为改善阀芯动压润滑性能,引入一种新型锥台微造型作用于煤矿水液压安全阀阀芯外表面,通过改变微造型深度和锥台角度参数,建立模型并计算分析。分析结果表明基于锥台微造型的水液压安全阀阀芯表面可产生动压力,有效提升动压润滑性能,减少摩擦磨损;阀芯表面动压力的压力幅值随深度的增大而增大,随角度的增大先增大后减小;阀芯表面承载力大小随深度的增大而增大,随角度的增大先增大后减小。

为了验证某推力轴承设计的合理性,以某推力轴承为研究对象,依据给定的供油工作条件,使用CFD技术分析了推力轴承正常工作情况下的动压油膜轴向承载力特性。研究结果表明:在正常工作情况下,推力块瓦面倾角为0.02°,推力块动压油膜承载力大于1210 kN,满足瓦块轴向承载力要求;推力环进口边界压力为0.2 MPa时,油膜承载力约为69 kN,同时满足了推力盘润滑要求和转子旋转时的油膜承载力要求。

合理布置的滑移/非滑移异质界面可以提高流体动压润滑性能,但目前滑移区和非滑移区的组合方式大多采用单一的直线拼接法,没有针对流体润滑摩擦副的各类工况设计出相应的优化方案,为此本文建立了一组离散式二次方程来描述滑移区和非滑移区拼接轨迹,并引入计算域单元的宽长比作为优化变量,分别以液膜刚度和摩擦因数作为优化目标,通过MATLAB数值仿真求解不同宽长比条件下滑移区和非滑移区的最优拼接轨迹。结果表明,与直线拼接法相比,选取二次方程所描述的抛物线作为滑移区和非滑移区拼接轨迹的方法使流体润滑摩擦副在摩擦因数和液膜刚度等性能指标上都有所改善,而且根据不同的优化目标参数可以方便地绘制出最优拼接方案,验证了本文方法在改善动压润滑性能上的可行性和普适性。

以动压滑动轴承为研究对象,根据流体动压润滑原理,建立圆形微凹坑织构化动压滑动轴承油膜数学模型,推导织构化滑动轴承油膜厚度修正公式;结合Reynolds方程有限差分法的求解方法,分析全织构和织构化参数（间距、深度）对动压滑动轴承圆周方向压力分布的影响。结果表明：分布在轴承上的全织构会引起油膜压力的变化;织构位于不同的位置时对圆形微凹坑织构滑动轴承的油膜压力的影响是不同的,对于不同间距和深度的织构,当织构位于升压区时,动压滑动轴承具有较好的润滑、承载性能,而织构位于降压区和全织构时不利于轴承承载。

建立了多种具有不同滑移区域分布特征的推力瓦数学模型,在考虑流体边界滑移效应、扩展了经典Reynolds方程并设定合理边界条件的基础上,借助MATLAB软件对模型进行数值仿真求解,研究了滑移区域分布方式、面积占比及滑移长度对轴承动压润滑性能的影响。结果表明,在靠近流场入口处沿周向分布滑移区域能显著提升不同转速条件下的推力瓦面承载力;当滑移区域面积占瓦面面积比介于0.3~0.4且滑移长度为1000nm时,轴承推力瓦面具有最优动压润滑性能。

为研究液压缸活塞微织构化表面的动压润滑性能，在液压缸活塞表面加工开口形状为圆形、椭圆形、正方形、正六边形的微织构，利用雷诺方程对活塞表面与液压缸缸筒内圆之间的流场进行数学建模，并采用MATLAB软件进行仿真计算，研究微织构开口形状、活塞运动速度及微织构深径比对活塞表面动压润滑性能的影响。结果表明，在活塞表面加工4种不同开口形状的微织构均可改善活塞表面的动压润滑性能，其中椭圆形微织构的改善效果略差；随着活塞运动速度的提高，不同形貌微织构表面的摩擦因数均增大，活塞表面动压润滑性能变差；圆形微织构的深径比为0．009时，活塞表面的动压润滑性能较佳。

在间隙密封液压缸缸筒的内表面构造仿生菱形微织构,研究计入液压缸摩擦副表面粗糙度与表面微织构对液压缸缸筒内表面摩擦润滑性能的耦合影响。利用等效流量法求解表面微织构与表面粗糙度的耦合效应,同时以液压缸常用材料45钢为试件开展摩擦学试验,并对试验结果和仿真结果进行比较。研究结果表明:液压缸摩擦副的表面粗糙度与表面微织构耦合作用非常明显,合适的表面粗糙度和表面微织构尺寸,可使液压缸缸筒内表面从混合润滑状态转变为流体润滑状态,从而增大缸筒内表面的动压润滑效应;缸筒内表面的菱形微织构形貌存在最优组合,使得液压缸缸筒内表面的摩擦因数最小、润滑性能最好。

以煤矿三用阀中的安全阀阀芯的密封面为研究对象，通过在阀芯表面开设微造型以改善其润滑及抗磨损性能。建立阀芯微造型的数学模型，采用基于N-S方程的计算流体力学方法对微造型区域进行流场分析。通过得到不同结构参数及速度参数下的阀芯表面压力分布曲线及阀芯承载力曲线，探究在阀芯表面开设微造型对改善其动压润滑性能的影响效果。分析结果表明：在水压三用阀阀芯表面开设的微造型能产生良好的动压润滑效果；动压润滑性能随壁面间隙的增大，先略有下降然后再逐渐增强；随微造型深度的加深。先提高而后再逐渐下降；而不断增大微造型半径及壁面移动速度均能使动压润滑性能不断提升。

考虑织构参数对零件表面性能影响的多变性和复杂性，以间隙密封液压缸为研究对象，在液压缸的缸筒内壁构造椭圆微织构形貌，采用循环迭代法研究椭圆织构的长短轴比、椭圆率以及面积占有率等多个椭圆形状参数同时变化对缸筒表面动压润滑和摩擦性能的影响；同时在获得最优椭圆织构参数后进一步分析了液压缸与活塞间隙以及活塞运动速度对织构表面摩擦特性的影响。结果表明此种方法可以得到最优椭圆织构参数即优势区间，即当椭圆织构的长、短轴尺寸分别为a∈［0.43,0.46］mm，b∈［0.29,0.32］mm，缸筒表面产生最大动压和最佳润滑特性，且存在一个最佳间隙值（2μm）使得织构表面油膜承载力最大，而活塞运动速度对缸筒表面的摩擦性能影响较小。