计入粗糙度的织构化轴承润滑特性理论与试验研究

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滑动轴承以其高承载能力、高刚度、高回转精度和较低的摩擦因数,广泛用于高速重载高精度的旋转机械中。在滑动轴承加工制作中轴瓦表面常产生不规则表面形貌,主要表现为粗糙度和表面微凹坑等,合理控制其形状、尺寸参数是降低对滑动轴承摩擦学特性影响的关键因素。在表面形貌的深入研究中发现,在摩擦副承载域表面制备一系列规则的织构能够实现滑动轴承的减摩效果。本文在流体动压润滑理论基础上,以耦合粗糙度的织构化动压滑动轴承为研究对象,基于随机纵向粗糙模型建立了含有正方形微织构的动压轴承理论模型,采用有限差分法求解Reynolds方程。建立静动特性的计算公式,并对织构区域膜厚突变进行织构边界处理。针对光滑、含单一粗糙度、含单一微织构的轴承以及耦合粗糙轮廓的织构化轴承,分析其润滑特性的影响,计算得到了四种表面形貌因素条件下的动压轴承的静、动特性以及稳定性变化规律。计算结果表明:(1)小偏心工况下单一计入织构化轴承比光滑轴承的承载力有所提升;摩擦阻力和端泄流量随偏心率的增大而缓慢增加。(2)计入粗糙度的织构化轴承承载力随偏心率变大而增加,且偏心率越大承载提升效果越显著;摩擦阻力和端泄流量也随偏心率变大而显著增大,同时也伴生了温升。(3)微织构深度和表面粗糙度参数是影响轴承特性主要因素,计入粗糙度的织构化动压轴承随粗糙度参数的变化可大幅提高其承载力;随着织构深度的增加其当量油膜厚度有所增加,摩擦力也得以改善。实验研究中讨论了不同加工方式形成表面形貌的机理,采用两种加工方式制备了两类轴瓦表面形貌试件,并进行了表征。通过超声振动辅助加工方式获得的摩擦副既均化了粗糙波峰又形成有规则纹理的表面微织构,应用激光刻蚀加工手段制备出多尺度的轴瓦表面织构。在考虑不同粗糙度和微织构参数的条件下,针对动压滑动轴承摩擦特性进行了实验研究;经过分析对比其结果与理论计算规律一致。研究中获得了有益工艺参数和实验结果,为进一步探究滑动轴承表面形貌对摩擦学特性影响提供了参考。
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