摩擦副初始表面相对滑动时,存在摩擦信号、温度和磨损率的短暂变化,并伴有弹性和塑性变形、工作硬化、碎屑堆积、界面转变和晶体排布方向的变化,这个过程为磨合。磨合对摩擦系统稳定运行和延长使用寿命具有重要意义,研究人员试图解释复杂的摩擦行为并实现磨合的主动设计。磨合过程中的摩擦信号和磨合表面具有明显的分形特征。本文基于分形理论开展了柴油机主轴承三级磨合工况的优化设计研究,实现磨合质量的定量描述,丰富非线性理论,为磨合工况设计提供理论依据。合理采样长度是计算摩擦信号和表面形貌分形维数的基础。采用Weierstrass-Mandelbort（W-M）分形函数生成不同采样长度的表面轮廓曲线,对具有确定分形维数的W-M曲线和摩擦信号,使用均方根测度法（RMS）进行不同采样长度下分形维数的计算。随着采样长度的增加,双对数曲线波动幅度逐渐减小,无标度区间的线性度逐渐提高。计算分形维数随着采样长度的增大而增大,增长率逐渐减小,最终趋于饱和。为了准确计算分形维数,摩擦信号采样长度应在8000点以上。进行不同润滑状态下柴油机主轴材料45#钢和主轴承材料巴氏合金磨合条件的试验研究,发现巴氏合金的磨损形式以磨粒磨损和粘着磨损为主,伴随着疲劳点蚀和氧化磨损。不同工况下的摩擦信号稳定度具有明显差异。干摩擦情况下,难以完成磨合。贫油润滑时,低载高速下可以磨合,高载高速下难以进行稳定的磨合。富油润滑下,所采用的载荷和速度范围内均能磨合,但磨合后的稳定性不同。高载低速和低载高速的工况更易获得稳定的磨合。研究了富油润滑下影响磨合的主次要因素,采用响应曲面法（RSM）建立三级磨合时摩擦信号分形维数D_cof和销表面形貌分形维数D_s的预测模型,以及总磨合时间T_total的预测模型。结果表明第三阶梯磨合时间T₃、第二阶梯磨合时间T₂和第三阶梯滑动速度V₂对摩擦信号分形维数的影响较大,第二、三阶梯载荷P₂、第一、二阶梯载荷P₁和第二阶梯磨合时间T₂对销表面形貌分形维数的影响较大,第一阶梯磨合时间T₁对两者的影响均为最小。以磨合表面质量好、磨合信号稳定性强和磨合时间短为优化目标,开展多目标优化设计,提出三级磨合参数选取原则:第一阶梯载荷较大,速度和磨合时间较小;第二阶梯载荷和速度较小,磨合时间的选择区间较大;第三阶梯载荷、速度和磨合时间较小。最优磨合参数集为三级磨合的优化设计提供参考,可以根据不同的优化主目标进行磨合参数选择。