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1.3.1凹坑流体动压形成原理[12]

在本设计中，主要是考虑改变不同参数后表面织构的动压润滑效果的变化，如下图所示，上面的公式表示的是润滑膜压力沿x,y坐标方向的变化情况，下面则代表的是润滑膜压力引起的动压效应，并如图1-2所示：

Uh，V h动压效应入并从小口流出。润滑剂沿流速方向上的的流量(图中的三角形面积)慢慢减少，根据流量连续性条件可知，一定会产生如图所示的压力分布。由此可知，收敛间隙可使流体产生动压效果。

在表面织构摩擦副的运动中，要使润滑膜具有动压承载力，必须在摩擦副的滑动方向上存在收敛间隙。因此，表面织构的存在恰好能为润滑膜提供收敛间隙。如图1-3所示，在当润滑剂经过凹坑区域时，润滑剂在润滑方向首先会形成压力为正润滑膜，而润滑剂在发散间隙处会产生压力为负值的润滑膜，并且如果负压力过大则会产生空穴现象，导致油膜压力分布不均。该压力的大小主要受微凹坑几何尺寸、凹坑形状及润滑剂流速的影响。本文就是研究以上几个参数对润滑膜压力的影响。

1.3.2研究目的

医学上人工髋关节表面耐磨性差较差，因此需要对钛合金进行表面处理，提高其耐磨性从而延长人工髋关节寿命。目前在钛合金表面主要采用的处理方法主要是添加表面涂层的方法，这种方法方便，易操作，但是涂层的金属离子容易与人体血液相融合，对人体有较大的伤害。因此，在医学上选择微造型技术能够研究如何提高表面耐磨性能的方法。微造型是在毫米级工程技术用来改善表面摩擦副摩擦润滑性能的一项新型技术。具有能对表面进行二次润滑，微凹坑内储存颗粒杂物以及提高表面动压润滑等优点。在髋关节假体的润滑性能方面，润滑剂油膜润滑起着至关重要的作用，表面加工出微凹坑来改善物体润滑性能。

微造型的几何参数和人体体重、运动速度都对微造型表面的动压润滑效果有着重要的影响，从而决定人工髋关节微造型表面的摩擦性能，最终影响人工髋关节的寿命，因此，需要根据人的具体情况，进行表面微造型润滑性能分析及优化设计显得尤为重要。1.3.2研究内容

为研究流体润滑状态下织构表面的润滑动压性能的影响参数，本设计将借助gambit、Fluent软件通过建立微造型的表面织构CFD模型，来研究在织构润滑计算模型中织构参数对润滑性能的影响规律。具体研究内容包括以下几个方面:

1）确定钛合金织构设计方案，构建具有不同截面织构特征的有限元CFD计算模型，分析织构参数对动压润滑表面的影响；

2）确定不同织构几何参数、运动速度下的织构表面动压润滑油膜压力分布参数的影响规律；

3）进行人工髋关节织构表面压力分布计算；

4）探讨织构几何参数（织构半径、深度）、运动速度对微造型表面承载能力的影响，确定最优工艺参数；

1.3.3研究意义

近年来，国内外学者对表面微织构的优点进行了大量的研究，因此，微织构技术[13]也受到了国内外的广泛关注，学者在微织构提高润滑性能方面进行了大量的实验，并对数据进行处理，得到了很大的进展。但在实验过程中，由于种种困难（实验周期长，加工精度低，材料选择成本高，材料消耗大），效果很难实现。但通过建立表面织构CFD模型的理论研究就能缩短试验周期，减少材料的使用成本，避免材料的浪费，并且可以直观地看到动压润滑的效果，从而更深入地了解发现织构的减摩机理，并运用到实际产品当中。 (责任编辑：qin)