机械工程学报

作者：孙韵韵, 余欣, 巫世晶, 刘胜

单位：武汉大学动力与机械学院 武汉 430072

关键词：机械结合面,分形粗糙表面,混合润滑,微凸体接触,油膜厚度；

基金：国家自然科学基金(52105270)、机械结构力学及控制国家重点实验室开放课题(MCMS-E-0422G01)、武汉市知识创新专项曙光计划(2023010201020239)和中央高校基本科研业务费专项资金(2042023gf0001)资助项目。

粗糙分形界面的混合润滑接触现象广泛存在于晶圆减薄、齿轮传动、圆柱滚子轴承等机械系统，混合润滑状态下等效油膜厚度的准确计算至关重要。目前基于分形理论接触力学模型采用离散基准尺度的计算方法，膜厚计算忽略了外载荷的动态影响，且等效油膜厚度依赖数值方法导致缺乏显式表达。鉴于此，首先将接触面积和基准长度作为二重积分区域，修正了现有接触力学模型基准长度不连续的问题，再根据外载荷与最大微凸体变形量的函数关系，推导了等效油膜厚度的解析式，实现了粗糙界面混合润滑状态下固液载荷的解耦，最后与文献中的膜厚实验数据对比，验证了该方法的有效性。研究表明：等效油膜厚度与外载荷、弹性模量负相关，而与柱体半径、润滑油黏度及黏压指数正相关；粗糙接触界面从混合润滑进入全膜润滑状态所需的临界速度与外载荷正相关，固体载荷分配系数与外载荷、表面粗糙度正相关；增大接触面的分形维数或减小分形粗糙度，均可提高润滑油的接触占比，为减少微凸体接触引发的表面摩擦磨损及提高零部件使用寿命提供依据。

来源：2025年第11期

《机械工程学报》期刊编辑部

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