方坑-半圆柱体叠加织构滑块润滑性能仿真与参数优化.pdf

第48 卷第1期2024年1月doi:10.11832/j.issn.1000-4858.2024.01.009方坑-半圆柱体叠加织构滑块润滑性能仿真与参数优化刘朝伟，杨发展，姜芙林2，黄珂，杨宇12（1.青岛理工大学机械与汽车工程学院，山东青岛2 6 6 5 2 0；2.工业流体节能与污染控制教育部重点实验室，山东青岛2 6 6 5 2 0）摘要：通过设计方坑-半圆柱体叠加织构，建立了不同面积占有率、不同深度、不同角度的方坑-半圆柱体叠加织构的流体动压模型，探索叠加织构不同几何参数对流体动压分布和油膜承载能力的影响。仿真结果表明：随着织构面积占有率的变化，方坑-半圆柱体叠加织构油膜承载能力呈先增加后减小趋势，织构深度对油膜承载能力的影响较小，具有一定倾角的织构能够提升滑块的动压润滑性能；当织构中方坑及半圆柱体深径比不变时，面积占有率为3 6%时流体动压效果较优，平均摩擦系数最小；在织构面积占有率不变时，深度为0.15 mm，织构倾角3 0 时动压效果较优，此时织构化滑块表现出优良的摩擦学性能。研究结果为进一步提升织构化特征滑块的润滑性能提供参考。关键词：叠加织构；几何参数；流体动压；承载能力中图分类号：TH137;TH117;TG71文献标志码：BSimulation and Parameter Optimization of Lubrication Performanceof Square Pit Half Cylinder Superimposed Texture SliderLIU Zhao-wei-2,YANG Fa-zhan-2,JIANG Fu-lin*2,HUANG Ke2,YANG Yul.(1.School of Mechanical and Automotive Engineering,Qingdao University of Technology,Qingdao,Shandong 266520;2.Key Laboratory of Industrial Fluid Energy Conservation and Pollution Control,Ministry of Education,Abstract:By designing the superimposed texture of the square pit and half cylinder,depth,and angle,the fluiddynamic pressure model is established for the superimposed texture of the square pit and half cylinder with differentarea occupancy,depth,and angle,exploring the influence of different geometric parameters of superimposedtexture on fluid dynamic pressure distribution and oil film bearing capacity.The simulation results show that as theoccupancy rate of the texture area changes,the load-bearing capacity of the oil film with the superimposed texture ofthe square pit and half cylinder first increases and then decreases,the influence of texture depth on the load-bearing capacity of the oil film is relatively small,the texture with a certain dip angle can improve the dynamiclubrication performance of the slider;When the depth to diameter ratio of the square pit and half cylinder remainsunchanged in the texture,the fluid dynamic pressure effect is better when the area occupancy rate is 36%,and theaverage friction coefficient is the smallest;When the texture area share remains unchanged,the dynamic pressure收稿日期:2 0 2 3-0 4-14基金项目：山东省自然科学基金（ZR2022ME081）作者简介：刘朝伟（19 9 8 一）,男，山东德州人，硕士研究生，主要从事刀具表面织构加工与摩擦磨损性能的研究工作。