非直接接触式旋转界面之间的粘性流体形成的油膜,使旋转界面不易磨损且运转平稳,广泛应用于机械密封,流体传动和仿生学领域。研究表明,在旋转表面引入特定织构可有效改善摩擦润滑性能。然而,织构边界对流场压力扰动会引起油膜空化油膜稳定性。本文以表面织构后旋转摩擦副间油膜为研究对象,从理论和试验两方面对油膜剪切空化研究,分析空化效应对油膜润滑性能和传动性能的影响,主要内容如下:建立了光滑摩擦副间油膜模型,建立了油膜承载力模型和传递转矩模型;基于分布解析法求得流场流速和压力解析解,发现油液周向流动只与摩擦片转速有关,径向流动受入口压力、离心力和惯性力的共同作用,其中离心力影响最为显著;同时离心力导致了油膜收缩,在入口压力为0.28 MPa时导致油膜收缩最小转速为5398 rpm,为保证油膜完整性需要实时调节油液入口压力。利用有限差分算法对织构后摩擦副间流场求解,分析油膜速度场和压力场,并预测油膜剪切空化初生位置,结果表明:非织构区域流速和压力分布与无织构油膜类似,织构凹坑边界对流速和压力扰动极大,低织构时,空化主要发生在分布于油膜外径处的织构凹坑内,高织构率时,空化沿着织构边界向非织构区域扩散。建立了油膜流场的瞬态三维CFD模型,仿真模拟常见类型织构(六面体、圆柱、半球织构)空化形态演变过程,结果表明:空化位置与空化初生预测相同;空化泡生长极为迅速,在0.015 s时间空化区域迅速增大,并且空化发展与溃灭同时进行;空化效应减小了低压峰值,增加了油膜承载力;六面体织构油膜呈现出最优的润滑与传动性能,织构率为12.917%时,承载力增加25.8%;单个织构凹坑内气液两相流速的大小方向均相同,验证了油膜剪切空化气体源自于油液的相变。设计并搭建了流场可视化试验装置,采集油膜变化形态和传递转矩值。试验发现无织构油膜不发生空化,织构后油膜转速增高,空化泡由小结构生长为高亮狭长形圆弧大结构气泡,空化产生过程中伴随着空化泡溃灭;相比较无织构油膜,高转速时,空化剧烈并产生油膜收缩,转矩值有所降低。