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本文围绕面接触流体动压润滑中的几何形貌效应,开展了相关的试验和理论研究。使用课题组研发的微型滑块面接触润滑油膜测量系统,研究了表面凹槽等几何形貌效应对固定倾角滑块产生的流体润滑油膜厚度的影响,并对试验过程中产生的气穴现象进行了直接观测。同时,开发了考虑气穴效应的润滑数值计算程序,对试验结果进行了理论分析。完成的工作包括: (1)常见的面接触摩擦学试验装置主要针对摩擦力和磨损进行测量。为了研究面接触条件下的油膜厚度及其影响因素,课题组自主研发了能实现倾角固定的面接触润滑油膜测量系统。该系统以固定倾角的静止滑块和旋转玻璃盘平面组成润滑副,使用光干涉方法实现油膜厚度的精确测量。应用该系统试验研究了界面润湿性对油膜润滑的影响,初步验证了系统膜厚测量的可靠性。通过理论分析,说明了油膜厚度仅与滑块中心的滑动速度相关,不受圆盘旋转的影响,为试验中滑块定位和速度选取的简化提供了理论依据。 (2)采用普通的高斯-赛德尔迭代和多重网格法对面接触流体动压润滑问题进行了求解。结果表明,对于理想光滑表面滑块和带有表面凹槽的滑块,可以使用普通的高斯-赛德尔迭代。但在分析具有表面波度的平行阶梯轴承时,高斯-赛德尔迭代在收敛方面遇到问题,必须采用多重网格法求解。 (3)针对不同形状的表面凹槽,通过测量油膜厚度与速度、油膜厚度与载荷关系曲线,揭示了它们对油膜厚度的影响。特别地,低膜厚条件下凹槽并非总对润滑有利。将表面凹槽滑块试样的试验结果与基于Christopherson算法的Reynolds数值解进行对比,发现当气穴发生时,经典Reynolds解的误差偏大。 (4)采用满足质量守恒原理的Vijayaraghavan-Keith气穴模型,编制了润滑数值分析程序,研究了表面凹槽对滑块润滑性能的影响。通过与他人解析解的比对,验证了算法的正确性。通过对比试验膜厚与数值膜厚,提出了确定体积弹性模量和气穴负压值的新方法。结果表明,该方法可估算出合理的体积弹性模量和气穴负压值,并用于Vijayaraghavan-Keith模型的计算。与基于Christopherson算法的经典Reynolds解相比较,Vijayaraghavan-Keith数值解在处理气穴问题时,更接近实测结果。 (5)在阶梯型平行滑块润滑油膜测量中,发现了低速时油膜厚度-速度曲线偏离经典润滑理论的反常现象。基于气穴观察,把该反常现象归因于加工表面形成的不平度诱发的局部流体动压效应而产生的结果。该不平度效应和传统的滑块阶梯效应在膜厚-速度曲线上对应不同的区域。低膜厚时,表面不平度起重要作用;高膜厚时,滑块的阶梯发挥作用。在两区域之间存在明显的过渡区,不平度效应和滑块的阶梯效应均产生作用。通过正弦形式的表面不平度,对试验现象进行了数值计算,理论结果和试验有较好的一致性,从而证实了理论推测。