究结果表明，经过激光微坑造型端面的机械密封，可以产生流体动压开启力和具有一定刚度的流体膜，使密封面形成非接触。在相同工况下，与接触式机械密封相比，减小了摩擦副的摩擦力转矩、表面温升和磨损率。随着加工技术的发展，表面织构在计算机硬盘、轴承和密封、发动机系统中已得到了成功的应用。1991年，RanjanCs3采用激光技术在计算机硬盘盘片的起动停止区加工了