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空间环境中金膜润滑的纳米滑动轴承的摩擦性能研究

随着MEMS/NEMS在航天器中的广泛应用，研究纳米器件的摩擦性能对于保障航天任务顺利完成具有重要意义。本文提出了一种使用金膜润滑的纳米滑动轴承的分子动力学模型及其摩擦力计算方法。首先在无扰动情况下对轴承的摩擦性能进行了研究。通过将轴颈的旋转运动简化为在水平基体上的平动，建立了一个简化平动模型，并将其与本文提出的模型进行了对比，研究了轴颈与孔之间的初始间隙和轴线倾斜对摩擦力的影响。结果表明，简化平动模型会在转动开始和结束时低估摩擦力。平均摩擦力随初始间隙的增大而减小。轴线倾斜会降低平均摩擦力。然后研究了不规则碰撞对轴承摩擦性能的影响。通过使压头按照预定的李萨如路径运动，来模拟不规则碰撞。研究了振动频率、碰撞方向和碰撞形式对摩擦力的影响。结果表明，随着频率的增加，平均摩擦力先增加后减小，以4.8GHz为分界线。碰撞方向（由振幅比决定）对摩擦力的影响与压头特征频率有关。在基体固有频率下，碰撞方向接近垂直方向可以减小摩擦力。与单次碰撞（频率比为1）相比，除频率比1.25之外，多次碰撞均表现出减摩效果。由此可见，对压头施加一个频率比大于1的李萨如运动可能是一种减小摩擦力的有效方法。