液压与气动Chinese Hydraulics&Pneumatics3文章编号：10 0 0-48 5 8(2 0 2 4)0 1-0 0 7 2-14Qingdao,Shandong 266520)修回日期：2 0 2 3-0 5-2 2Vol.48 No.1January.20242024 年第 1 期effect is better when the depth is 0.15 mm and the texture angle is 30,at this point,the textured slider exhibitsexcellent tribological performance.The research results provide reference for further improving the lubricationperformance of the textured feature slider.Key words:superimposed texture,geometric parameters,fluid dynamic pressure,carrying capacity引言一些学者的研究表明,表面织构在改善摩擦学性能方面有较为突出的优势 ,其主要原理是依赖于织构的存在，在接触摩擦副之间产生了流体动压效应 2-4,使原有的直接接触变为了间接接触,降低了相对运动的能耗。一些研究表明,摩擦副表面具有收敛楔，润滑油具有一定的黏度及流速是产生流体动压效应的必要条件 5-8 。王丽丽等 将轴承上植人复合织构，探究了复合织构不同排列方式的摩擦学性能,结果表明带有复合微织构的轴承具有更大的承载力,更小的摩擦系数,更佳的动压润滑性能；TAUVIQIRRAHMANM等 10 利用数值分析方法比较了边界润滑条件下植人织构的轴承与无织构轴承的承载能力大小，发现织构化轴承承载能力提高了7 5%；李少军等 建立了沟槽型织构的流体润滑数学模型，并利用超松弛迭代法求解网格区域内油膜的压力和剪切力，结果表明，深度较小的沟槽织构更适合大载荷的工况,此时油膜厚度增加,摩擦系数随之下降;MIWAR等 12 在润滑表面上创建了沟槽织构的数学模型,得出了沟槽织构分布的最优参数；崔增霸等 13 探究了织构化缸套表面的润滑油膜承载能力,结果表明,织构的直径大小对油膜承载能力的影响最大，并且织构的深度对提高油膜承载能力也有一定效果。同时通过查阅大量文献发现，目前对单一织构的润滑性能研究比较多而对叠加织构润滑性能研究很少。基于仿生学的观点，本研究利用MATLAB 和Fluent软件对仿生硅藻多孔的叠加织构进行仿真分析,设计第一层为方形孔，第二层为半圆柱体孔，通过研究织构不同面积占有率、不同深度及不同倾斜角度的变化,探讨织构间油膜压力和摩擦性能的影响,为今后在摩擦副之间植人合理的表面纹理特征以及探究其减摩抗磨方案提供参考。1几何模型的建立1.1表面织构几何模型设置滑块为刚性并简化为单元体织构、织构上层有一层厚度为1mm的油膜平面,油膜在平面上均匀分布,通过调整织构的面积占有率、深度以及倾斜角液压与气动度,研究油膜承载能力的大小及其摩擦学性能。控制第二层圆柱形织构深度不变,其面积占有率通过改变第一层方坑织构的宽度实现。建立的方坑-半圆柱体叠加织构单元体平面示意图及建立的模型如图1所示，不同面积占有率的织构计算公式如下：1=L,L,L1L2a）方坑-半圆柱体叠加织构平面示意图a)Schematic plan of square cylinder superimposed textureU流体域固体域b）单元体叠加织构三维线框图b)Three-dimensional wireframe of unit volume superimposed texture图1表面织构几何模型Fig.1 Surface texture geometric model其中，s1为方形面积占有率；1为半圆柱体半径；为织构相对于垂直于润滑油膜面的倾斜角度;L,为织构宽度;L为单元体的宽度;l为第一层织构的深度（对于第一层不同深度的织构分别用l1，l 2，l s,l 4表示）。模型假设：（1）润滑剂的体积与黏性力成正比，体积可以忽略不计；（2）由于不计体积的变化,因此润滑油膜厚度h不计压力变化；（3）忽略润滑剂运动时惯性力的影响,润滑剂为73LL(1)74不可压缩牛顿流体；（4）润滑剂在界面上对壁面无相对滑动,流动状态为稳态；（5）织构的深度远大于滑块表面粗糙度的变化，即设计表面光滑,不考虑粗糙度的影响；（6）允许有负压的情况出现。1.2表面织构数学模型根据摩擦副之间摩擦状态的不同,润滑分为流体润滑、边界润滑、混合润滑。