机械工程学报

作者：郑清春, 毛璐璐, 史于涛, 张春秋, 胡亚辉

单位：1. 天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室 天津 300384;2. 天津理工大学机电工程国家级实验教学示范中心 天津 300384

关键词：人工髋关节,钛合金,菱形织构,流体动压润滑,摩擦性能,承载力；

基金：国家自然科学基金资助项目（62073239，11672208）。

为提高钛合金TC4人工髋关节假体的耐磨性，从仿生学角度在钛合金关节表面设计出菱形织构。基于雷诺方程建立织构化关节表面流体动压润滑数学模型，采用有限差分法对其进行离散，通过Matlab编程进行迭代求解，获取织构表面的润滑油膜压力分布以及织构化关节表面的摩擦因数，分析织构几何参数（菱形织构对角线长度b和织构深度hp）对摩擦性能的影响规律。加工钛合金销-盘摩擦副，用激光在盘试样上加工出菱形织构，并在牛血清润滑状态下以及相同载荷和转速的条件下进行摩擦磨损试验。结果表明：随着菱形织构参数b和织构深度hp的增加，摩擦因数呈先增加后减小的趋势。并且试验结果与数值仿真结果具有较高的一致性，在菱形织构参数b为447 μm，织构深度hp为10 μm，存在最小摩擦因数为0.14。微织构的存在可以实现流体动压润滑，提高关节副的承载力，降低摩擦因数，从而改善关节副的摩擦性能。该研究为提高人工髋关节的寿命提供理论依据。

来源：2021年第11期

《机械工程学报》期刊编辑部

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