微织构特征对径向滑动轴承动特性的影响

第33卷第6期中国表面工程Vol．33No．62020年12月CHINA SURFACE ENGINEERINGDecember 2020收稿日期：2020-09-05；修回日期：2020-11-15通信作者：杨建玺（1958—），男（汉），教授，博士；研究方向：表面织构加工与摩擦学；E-mail ：9901450@haust．edu．cn 基金项目：国家科技重大专项项目（21010098）；河南省科技攻关计划项目（162102210048）；河南高性能轴承技术重点实验室开发项目（2016ZCKF02）Fund ：Supported by National Science and Technology Major Project （21010098），Key Technologies R ＆D Program of Henan Province（162102210048）and Key Laboratory of High Performance Bearing Technology of Henan Province （2016ZCKF02）引用格式：毛亚洲，杨建玺，徐文静，等．表面织构对动压滑动轴承摩擦学性能的影响［J ］．中国表面工程，2020，33（6）：47-57．MAO Y Z ，YANG J X ，XU W J ，et al．Effects of surface texture on tribological properties of hydrodynamic journal bearing ［J ］．China Surface Engineering ，2020，33（6）：47-57．doi ：10.11933/j．issn．10079289.20200905001表面织构对动压滑动轴承摩擦学性能的影响毛亚洲1，杨建玺1，徐文静2，金乐佳1（1．河南科技大学机电工程学院，洛阳471003；2．洛阳铁路信息工程学校电气工程系，洛阳471900）摘要：为了探究表面织构对动压滑动轴承摩擦学性能的影响，基于自研的摩擦磨损试验机对BY-BDB 型三维光纤激光织构机加工的表面织构动压滑动轴承摩擦学性能影响进行研究。

圆形微凹坑织构对动压滑动轴承润滑性能的影响滑动轴承是支撑轴类零件并使承载面间能作相对滑动的重要机械元件。

滑动轴承的摩擦磨损是影响轴承寿命、轴承工作效率的重要因素。

表面织构技术对降低缸套、活塞环、轴承和刀具等接触润滑表面的摩擦、磨损效果显著。

但目前针对滑动轴承内圆表面微圆凹坑织构对轴承摩擦润滑特性的研究甚少。

基于理论分析和试验验证,本文对圆形微凹坑织构动压滑动轴承的摩擦润滑性能展开深入研究,为圆形微凹坑织构动压滑动轴承的应用和优化设计奠定新的理论基础。

根据流体动压润滑机理,建立含有圆形微凹坑织构的动压滑动轴承数学模型。

推导圆形微凹坑织构动压滑动轴承油膜厚度方程;讨论二维Reynolds方程的应用和边界条件;对偏微分方程和求解区域网格进行离散化处理;采用有限差分法和松弛迭代法求解Reynolds方程。

以上述理论为基础对圆形微凹坑织构动压滑动轴承模型进行数值解析。

基于MATALB平台,设计织构化动压滑动轴承油膜压力,承载力和摩擦力的求解程序;辨明圆形微凹坑织构轴承油膜厚度、压力分布形式和原理;探究织构分布位置,织构间距,织构深度及其排布形式等对动压润滑轴承油膜压力分布,承载力及运转摩擦力的影响规律。

研究表明,织构在升压区时,动压滑动轴承能取得较好的减摩增润效果;织构深度为5~15μm时,轴承压力分布更优;轴承最大可以减小8.1%的摩擦力;织构间距为200μm,深度为8μm,织构交叉排布时,轴承的综合承载、减摩润滑性能最优。

最后,对圆形微凹坑织构动压滑动轴承进行摩擦试验研究。

选择黄铜和轴承钢两种材料,采用激光加工方法分别制备6种不同参数的圆形微凹坑织构试件;在M-2000型摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验;分析不同织构试件的减摩润滑效果。

