基于荧光法的滚动轴承内部润滑油层分布研究

润滑油在轴承内的分布及其变化规律对轴承的润滑性能有显著影响. 在本文中搭建了滚动轴承模拟试验台,基于激光诱导荧光方法实现了滚动轴承内钢球-外圈接触区附近润滑油分布的观察与测量,获得了润滑油供给油层分布的三维形貌图,研究了不同供油量和转速对轴承内部供给油层分布的影响规律. 试验结果表明充分润滑条件下相邻钢球-外圈接触区供给油池之间会形成相互连接的油带;在高速情况下,钢球-外圈接触区供给油层厚度受前一个接触区尾部空穴影响而减小;供油量的增加会增大表观油池,但并不意味着入口有效供油层的增加.      

定量定时供油方式下润滑剂分布及润滑状态试验观察

采用球-盘点接触光干涉润滑油膜测量仪，观察定时定量供油方式下润滑剂分布状态和接触区润滑状态.结果表明，相对于以往的油滴单次定量供油方式，定时定量供油可有效改善接触区润滑状态，并分析其内在机制.供油时间是主要影响因素，在供-失平衡状态下供油间隔和卷吸速度对润滑状态的影响较弱.试验还观察到当供油位置偏离滚道中心时，润滑剂的回填量降低，润滑状态变差.     

固体表面润湿性对滑块-盘接触润滑供油的影响

基于荧光技术，研究了固体表面润湿性对滑块-盘面接触供油的影响. 试验中以静止滑块和旋转玻璃盘构成摩擦副，润滑油围绕该面接触区构成一个供油油池. 结果表明:充分供油条件下，滑块表面的润湿性影响油池润滑剂的分布，但仍能保证接触区润滑剂的充分供给. 限量供油条件下，接触区外滑块表面润湿性影响了油池分布以及入口润滑剂的供给，低润湿性加剧接触区乏油程度，直接导致膜厚的降低. 润滑剂的高表面张力及在盘表面的低粘附都会改善润滑剂在润滑轨道上的回流；润滑剂在盘表面的反润湿现象导致了离散分布的微液滴，对润滑轨道上的回流和润滑油膜的形成起到了正面作用.      

低速下润滑接触区补充供油机制的研究

在滚动轴承运行的过程中,滚道上的润滑剂在滚动体的反复碾压下,厚度不断减小,轴承最终进入乏油润滑状态.为了解释长期工作在乏油条件下的轴承依旧能够保持较长时间的良好工作状态,有必要研究在轴承中是否存在某种自发的补充供油机制.本文作者基于球盘接触模型,分别考虑毛细力和分离压力在润滑油迁移过程中的作用,建立赫兹接触区附近油层分布模型,并以此修正弹流计算中的入口供油条件,采用统一Reynolds方程法计算在静止或低速条件下的润滑油膜厚度和压力分布,研究毛细力和分离压力的补充供油机制对润滑条件的改善作用.     

考虑滚道表面油层分布的滚动轴承润滑分析

研究表明供油量对弹流润滑性能产生显著影响.滚动轴承中由于离心力和滚动体的反复滚压,滚道表面上的润滑剂呈现出非均匀分布的特点.大多数润滑剂被推挤到滚道的两侧,致使接触区的入口间隙不能被完全充满,导致乏油润滑,滚动体与滚道间接触压力接近于赫兹压力分布,膜厚较全膜润滑有明显的减小.本文基于润滑剂的流量连续建立滚道表面油层厚度分布模型,考虑润滑接触压力的影响,计算滚道上的侧流量以预测轴承滚道上补给油层厚度及形状随时间的变化规律;进而以此作为滚动体和滚道接触区的入口油层厚度,采用统一Reynolds方程法数值模拟计算每个时刻轴承滚道与滚动体之间的润滑油膜厚度,压力分布等参数,分析轴承在点接触乏油条件下运行的润滑性能.     

供油温度对润滑状态影响的试验观察与数值模拟

采用球-盘点接触光干涉润滑油膜测量装置,观察了不同供油温度下的接触区润滑状态.结果表明,随着供油温度的升高,润滑油黏度降低,润滑油成膜能力整体下降,接触区润滑状态在较大速度范围内处于边界润滑和混合润滑区间;温度升高还将导致膜厚曲线斜率增大,壁面温差是其诱因,通过数值模拟证实了壁面温差的影响;速度增加使接触区润滑状态向等黏度-刚性区间转化;温度和载荷使接触区润滑状态趋向于压黏-弹性区间.系统散热也会对油膜厚度产生影响.     

微油滴供油条件下弹流润滑行为的数值分析

油气润滑条件下润滑油以微油滴形式供给摩擦副,基于此建立了简化的单个微油滴供油弹流润滑模型,模拟了微油滴通过弹流接触区的全过程.结果表明:卷吸速度和润滑油黏度会影响微油滴的扩展距离,进而使接触区油膜的形成产生差异.卷吸速度越高,或润滑油黏度越大,微油滴的扩展距离就会越小,油膜仅在接触区中部区域产生,微油滴类似硬质颗粒般在接触表面挤压出凹坑穿过接触区.理论结果和实验结果对比,具有良好的一致性.     

条状润湿表面对面接触限量润滑油膜的影响研究

利用面接触油膜润滑测量系统，研究了条状润湿表面对有限量供油条件下入口区供油分布及润滑油膜厚度的影响. 对玻璃盘润滑轨道两侧进行疏油化处理，形成中央条状润湿区域，在有限量供油条件下测量不同速度下的油膜厚度. 结果表明在表面力驱动下，润滑油向中央条状亲油区域集中，改善了入口区供油，促进了限量供油条件下的油膜形成. 相对油膜厚度随速度的增加呈“S”型变化，同时研究了润滑油黏度及供油量等工作参数对条状润湿轨道作用的影响.      

