微孔织构的优化设计研究
摘 要
本篇文献综述的主要内容是分析比较近些年来国内外学者对微孔织构的相关研究，主要包括织构的形状、位置、深度、直径、密度、排列角度等因素对提高摩擦副摩擦性能的影响，研究人员也找出一定工况下的各个参数的最优值。对于微孔织构的制作方法，本文也略有提及。从国内外的研究现状来看，目前仍缺乏对综合微孔织构的深度、直径、位置等参数综合的情况下，织构整体的最优设计。
关键词：微孔织构；最优参数；摩擦性能
- 前言
众所周知，机械系统中摩擦是必不可少的，而世界上的能量损耗约有一半来自摩擦，同时摩擦也是机械零件损坏的主要原因，所以改善摩擦副间的摩擦状况变得重要起来。微孔织构是指在摩擦副表面加工一定大小的凹坑，改善其摩擦性能。微孔织构的主要参数有位置、深度、直径、密度等，为了使织构取得更好的效果，专家学者们对这些参数进行了大量研究以获得织构的最佳参数。
- 国内外研究概况
2.1 国外研究概况
在国外，1996年由Etsion教授[1]最早提出微孔织构化机械端面密封，他通过建立球冠形圆形微孔织构化密封端面的理论模型，以单个微孔单元为研究对象，利用FDM法计算了密封端面的压力分布。
2003年Brizmer[2]从理论上研究了激光表面织构技术在部分领域的应用前景，指出微孔织构具有直径、深度和面积密度等参数。作者为了获得具有平行配合表面的最大承载能力，找到了微孔的最佳参数和最佳LST模式，通过最佳情况下直线滑块和阶梯滑块的比较，表明平行LST滑块可提供相似的承载能力。
2006年，Feldman，Kligerman和Etsion[3]建立了部分激光表面织构对静压气封影响的理论模型，优化后的LST密封性能优于径向阶梯密封。作者数值研究了部分激光表面织构对提高静压气封摩擦学性能的作用，进行详细的参数分析，以找到最佳的激光织构参数的最大密封效率，结果指出：部分织构的面积率Sp=0.65 时，织构化密封端面可以获得最大的膜承载力；织构深度hp对其端面的密封性能影响很小，但应是密封间隙的5-10倍，最后作者还给出了获得最大效能参数E的最佳织构比率gamma;=0.5左右。
2015年Adjemout[4]分析了织构的主要几何特征对机械密封流体动力润滑的影响，为了提高机械密封的性能，进行了参数化研究。研究所使用的数值模型求解Reynolds方程和考虑空化现象的质量守恒模型，通过联立求解Reynolds方程和质量守恒方程，系统分析了微孔形状对机械密封性能的影响。结果表明，在圆柱、正方形、三角形、圆台、棱台、球冠等六种试验凹坑形状中，三角形微孔对提高机械密封的性能更为有效。进而，作者以三角形微孔为研究对象，以最小摩擦力和最小泄漏量为优化目标，对其排布形式及几何参数进行了优化，研究并优化了面积比和深度比的影响，优化后的解决方案能够在一定的操作条件下使摩擦和泄漏最小化。
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