本研究主要分析流体润滑的情况，因此模型采用流体连续介质的方程模型来进行表征，流体力学连续方程的形式：auw=0dtxdy由于润滑油为常密度牛顿流体，可简化为：au十xy在直角坐标系中,N-S方程的分量形式：uauP+u+Vay+Wtzuu)+儿十xQuauP+儿txayuu+(5)ay2yuuauP+tay+十本研究忽略惯性力的影响,最终简化表面织构流体动压润滑的雷诺方程如下：h3 p)36Uuayx式中，p一一润滑油密度u,U,w流体在t时刻在点（,y,z）处的速度分量P流体动压产生的油膜压力单位体积内润滑油受到的外力h-油膜厚度U流体在摩擦副间的流动速度u润滑油的动力黏度由织构模型得x方向任一点的油膜厚度：h(x)rho,+hx,x,yEh液压与气动式中,ho一一无织构区域的平均油膜厚度h一织构区域的平均油膜厚度单元体无织构区域2一单元体织构化区域对简化方程无量纲化处理：X=dY=Ydho+haH=dpho(2)6ULmo得出无量纲的雷诺方程：w=0auau+Wzau+W+ahx,yE2第48 卷第1 期(9)(3)aX(HP)xaYPdyH(10)aX通过对单元体表面的压力积分得出织构化滑块的表面附加载荷：F=PdA(4)其中，A为单元体的面积。通过对单元体表面剪切力积分，得出织构化滑块的表面的阻力：W=TdAA其中，无量纲化处理后的剪切力：nu+一hPh+2hax(6)T=6ULmo则有摩擦系数：(7)=F由式(14)可以看出,当润滑油膜表面有更小的平均无量纲剪切力和更大的平均无量纲压力时，润滑油膜表面具有更小的摩擦系数,织构化滑块的摩擦学性能更加优良，有利于提升织构化滑块的动压润滑性能。边界条件的建立：在单元体织构区域内部，设置前后界面为对称边界，下界面为固定壁面,接触面为固体上表面并将其设定为滑动壁面;周期性边界条件图如图2 所示。定义润滑油出人口压力恒为0,即：(8)x=0,L,P=0Ly=0,L,P=0(11)(12)hap6ULnoh+12ULodx(13)W(14)2024 年第 1 期入口：周期边界前后壁面：对称边界下壁面：无滑移边界图2 单元体织构周期性边界条件图Fig.2 Periodic boundary condition diagram ofunit volume texture为确定叠加织构造型单元尺寸的范围，通过控制单元坐标（xi,yi)来定义叠加织构的位置参数：+)-(xi-i)-h.hp(xi,yi)=h+2hpmax2hpmax其中：x+式中,h（i,yi）一叠加织构内部任一点的高度hi一一方坑的深度hpmax一叠加织构的最大深度1.3结果与讨论为定性表述不同参数叠加织构的润滑特性,在进行仿真运算前，在MATLAB中利用有限差分法对油膜压力的数值进行迭代求解，划分网格数为5 0 5 0,收敛误差为10-3,松弛因子为0.9,并设定初始压强为0.101MPa。图3 为不同面积占有率、不同深度及不同角度情况下无量纲油膜压力变化，可以看出不同参数的叠加织构均有2 个明显的压力峰值，即产生了二次动压效应，对于不同面积占有率的叠加织构，S1=36%时压力峰值最高，油膜承载能力最好；叠加织构深度的变化对油膜压力峰值的影响不明显；具有一定倾角的叠加织构能在一定程度上增加压力峰值的延续范围，在叠加织构面积占有率和深度一定的情况下，=30和=60压力峰值较高。为更好的探究不同几何参数织构化滑块摩擦学性能，可以从时域摩擦系数方面来进行解释,图4为时域摩擦系数分布及不同几何参数的织构化滑块的时域摩擦系数变化曲线，从图4a可以看出，织构化滑块摩擦系数大致呈先下降后上升的趋势，在织构化区域摩擦液压与气动上壁面：无滑移边界系数大幅降低，但在织构内部有两次明显的摩擦系数出口：周突增,这是由于润滑油在流经第二层织构时润滑油对期边界织构壁面的剪切力增加造成的,在出油口处时域摩擦U系数达到最低点，此时织构的动压效果最为显著；不同几何参数织构化滑块的时域摩擦系数变化曲线如图4b图4d所示，从图4b可以看出,S1=36%时在织构出油口处摩擦系数达到最小,在流经第二层织构时摩擦系数小幅增加，不同s,的织构化滑块在出油口处的摩擦系数均低于进油口处；从图4c中可以看出，当润滑油流经出油口时,l,=0.15 mm时油膜的摩擦系数最低,此参数下润滑油膜的动压效果最为明显；从图4d可以看出，当润滑油流经不同倾角的织构内部时，摩擦系数出现了上升、下降、再上升和再下降的趋势，其中=45时摩擦系数变化的幅度最大,导致其时域摩擦系数的均值增大，动压效果相应减弱，不同倾角织构在流经织构前和流经织构后其摩擦系数均低于=0时的织构，平均时域摩擦系数较=0时减小，使得(15)其摩擦学性能优于=0时的织构化滑块,=30和=60在流经织构内部时摩擦系数相差不大,=30的织构化滑块的平均时域摩擦系数最低,其摩擦学性能最为优良。为验证上述理论，下面结合仿真对其进一步研究。2不同几何参数得到织构化滑块仿真分析2.1不同面积占有率叠加织构润滑效应分析利用Fluent设置了6 种不同面积占有率的叠加织构模型,定义进出口边界条件,设置润滑油流动状态为稳态，由于叠加织构表面流体运动状态不规则，会产生涡旋现象，因此流体模型采用端流k-8模型,并进行网格划分；采用压力修正的SIMPLE算法，初始化完成后进行迭代直到收敛，润滑油参数及仿真设置参数如表1、表2 所示。