试验表明,对于确定的工况,多个织构单元试件的减摩效果优于单个织构单元试件;相同织构尺寸和数量组成的不同织构排列形式对试件的减摩润滑效果也不同。

激光织构机理及织构动压滑动轴承摩擦学性能研究激光织构机理及织构动压滑动轴承摩擦学性能研究摘要：织构技术是一种利用激光等技术在材料表面构筑微型结构的方法，广泛应用于摩擦学领域。

本文主要介绍了激光织构的机理和方法，并探讨了织构技术对摩擦学性能的影响，特别是织构动压滑动轴承的摩擦学性能。

研究表明，通过激光织构可以有效改善滑动轴承的摩擦学性能，降低摩擦系数和磨损率，提高润滑性能和耐磨性。

1. 引言滑动轴承广泛应用于机械工程中，其摩擦学性能直接影响着设备的使用寿命和可靠性。

目前，随着工作环境要求的提高，对滑动轴承的摩擦学性能也提出了更高的要求。

激光织构技术作为一种新型的表面处理方法，被广泛应用于改善摩擦学性能。

对激光织构机理及其对织构动压滑动轴承摩擦学性能的影响进行深入研究，对于提高滑动轴承的性能具有重要的实际意义。

2. 激光织构机理激光织构是一种通过激光束在材料表面构造微观结构的方法。

其机理主要包括材料的熔融和凝固过程。

在激光照射下，材料受热后熔融，形成微小的凹凸结构，然后在快速冷却的过程中形成微观结构。

3. 激光织构方法激光织构的方法包括直接织构和模板织构两种。

直接织构是将激光束直接照射在材料表面，形成凹凸结构。

模板织构是利用具有特定结构的模板，通过光学投影或激光光束成像方式将结构投影在材料表面，形成织构结构。

4. 织构对摩擦学性能的影响织构技术可以通过改变材料表面形貌和润滑介质的分布来改善滑动轴承的摩擦学性能。

织构表面的凹凸结构可以提高材料表面的接触面积，增加润滑介质的存储和输送能力，从而降低摩擦系数和磨损率。

此外，织构还可以提供多个不同的润滑模式，例如液体膜润滑、气体膜润滑和固体-液体混合润滑等，进一步降低摩擦和磨损。

5. 织构动压滑动轴承摩擦学性能研究织构动压滑动轴承是一种常见的工程应用轴承，其动压气体可以提供较好的润滑效果。

研究表明，通过激光织构可以显著改善织构动压滑动轴承的摩擦学性能。

织构表面的凹凸结构可以提高润滑气体的输送能力，增加轴承的承载能力和刚度，降低摩擦系数和磨损率。

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表面微织构对径向滑动轴承摩擦特性的影响表面微织构对径向滑动轴承摩擦特性的影响摘要：表面微织构是一种通过在轴承表面形成微小凹凸结构的方法，旨在改善轴承的摩擦特性。

