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表面织构(纹理)是近二十年发展起来的一种改善润滑的技术。在流体润滑条件下,除通过几种常见的流体承载机理来解释表面纹理的作用机制外,空化承载机理正逐渐引起国内外学者的关注。近年来,表面纹理轴承润滑性能的理论研究发现空化/气穴对其润滑性能产生了不可忽视的影响,但迄今为止对表面织构中的空化现象和规律的相关实验研究并未多见。本文对表面织构润滑中气穴效应对流体润滑性能的影响进行了研究,其主要包括: 1)表面织构润滑中气穴效应的实验研究:利用面接触润滑油膜测量实验台,在滑块和玻璃盘倾斜和平行间隙的两种条件下,研究不同的表面织构、润滑油、卷吸速度、载荷对表面织构润滑状态的影响。研究表明:滑块和玻璃盘保持某个固定倾角条件下,没有气穴发生,圆凹坑型表面织构润滑性能最好,油膜厚度符合经典流体润滑理论;而平行条件下,与光滑表面滑块没有形成有效膜厚相比,织构滑块测得了有效膜厚并且观察到气穴现象,证实了空化承载机制理论。进一步对气穴的研究发现,织构的形貌、润滑油、卷吸速度、对气穴都有影响,但载荷对气穴的影响不明显。 2)表面织构润滑中气穴效应的理论研究:利用计算流体力学软件Fluent对四种不同形貌的表面微织构滑块进行建模仿真,验证了Fluent软件在分析表面织构润滑的可行性;与本文的实验结果进行对比,分析结果表明:在玻璃盘与滑块保持某一固定倾角条件下,理论膜厚与实验膜厚趋势相同,数值差较小,在平行条件下,理论膜厚与实验膜厚趋势相同,但数值差较大;造成两种情况下数值差大小不同的原因是,平行时有气穴产生,从而在仿真时必须引入气穴模型,而模型中的汽化压力和气穴容积比等参数没有实验数据,只能给定一个经验值,所以数值差较大。通过对压力分布图和分布云图的研究发现,压力峰值出现在织构沿卷吸速度方向的边缘上,最小压力值分布在逆卷吸速度方向的边缘上,与实验中观察到的气穴位置相符合。 3)表面凹槽润滑中气穴效应的理论研究:利用Fluent软件对四种凹槽型滑块进行仿真,并与已有的实验结果、Reynolds边界条件数值解和JFO边界条件数值解进行对比。分析表明:玻璃盘与滑块保持某一固定倾角条件下,Fluent仿真更符合实验值,平行条件下,JFO结果最符合实验值,Fluent解次之。汽化压力值增大,气穴区也随着增大,气穴压力的取值对表面织构润滑状态有一定的影响。