表1润滑油参数Tab.1Lubricating oil parameters密度型号kg/m润滑油AGIPOTE46870表2 仿真参数设置Tab.2SSimulation setting parameters参数板长/mm数值5075黏度运动速度m/sm/s9.93 10-38送代步数收敛误差100103766种不同面积占有率压力云图如图5 所示，可以看出，不同面积占有率叠加织构正负压区在织构进出油口处分区明显，当润滑油从左向右流动时，织构进油口压力较小，出现明显的负压；出油口压力较大，出现了明显的正压;织构进出口壁面处正负压区呈椭圆状分布,高负压区位于第一层织构左壁面左侧的无织构区域，高正压区位于第二层织构内部右壁面左侧,这是由于在润滑油流经织构后产生了明显的动压润滑作用。油膜最小压力分布于叠加织构进油口附近，在出油口处压力抬升较快，单元体流体上表面受到向下的附加载荷的影响，润滑油由进油口流入叠加织构内部，此时织构相当于贮油池持续向出油口供油，使得出油口处局部区域压力抬升。可以看出当s1=36%时，织构出口处最高压力为1.8 13 10-3 MPa，此时油膜承载力最强；随着面积占有率的增加，最高压力值先增大液压与气动后减小，织构进油口负压值先减小后增加至某一值附近，当s1=25%时,负压值最小，织构发散间隙作用不明显,在织构进油口负压区影响作用弱，当s=36%时,负压值虽然有进一步的抬升，但压力最高值也增大,织构收敛间隙的影响较大。当s1在3 6%7 4%变化时，织构内部贮油量增加，但在半圆柱体织构内部和方坑织构出口处出现了最高压力值下降，这是由于出油口负压值增加过高，单元体织构负压区作用明显增强,此时织构的动压效果不足以弥补负压区作用的影响，织构动压润滑效应减弱。为了更好的观察流体在织构内部的流动状态，截取织构中间截面绘制流体流迹线，分析不同面积占有率情况下流场的变化情况，如图6 所示。不同面积占有率的织构流体的流迹线流动方向及成涡状况不同，图6 c图6 e在第一个漩涡形成后在下层织构处和第第48 卷第1 期0.91.40.80.80.70.60.60.50.40.40.20.305040302010a)s,=9%,l,=0.15 mm,=02.521.510.505040302010d)s,=36%,l,=0.15 mm,=02.521.5元10.5元5040302010g)si=36%,l=0.20 mm,=0120.80.5-0.600.4500.250403020103020103020100.80.80.60.40.2050405030400.120100b)s,=25%,l,=0.15 mm,=02.521.51.510.5050400.5504050400.60.4400.20.25030403020201010c)s,=31%,l,=0.15 mm,=01.51.510.500.550405030403020201010e)s,=52%,l,=0.15 mm,=02.521.50.5302010302010f)s,=74%,l,=0.15 mm,=002.52.521.510.55040302010h)s,=36%,l;=0.25 mm,=01.61.4120.80.60.450403020102.521.51.510.50.5505040403020100.22.521.5500.530402030102010i)s,=36%,l4=0.30 mm,=02024 年第 1 期液压与气动77983.5332.52211.5501405030402030102010j)s;=36%,l,=0.15 mm,=300.80.60.40.25040302010k)s,=36%,l,=0.15 mm,=453215040302010I)s,=36%,l=0.15 mm,=6032.5元21.5-10.5元5040302010m)s,=36%,l,=0.15 mm,a=90图3不同几何参数叠加织构油膜无量纲压力分布Fig.3Dimensionless pressure distribution of oil film withdifferent geometric parameters superimposed texture0.0080.0060.0040.0020.0005040302010a)时域摩擦系数分布a)Time domain friction coefficient distribution0.50.0100.0080.00610.0040.90.80.70.60.50.40.3500.24030201020301030102065432501102030400.0020.000-0.3-0.2-0.11./mmb）不同面积占有率织构滑块时域摩擦系数曲线b)Time domain friction coefficient curve of texturedsliders with different area occupancy rates0.10.01000.0080.0063.50.00430.0022.521.515040504000.00.10.15 