本文通过实验研究，探讨了不同表面微织构参数对径向滑动轴承摩擦特性的影响。

结果表明，在适当的微织构参数下，可以显著降低轴承的摩擦系数、摩擦损失和温升。

1. 引言径向滑动轴承作为一种常用的机械传动装置，在工业生产中具有广泛的应用。

然而，摩擦和磨损是径向滑动轴承工作中产生能量损耗的主要因素，也是制约其使用寿命和性能的关键因素之一。

为了改善轴承的摩擦特性，减少能量损耗，研究者们提出了很多方法，其中表面微织构技术备受关注。

2. 表面微织构的原理表面微织构通过在轴承表面形成微小凹凸结构，有效改变了摩擦副之间的接触方式，从而影响了摩擦特性。

常用的微织构方式包括球形织构、柱形织构和沟槽织构等。

这些微织构能够在减小摩擦副接触面积的同时，提供额外的润滑腔，改善润滑情况。

3. 实验方法本研究使用了自行设计的实验装置，并选择了不同的表面微织构参数进行实验研究。

实验中使用了扩展的潜油润滑方式，以模拟真实工作条件。

通过测量摩擦系数、摩擦损失和轴承温升等指标，评估了不同微织构参数对径向滑动轴承摩擦特性的影响。

4. 实验结果与分析实验结果显示，微织构可以显著降低径向滑动轴承的摩擦系数。

在合适的微织构参数下，摩擦系数可降低30%以上。

这是因为微织构能够有效减小摩擦副间的接触面积，减少了接触变形和局部应力集中。

此外，微织构还提供了额外的润滑腔，增加了润滑油膜的厚度，从而减小了接触压力。

此外，微织构还能减小径向滑动轴承的摩擦损失。

在实验中，我们发现，在适当的微织构参数下，摩擦损失可降低50%以上。

这是因为微织构可以有效改善润滑情况，减小了润滑油膜的挤压损失和黏附损失。

此外，微织构还能减少表面的磨粒生成，降低了微粒磨损产生的能量损耗。

最后，微织构也能减小径向滑动轴承的温升。

实验结果显示，在合适的微织构参数下，轴承温升可降低20%以上。

微织构特征对径向滑动轴承动特性的影响尹明虎;陈国定;高当成;苏华;王琳【摘要】在滑动轴承轴瓦（或轴颈）表面加工微织构以提升其工作性能是近年来的热点研究内容，尤其是微织构特征对滑动轴承静特性影响的研究更为多见。

滑动轴承动特性对于高速旋转机械系统动力学研究是十分重要的影响因素，因此有关微织构特征对滑动轴承动特性影响的研究也是很有必要的。

基于采用轴承出口的质量守恒边界条件和动网格技术，建立了基于 N⁃S 方程的微织构滑动轴承动特性分析有限元模型，较为详细地分析了微织构形状、尺寸和分布参数对滑动轴承动特性的影响规律，并通过国外的理论分析结果和试验数据对文中建立的计算模型进行了验证。

研究结果表明，与其他微织构特征相比，微织构面积率和周向分布位置对滑动轴承动特性系数的影响更为显著；相较于轴承的刚度系数，微织构特征对轴承阻尼系数的影响较轴承刚度系数更为明显。

%Recently, setting micro texture on the surface of pad or shaft to improve the performance of journal bear⁃ings became a research hot spot, but the researches commonly focused on the effects of micro texture on the steady characteristics of journal bearing. As an important influence factor for the dynamic characteristics of high⁃speed rota⁃ting machinery, it is very necessary to reveal the effects of micro texture on the dynamic characteristics of journal bearing. In this paper, a finite element model for the dynamic characteristics of journal bearing based on Navier⁃Stokes equations is built with mass conservation boundary conditions and dynamic mesh technique. The dynamic characteristics of journal bearings with different texture shapes, geometries and locations are analysed and the relia⁃bility of analysismodel is verified with published theoretical and experimental results. The researches of this paper show that,compared with other characteristics of micro texture, effects of area ratio and circumferential distribution of micro texture on the dynamic characteristics of journal bearing are more considerable and the micro texture has a greater impact on the damping coefficients of journal bearing compared with the stiffness coefficients.【期刊名称】《西北工业大学学报》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】7页(P658-664)【关键词】织构;滑动轴承;动特性;刚度;阻尼【作者】尹明虎;陈国定;高当成;苏华;王琳【作者单位】西北工业大学机电学院，陕西西安 710072;西北工业大学机电学院，陕西西安 710072;西北工业大学机电学院，陕西西安 710072;西北工业大学机电学院，陕西西安 710072;西北工业大学机电学院，陕西西安 710072【正文语种】中文【中图分类】TH117.2微织构特征对径向滑动轴承动特性的影响尹明虎，陈国定，高当成，苏华，王琳(西北工业大学机电学院，陕西西安710072)摘要:在滑动轴承轴瓦(或轴颈)表面加工微织构以提升其工作性能是近年来的热点研究内容，尤其是微织构特征对滑动轴承静特性影响的研究更为多见。