[发明专利]一种润滑粗糙接触面摩擦系数快速预测方法

权利要求书

1.一种润滑粗糙接触面摩擦系数快速预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，采集接触副表面粗糙度数据，对原始表面粗糙度数据进行滤波，过滤工件轮廓几何，得到修正后的表面粗糙度数据；

S2，定义Hertz接触区域为有效预测区域，以2倍Hertz半宽区域2a_h×2a_h在修正粗糙度区域内提取N个有效预测区域，有效预测区域内的粗糙度形貌标记为rr_n；

S3，在每个有效预测区域内，基于AR理论，采用功率频谱密度法在频域内计算接触副接触面粗糙度幅值在服役状态下的形变量，通过粗糙度幅值形变量获得压力增量，再将频域内的粗糙度形变量与压力增量利用傅里叶逆变换转换到空间域，依据润滑状态下的摩擦力计算公式，计算润滑粗糙接触与润滑光滑接触情况下的摩擦系数之比；

S4，分析修正所有有效预测区域的摩擦系数比值，结合试验测得的润滑光滑接触状态下摩擦系数数据，得到所求工况下润滑粗糙接触面的摩擦系数。

2.根据权利要求1所述的润滑粗糙接触面摩擦系数快速预测方法，其特征在于，步骤S2中，Hertz半宽计算公式为：

式中，w为法向载荷，R_x是当量曲率半径，E′为等效弹性模量。

3.根据权利要求2所述的润滑粗糙接触面摩擦系数快速预测方法，其特征在于，步骤S3中，在每个有效预测区域内，基于AR理论，采用功率频谱密度法在频域内计算接触副接触面粗糙度幅值在服役状态下的形变量，通过粗糙度幅值形变量获得压力增量，再将频域内的粗糙度形变量与压力增量利用傅里叶逆变换转换到空间域，依据润滑状态下的摩擦力计算公式，计算润滑粗糙接触与润滑光滑接触情况下的摩擦系数之比，具体包括：

S301，借助于快速傅里叶变换将空间域内的粗糙度形貌rr_n(x,y)转换到频域内：

其中，rr_{n x,y}为rr_n(x,y)的离散形式，N_x、N_y为x与y方向上的离散节点个数；q_x与q_y分别为沿x与y方向在频域内的波数；

S302，基于AR理论，在频域内计算粗糙度形变量与相应的压力增量粗糙度形变量计算公式如下：

其中，为AR理论中针对各粗糙度波长成分拟合得到的变形后的粗糙度幅值A_d与粗糙度原始幅值A_i之比；

相应的压力增量计算公式如下：

式中，波长λ＝min(2π/q_x,2π/q_y)，k(r)为压力增量与弹性形变量关系式中描述粗糙度各向异性程度的函数，其表达式为：

其中，r＝q_y/q_x；

S303，采用傅里叶逆变换，将频域内的粗糙度形变量与压力增量转换到空间域，即：

S304，计算润滑粗糙接触与润滑光滑接触情况下的摩擦系数之比，计算公式如下：

其中，下标s，r分别代表粗糙与光滑接触情况，F_r、F_s分别为粗糙与光滑接触情况下的摩擦力，w为法向载荷；η_r与η_s分别为粗糙与光滑接触情况下的润滑油粘度，这里的润滑油粘度是压力的函数；p_s、h_s分别为光滑接触情况下的压力分布与油膜厚度分布。

4.根据权利要求3所述的润滑粗糙接触面摩擦系数快速预测方法，其特征在于，步骤S4中，分析修正所有有效预测区域的摩擦系数比值，结合试验测得的润滑光滑状态下摩擦系数数据，得到所求工况下润滑粗糙接触面的摩擦系数，具体包括：

S401，剔除结果不合理的摩擦系数比值，得到M个有效预测区域摩擦系数之比，即(μ_r/μ_s)_m；

S402，结合试验测得的润滑光滑接触情况下的摩擦系数μ_s，得到所求工况下润滑粗糙接触面的摩擦系数μ_r，计算公式如下：