mm-0.20 mm-0.25 mm-0.30 mm0.000-0.3-0.2-0.10.00.11./mmc）不同深度织构滑块时域摩擦系数曲线c)Time domain friction coefficient curves of0.5sliding blocks with different depth textures0.010r00.00830.0062.50.0040.0020.0001.5-0.3-0.2-0.111./mmd）不同角度织构滑块时域摩擦系数曲线d)Time domain friction coefficient curve of0.5sliding blocks with different angles of texture图4织构化滑块时域摩擦系数分布及0不同几何参数时域摩擦系数曲线Fig.4Time domain friction coefficient distribution oftextured slider and time domain friction coefficientcurves with different geometric parameters0.20.30.20.3030450609000.00.10.2 0.378液压与气动第48 卷第1 期PressureContouri1.378e+0031.198e+0031.018e+0038.376e+0026.576e+0024.775e+0022.975e+0021.175e+002-6.258e+001-2.426e+002-6.027e+002-4.227e+002-7.827e+002-9.628e+002-1.143e+003PaPressureContouri1.813e+0031.547e+0031.281e+0031.015e+0037.487e+0024.827e+0022.167e+002-4.927e+001-3.153e+002-5.812e+002-8.472e+002-1.113e+003-1.379e+003-1.645e+003-1.911e+003Pa一层织构右侧分别形成两个漩涡，图6 c和图6 e底部漩涡流迹线较为稀疏，而图6 d底部漩涡流迹线较为密集，但其分布第二层织构处，流体在流动过程中能量散失较少,对动压效应的影响小,且第一层织构左侧流迹线较稀疏，流体流动的能量转化为流体流向壁面的冲量较少，导致叠加织构表面油膜最大承载能力提升，动压效果优良；图6 b和图6 f底部有形成新漩涡的趋势但尚未完全形成新的漩涡，部分能量转化为形成漩涡的能量较多,流体动压效应减弱，动压效果不如图6 c图6 e;图6 a下层织构的中部形成了第二个漩涡,并且漩涡内部的流迹线较为密集，流体流动的大部分能量转化为形成漩涡的能量，动压效应最弱。为了更好的分析油膜承载性能，引人某一位置处动压值作为表征油膜承载能力的指标 14-16 ，绘制不同面积率叠加织构中心线不同位置处润滑油膜压力变化曲线及润滑油膜最大压力图，如图7 所示,其中l为润滑油膜上某点与x轴的距离。可以看出,润滑油膜的最大承载能力呈先增大后减小的趋势，从选择的参数对比来看，S1=36%时油膜承载能力最好，此时叠加织构负压区作用效果最弱,压力抬升能力增强,随着织构面积占有率的增加，织构的负压区作用效果明显，减缓了织构的压力抬升能力,研究结果与文献 17 的研究结果相近。PressureContour11.615e+0031.365e+0031.115e+0038.643e+0026.141e+0023.639e+0021.137e+002-1.365e+002-3.867e+002-6.369e+002-8.871e+002-1.137e+003-1.388e+003-1.638e+003-1.888e+003Paa)s,=9%PressureContour11.795e+0031.527e+0031.259e+0039.907e+0027.227e+0024.547e+0021.866e+002-8.138e+001-3.494e+002-6.174e+002-8.854e+002-1.153e+003-1.421e+003-1.689e+003-1.958e+003Pad)s,=36%图5 叠加织构不同面积占有率油膜压力分布云图Fig.5 Distribution cloud chart of superimposed texture under different area occupancy pressure的动压效果大幅下降。2.2不同深度叠加织构润滑效应分析为探究不同深度叠加织构动压润滑作用效应的影响，取油膜最大承载能力时的面积占有率，设置第一层织构深度分别为l=0.20mm,l,=0.25mm和l4=0.30mm,分析其润滑油膜承载能力大小。由前面的数值计算得出，不同织构深度对油膜压力效果不明显，因此,为更好的分析润滑油在织构内部的流动状态,采用不同深度叠加织构的流迹线分布云图对其进行研究。流迹线分布云图如图9 所示。