表面织构对滑动轴承混合润滑特性的影响

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以往对滑动轴承润滑性能的计算主要基于轴和轴承处于动压润滑状态，不需考虑表面粗糙度的影响。但实际上任何表面都存在着或大或小的表面粗糙度，当两润滑表面之间的润滑油膜非常薄时，就需考虑表面粗糙度对摩擦系统润滑性能的影响。如柴油机的主轴承、活塞销轴承等，由于其工作条件较为苛刻，当流体动压不能充分平衡施加在轴承上的载荷时，就会产生粗糙峰接触，建立轴承润滑模型就需考虑表面粗糙度的影响。

文献[1]用 Christensen的随机模型对有限长收稿 日期：2012-06-27；修回日期：2012-08-07作者简介：雷渡民(1982-)，男，陕西渭南人，硕士研究生，主要研究方向为轴承润滑应用。

动载粗糙轴承进行了润滑分析，推导出纵向粗糙型和横向粗糙型的Reynolds方程和相应承载力流量系数、摩擦因数公式，对有限长径向轴承的两种粗糙型Reynolds方程用差分方法进行数值求解，得到了表面粗糙度对轴承承载力、流量因数和摩擦因数影响的图表及-定工况下保证轴承处于完全流体动压润滑时轴颈与轴承表面粗糙度的临界值。文献[2]基于弹流润滑理论、平均流量模型及微凸峰接触理论，对发动机活塞销轴承的混合润滑进行了研究，结果表明：活塞销轴承在发动机工作循环压缩冲程后半段到排气冲程的前半段时间内，处于混合润滑状态。文献[3]以某型四缸发动机为例，针对该型发动机曲轴第5主轴承的烧瓦现象，考虑了轴承表面粗糙度、空穴现象、弹性变形以及润滑油黏压效应等影响因素，对曲轴主轴承分别进行弹性流体动压润滑和热弹性流体动压润滑数值模拟。在计算得到曲轴主轴承润滑性能雷渡民，等：表面织构对滑动轴承混合润滑特性的影响 ·37·参数的基础上，分析产生磨损的原因，并提出相应的改进方案。

表面织构技术又称表面微造型技术，在农业工程领域又称之为仿生非光滑表面，是在表面加工具有-定形状和分布的凹坑和微小沟槽的点阵，可改善轴承润滑和摩擦磨损性能，延长使用寿命。目前对于表面织构改善动压润滑性能的研究较多 ，但对改善混合润滑状态性能的研究较少，文献[5]虽建立了考虑表面粗糙度影响的表面织构最优参数设计模型，但该模型主要针对-个凹坑，其边界条件也只针对-个凹坑，而对于真实接触情况，每个织构的边界条件并不会完全相 同。

文献[6]通过考察人口处织构对无限宽平板影响时发现：只考虑-个织构单元的边界时织构效应为正，但采用无限宽平板整个边界的影响时织构效应为负。因此下文建立了带有表面织构的滑动轴承混合润滑模型，并考虑了轴承的整个边界条件，考察了综合表面粗糙度和织构参数对滑动轴承(在混合润滑状态下)性能的影响。

2 数学模型2.1 表面织构滑动轴承混合润滑模型带有织构的刚性径向滑动轴承工作在稳态条件下，如图 1a所示，r为轴颈半径， 为轴承宽度，轴沿圆周方向，Y轴沿轴线方向，Z轴为液膜厚度方向。圆柱形凹坑织构布置在轴承表面，每个凹坑半径为rp，深度为h ，位于假想的边长为L XL 正方形控制单元的中央，如图 1b所示，则有罟， (1)式中：S。为凹坑的面积比。

(a带织构滑动轴承 (b)织构参数图1 带有织构的径向滑动轴承以下分析基于下列基本假设：(1)润滑剂为Newton流体，黏度和密度保持不变；(2)流动为层流，忽略惯性力作用；(3)沿润滑膜厚度方向不计压力的变化；(4)与液膜厚度相比，轴承表面曲率半径很大，忽略液膜曲率影响。

文献[7]针对等温条件下不可压缩流体三维粗糙表面的动压润滑问题，推导出平均 Reynolds方程( h3 ) ( h3 ) 6 (鲁鲁 2 鲁， (2)式中：叼为流体润滑剂黏度； 为平均流体压力；U为轴运动速度；h 为实际油膜厚度；h为名义油膜厚度；or√ ；为表面粗糙度综合均方根值；， ：分别为轴和轴承表面粗糙度均方根值；， 分别为 ，Y方向上的压力流量因子； 为剪切流量因子。代人接触因子 ，有a T。- Oh OhT-OhT Oh- .aOx - Oh Ox - Ox a T a T a aOt - Oh Ot - Ot。

将其无量纲化，在不考虑时间的影响下 Reyn-olds方程可变为未( OP)( ) ( OP)3(oc OH )。 (3)其中无量纲参数为 旦，0 x，A ，H 旦，oror，P 卫，(4)式中：C为轴与轴承的半径间隙； 为相对间隙；P。2 。流量因子和接触因子参数可见文献[7]。

对于光滑表面轴承，两表面间所形成的名义液膜厚度为。lh1 c0s 0， (5)式中： 为偏心率， e/c；e为偏心量。

对于带有织构的轴承，织构深度为 h ，其无量纲深度 Hphp/c，两表面问所形成的无量纲名义液膜厚度如图 lb所示。

HHsmoth ，织构区域外。 (6)日 日。。 ，织构区域内边界条件采用Reynolds边界条件：轴向P( ，-导)：P( ，睾)：0；《轴承2013.No.2圆周方向P(O，Y)P(2，r，Y)0，油膜破裂处 P( )0， OP0。

2.2 轴承的承载力昆合润滑状态下轴承的承载力 分为两部分，即油膜承载力 和微凸峰接触承载力 ， ( 洲 r 删 )。 (7)对于微凸峰接触承载力 ，本例采用文献[8]提出的粗糙峰接触模型来考察粗糙峰承载力的大校假设表面粗糙峰高度为Gauss分布，则在弹性变形条件下，粗糙峰的平均接触载荷为P。 E F2 5(Ao)，盯( √吾。