近年来机械工业的现代化水平高速提升,向着高速化、高精化、高效化、集成化、智能化等方向发展,因此,对机械设备的整机静、动态性能提出的要求也越来越苛刻。机床等机械设备中各个机械零部件之间存在着大量的结合面,机械设备整体刚度六成以上来自于结合面,且整体阻尼九成以上也来自于结合面,由此可见,机械结合面的静、动态接触特性对高端设备的制造精度及质量控制有着重要的学术研究意义和实际应用价值。以往学者们主要研究的是基于固-固结合面的特性参数,而对于实际工况下含有介质时的结合面研究相对较少。因此,本文针对有介质结合面,即固-液结合面,从理论与实验的角度出发,来研究该条件下的基础特性参数。法向静态条件下,从微观的单个密闭油坑和单个微凸体建模分析入手,通过随机表面的高度概率密度函数扩展到整个结合面上,得到法向静态理论模型;法向动态条件下,结合静态微凸体接触加卸载模型,并建立考虑表面粗糙度效应的流体挤压膜润滑模型,得到法向动态理论模型。主要研究内容如下。(1)在单粗糙平面假设下,根据膜厚比确定固-液结合面的润滑状态,然后基于Mechanical-rheological模型引出密闭油坑概念,将建立的静态条件下单个密闭油坑接触模型和微凸体弹性、弹塑性、塑性变形的接触模型并联连接扩展到整个结合面,得到固-液结合面静态接触模型。对理论模型进行Matlab仿真,得到各个参数之间的变化规律。仿真结果表明:固-液结合面无量纲法向接触特性参数之间的变化规律与固-固结合面趋势基本相同,接触面积和接触刚度随着接触变形量和接触载荷增大呈非线性增大;在相同的接触变形或接触载荷下,固-液结合面接触刚度在数值上大于固-固结合面,但接触面积小于固-固结合面;且在其他参数相同的条件下,润滑剂粘度越大,固-液结合面接触载荷、接触刚度越大,固体接触面积越小。(2)不同于法向静态条件下的固-液结合面接触模型,流体部分在法向动态条件下表现出挤压刚度和挤压阻尼。首先基于Reynolds方程建立考虑表面粗糙度影响的平均Reynolds模型,同时引入接触概率因子和结合面形状修正系数完善该模型。得到法向动态载荷下流体部分模型,为后续法向动态接触模型研究做好理论基础。(3)固-液结合面动态接触指的是在法向静态载荷平衡位置的基础上,施加一个法向的动态激振载荷,表现出法向的简谐动态位移△δ。对于固体部分,以结合面静态接触模型为基础,得到动态刚度的计算模型,再通过统计静态卸载时的接触载荷,结合能量法求得结合面法向动态的等效粘性阻尼。对于液体接触部分,通过求解上述流体部分模型的解析解,建立油膜的动态挤压刚度和挤压阻尼模型。最后通过Matlab仿真分析了固-液结合面在不同法向相对位移幅值、激振频率、接触载荷下的动态接触刚度和接触阻尼变化规律。研究表明:对于固-液结合面法向动态接触刚度,随预载荷增大表现出先减小后增大规律,与静态接触刚度相比,存在一个接触载荷临界点,小于该点动态接触刚度较大,大于该点静态接触刚度较大;随法向相对位移幅值增大而增大,低载荷时呈线性规律,高载荷呈非线性规律;随激振频率增大呈线性增大,且载荷越大,线性斜率越小。对于法向接触阻尼,随着法向相对位移幅值和接触载荷增大呈非线性增大,随着激振频率增大近似不变,仍表现微小减小趋势。油膜阻尼相较微凸体接触阻尼大一到两个数量级。(4)对固-液结合面法向静、动态模型进行实验验证。选择经过电火花加工处理得到粗糙结合面进行配对,并选用“昆仑天鸿机油”作为固-液结合面中的润滑剂介质。利用Leica白光干涉仪测量粗糙表面形貌,获取其中形貌参数值。通过实验获得的数据进行分析获得固-液结合面法向静态接触刚度与接触载荷、法向动态接触刚度和接触阻尼与预载荷、激振幅值、激振频率之间的变化规律,并将实验获得的结果和理论仿真结果进行对比分析。