不同深度的织构流体的流动状态和成涡状况大致相同，但第一层织构及底部漩涡流迹线分布疏密程度不同。图9 a中织构中部位置大量流迹线流向壁面，流体流动损失了较多能PressureContour11.684e+0031.426e+0031.168e+0039.096e+0026.513e+0023.930e+0021.347e+002-1,235e+002-3.818e+002-6.401e+002-8.984e+002-1.157e+003-1.415e+003-1.673e+003-1.932e+003Pab)s;=25%PressureContour11.777e+0031.519e+0031.260e+0031.002e+0037.436e+0024.852e+0022.267e+002-3.168e+001-2.901e+002-5.485e+002-8.069e+002-1.065e+003-1.324e+003-1.582e+003-1.841e+003Pae)s;=52%为进一步探究不同面积占有率下油膜的动压特性,通过仿真得到不同面积占有率下润滑油膜的平均剪切力、平均压力、平均摩擦系数，如图8 所示。如图8a所示，不同面积占有率织构油膜平均剪切力变化较为平稳，而油膜平均压力变化较为明显，当si=36%时油膜具有较高的平均压力和较低的剪切力,这对提升油膜动压特性是有利的;从图8 b中也可以看出，当s1=36%时具有较小的平均摩擦系数,且摩擦系数随s1的增加呈现出先减小后增加的趋势，当s过大时，滑块的平均摩擦系数远大于其他几种情况，织构化滑块c)S,=31%f)S.=74%2024 年第 1 期velocityStreamline11.015e+001液压与气动Velocity,Streamline11.095e+001797.616e+0008.212e+0005.077e+0005.475e+0002.539e+0002.737e+0000.000e+000m sA-1Velocity.Streamline11.131e+0010.000e+000ms-1aS,=9%b)S,=25%VelocityStreamline11.127e+0018.486e+0008.451e+0005.657e+0005.634e+0002.829e+0002.817e+0000.000e+000ms-1VelocityStreamline11.108e+0010.000e+000msA-1)S,=31%VelocityStreamline11.073e+001d)s,=36%8.309e+0008.049e+0005.539e+0002.770e+0000.000e+000msA-1Fig.6Cloud map of internal flow trace distribution in textures with different area occupancy rates1.510-31.00.50.00.5-1.0-1.5-2.0-0.03-0.02-0.011./mma）单元体织构不同位置处润滑油膜压力变化曲线a)Change curve of lubricating oil film pressure atdifferent positions of unit textureFig.7Pressure change curve and maximum pressure graph of unit texture lubricating oil film5.366e+0002.683e+0000.000e+000ms-1e)s,=52%图6不同面积占有率织构内部流迹线分布云图2.010-31%34%0.000.01图7 单元体织构润滑油膜压力变化曲线及最大压力图f)S;=73%1.8edN/d1.61.41.20.020.039%25%31%36%52%74%Sb）单元体织构润滑油膜最大压力图b)Maximum pressure diagram of lubricating oil film800.510-30.4ed/0.30.20.10.09%25%31%36%52%74%SIa）不同面积占有率油膜的平均剪切力和压力a)Average shear force and pressure of oil film withdifferent area occupancy rates0.0300.0250.020F.0.015F0.0100.0050.0009%25%31%36%52%74%S1b）不同面积占有率油膜的平均摩擦系数b)Average friction coefficient of oil film withdifferent area occupancy rates图8 不同面积占有率下油膜的平均剪切力、压力及摩擦系数Fig.8 Average shear force,pressure,and frictioncoefficient of oil film under different area occupancy rates量；图9 b中底部漩涡流迹线分布较为密集，流体流动能量损耗较多,弱化了织构的动压效果；图9 c中织构中部位置流迹线分布较为稀疏，动压效果也会相应减弱。