线接触弹性流体动力润滑的供油条件分析

以油膜起始位置为参数,求出了等温线接触弹性流体动力润滑问题的完全数值解.通过流量分析,建立了有效供油膜厚与油膜起始位置之间的关系.结果表明,弹性流体动力润滑的供油方式可划分为过量供油、适量供油和乏油3种类型.在过量供油条件下大部分润滑油不能进入接触区,因而并不能改善润滑状态.在适量供油条件下所有润滑油均可通过接触区并能够获得最大的油膜厚度.在乏油条件下所有的润滑油也均可以通过接触区,而油膜厚度则完全由供油量确定.同时,数值结果也指出,只要运动表面存有数量级为1 μm厚的一层油液就足以满足适量供油条件而得到最佳的润滑效果.     

球盘点接触区外润滑油分布的试验研究

利用激光激发荧光技术对球-盘弹流接触区附近以及自由表面上的润滑油分布进行了试验观察,探究了离心力作用下接触区附近以及自由表面上润滑油分布的变化规律. 结果表明:随着速度增大,内外两侧油池及自由表面上的油量分布均有所减少,其中外侧油池及自由表面上外侧油带的变化较明显;在一定工况条件下,外侧油池的大小存在极限,因此速度较大时外侧油池宽度对供油量变化不显著,而该极限由离心力作用和毛细力作用共同决定;在离心力作用下,自由表面上的油带有向外侧铺展的趋势,而接触区周围的油池分布对自由表面上的油带分布起决定作用.      

高压微间隙下4010航空油的润滑特性研究

在自制的新型膜厚测量仪上,测量4010航空油在不同接触压力、温度和卷吸速度下的干涉图像,分析接触区的润滑特性。结果表明：在低温高速区主要表现为弹流润滑,中心膜厚与接触压力呈负相关;而在低温低速、高温区主要表现为薄膜润滑,中心膜厚受接触压力的影响较小。在弹流润滑区内高接触压力下油膜形状呈平坦状分布,而薄膜润滑区内油膜形状总体上比较平滑。随着载荷的增加,弹流润滑区内由Hamrock-Dowson理论算得的膜厚值和实测值逐渐偏离,理论公式中卷吸速度和载荷的指数需要调整;而薄膜润滑区的膜厚值基本上保持平稳。     

定量供油下球-环/球-盘接触形式润滑特性对比

采用球-环接触和球-盘接触形式的光干涉润滑油膜测量仪,在定量供油条件下观察两种接触形式下的不同润滑特性,分析了润滑差异性的内在机制. 结果显示:在低速条件下球-盘接触膜厚始终高于球-环接触膜厚,由接触几何特性差异导致的不同动压效应、侧泄效应和润滑剂流动是其主要原因;在高速条件下球-盘接触形式易出现入口乏油,而球-环接触在整个测试速度范围内未出现乏油,不同的离心力作用方向是导致这种差异的诱因. 试验还观察与分析了黏度对两种接触方式下润滑特性的影响:低速条件下,高黏度润滑剂易导致球-环接触出现乏油;高速条件下,高黏度润滑剂能够推迟球-盘接触时乏油状态的出现.      

4106航空润滑油拖动特性研究

采用高速球-盘式拖动力试验装置测定了4106航空润滑油在不同载荷、滚动速度、入口油温及滑滚比下的拖动系数,分析了润滑油的拖动特性,建立了拖动系数的简单计算公式.结果表明:4106航空润滑油的拖动系数随着载荷变化出现转折;在高速和高压条件下,4106航空润滑油呈现非牛顿特性;当入口油温较低时润滑油的热效应较显著;随着载荷增大,入口油温和滚动速度对拖动系数的影响减小;理论计算结果同实测值吻合良好.     

微量第二润滑介质辅助的增强水润滑研究

研究了一种微量第二润滑介质辅助的增强水润滑方案. 在水润滑环境下,测量了丁腈橡胶块-不锈钢环接触入口区短时(10 s)注入微量乳化油(100 μL)时的摩擦力特性. 结果表明:在试验工况下短时注入微量乳化油降低了橡胶块磨损. 低速时,摩擦副处于混合润滑状态,短时注入的乳化油减摩效果明显;速度升高时,短时注入的乳化油使轴承特性系数增加,会引起摩擦力增加. 此外,在水环境下利用线接触光干涉技术揭示了乳化油以离水展着的方式形成承载润滑膜. 研究工作为应对短时恶劣工况下的水润滑失效提供新的思路,为水环境下微量乳化油的辅助润滑调控提供数据支持.      

进口润滑条件对活塞环-缸套摩擦副润滑性能的影响

目前内燃机活塞环-缸套摩擦副润滑分析中,活塞环与缸套之间的润滑状态一般假设为充分润滑或固定状况的贫油润滑,不是通过对实际润滑油膜形成情况的分析确定.本文中以一多缸四行程内燃机为研究对象,基于润滑油流量以及控制体体积变化方程,建立活塞环-缸套间润滑油的流动模型,进行了不同进口处润滑油膜供给量对活塞环-缸套摩擦副润滑特性的影响分析.结果表明:活塞环进口处的润滑条件对活塞环-缸套摩擦副的润滑性能有显著影响;进口处润滑油供给量增加,活塞环-缸套摩擦副的最小油膜厚度增加,最大油膜压力、微凸体作用力、摩擦力和功耗均相应减小;进口处供给油膜厚度较小的情况下,增加油膜供给厚度可以明显改善活塞环-缸套摩擦副的润滑性能.