为进一步说明不同织构深度下润滑油油膜承载能力,绘制不同深度叠加织构中心线不同位置处润滑油膜压力变化曲线及最大压力图，如图10 所示。从图10a可以看出，不同深度叠加织构不同位置处压力差别很小，仅在织构出油口处有细微差别，当l=0.15mm时,出油口动压值略高于其他3 种情况，从图10b对比来看,当l=0.15mm时,油膜的最大压力值最高,其他3 种情况最高压力值均出现不同程度的下降，这与负压区的增加有关。为进一步探究不同深度下油膜的动压特性，通过仿真得到不同深度下润滑油膜的平均剪切力、平均压液压与气动平均剪切力Velocity,Streamline11.160e+001平均压力8.700e+0005.800e+0002.900e+0000.000e+000ms-1VelocityStreamline11.184e+0018.879e+0005.919e+0002.960e+0000.000e+000ms-1VelocityStreamline11.173e+0018.797e+0005.865e+0002.932e+0000.000e+000msA-1图9不同深度织构内部流迹线分布云图Fig.9Cloud map of flow trace distribution atdifferent depths in cross sections力、平均摩擦系数,如图11 所示。如图11a所示,油膜的平均剪切力值稳定在0.3 410-3 MPa左右，无明显变化,油膜的平均压力较l均出现不同程度的下降，当l4=0.30mm时,油膜的平均压力最小,因此当l=0.15mm时油膜的动压特性最优；从图11b也可以看出,不同1的织构化滑块平均摩擦系数的变化相差不大，平均摩擦系数变化呈先下降后上升的趋势，当l=0.15mm时平均摩擦系数最小,织构化滑块的动压特性最优。2.3不同角度叠加织构润滑效应分析考虑到不同几何参数的织构化滑块在摩擦过程中,滑块表面织构不同的排布形式会对润滑油膜的承载能力产生一定的作用,因此设置了一定倾斜角度，通过改变其与润滑油流速的倾角来改变凹坑的排列形式,变化的范围为0 9 0，由于前面确定了叠加织构第48 卷第1 期a)l2=0.20 mmb)l,=0.25 mmc)l=0.30 mm2024 年第 1 期10-31.51.00.5edNd0.0-0.5-1.0-1.5-0.03a）单元体织构不同位置处润滑油膜压力变化曲线a)Change curve of lubricating oil film pressure atdifferent positions of unit texture2.010-31.81.61.41.20.15b）单元体织构润滑油膜最大压力图b)Maximum pressure diagram of lubricating oil film图10 单单元体织构润滑油膜压力变化曲线及最大压力图Fig.10 Pressure change curve and maximum pressuregraph of unit texture lubricating oil film的最优几何参数，因此在深度l=0.15mm和最佳面积占有率S1=36%前提下进行研究。设定为0，30，45，6 0，9 0，不同倾斜角度织构压力分布情况如图12 所示，可以看出，=30和=60时，高负压区分布范围小，即进油口处负压减小，发散间隙作用较弱,此时,织构出口处的动压效应均高于其他3 种倾斜角度的织构。造成上述结果原因是,=30和=60时叠加织构进出油口直线距离变大，导致润滑油流经路径的横截面积变大,压力峰值有更长的延续范围，出油口动压效应增强，但=30的织构最高压力值略高于=60的织构,这与发散间隙与收敛间隙的分布有关；其他倾角由于发散间隙较大，发散作用明显，高负压区分布区域较为广泛,织构的动压效应降低，当=45时润滑油流经的横截面积过大,织构进口处形成2个明显的负压区，其负压效应过大导致织构出口动压液压与气动+15mm0.50X10-320 mm25 mm一30mm-0.020.000.01-0.011./mm0.200.251/mm810.45+平均剪切力0.40一平均压力0.350.30edN/d0.250.200.150.100.050.000.020.030.3011.01.5a）不同深度油膜的平均剪切力和压力a)Average shear force and pressure of oil film withdifferent area occupancy rates0.0080.0070.0060.0050.0040.0030.0020.0010.000b)Average friction coefficient of oil film withdifferent area occupancy rates图11不同深度下油膜的平均剪切力