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.     

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.      

表面速度异向条件下定量脂润滑特性试验观察

采用球-盘点接触光干涉油膜测量仪观察了不同钢球和盘表面速度夹角下脂润滑的油膜特性. 试验发现，在表面速度异向条件下呈现出与已有定量脂润滑明显不同的两个特征:接触区入口油池的出现和油膜外形非对称性. 其中入口油池的出现使油膜厚度和润滑持续时间得到显著提升，这一发现也证明将经典的乏油边界条件应用于速度异向工况具有局限性；油膜外形的非对称性主要由滑动分量诱发的接触区温度分布不均匀引起，而且非对称性随着速度和角度的增加而变得明显. 表面速度异向条件下两表面上滚道交叉促进润滑剂回填，是入口油池形成的主要机制.      

纳米级稠化剂颗粒沉积膜在乏脂润滑中的作用机制研究

利用双光束干涉法对点接触区乏脂润滑成膜特性规律以及接触区附近润滑剂的微观迁移特性进行了观测.在试验条件下,接触区会经历充分润滑—乏脂—沉积膜润滑—分离油润滑等润滑状态.借助原子力显微镜,探测到沉积膜是润滑脂的稠化剂被碾压破碎而沉积在滚压轨道表面的一层纳米级颗粒薄膜;而分离油是在剪切过程中润滑脂内逐渐释放基础油.试验初始,接触区周围的润滑脂池因乏脂而迅速消失,但分离油会逐渐形成"第二相油池"以实现回流补给.沉积膜增大了基础油在滚动轨道表面的接触角,阻碍回流补给,但其会随运动逐渐磨损,此后分离油将进入接触区补充润滑膜.初步发现,当分离油不充足时,沉积膜有利于保护润滑轨道.     

油气条件下供油时间对弹流润滑性能的影响分析

采用油气发生器,通过润滑剂厚度测量试验,建立了表面油层随供油时间变化关系.基于点接触乏油润滑模型和滚道表面油膜衰减模型研究了不同速度、载荷和表面粗糙度条件下自由表面油层厚度对润滑性能的影响.结果表明油气润滑条件下建立充分供油条件所需时间基本不随工况条件而变化,存在最佳供油时间和供油间隔.     

供油量对点接触表面微织构润滑性能的影响

采用球盘接触模型,以入口油层厚度为输入变量,基于统一Reynolds方程法建立润滑分析模型,研究了供油量对点接触表面微织构润滑性能的影响.数值计算结果显示:供油量显著影响接触区油膜厚度;微织构能改善摩擦副的润滑摩擦性能;严重乏油时接触区内微坑会产生气穴现象;瞬态下,微织构在乏油时较充分供油时改善润滑的效果明显.     

滑滚条件下定量润滑状态与润滑剂回填效应试验观察

采用球-盘点接触光干涉油膜与摩擦力测量装置观察了滑滚条件下接触区润滑状态与润滑剂回填效应. 结果显示,在定量供油和恒定滑滚比下,不同供油量使接触区呈现出从边界润滑状态向弹流润滑状态的不同转化趋势,非接触回填机制是其诱因;在恒定卷吸速度下,随着滑滚比从负值向正值变化,入口距离减小、乏油宽度增加,接触区两表面润滑剂回填时间的差别是其主要原因;完全乏油条件下,接触回填机制对局部润滑油膜建立发挥明显作用.      

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.      

高压下受限齿轮油成膜特性研究

本文揭示了在实际应用中极端工况下齿轮油的润滑特性.为了测量在高接触压力和不同温度条件下齿轮油的成膜能力,制作了高精度的膜厚测量仪,采用相对光强法实现纳米级膜厚测量.试验中共采用了5种性质不同的齿轮油,在纯滚动条件下测量接触区的油膜厚度,结果表明：随着接触压力的升高油膜厚度明显降低,但压力对润滑状态影响不大;温度的改变不但能影响油膜厚度,对润滑状态的影响也很明显;GL-5 85W/190和GL-5 85W/90齿轮油在接触压力达3 GPa温度提高到120℃时仍能形成很厚的油膜,但其余3种润滑剂在极端工况下成膜能力不足.本文最后根据试验结果还提出了含有丰富添加剂的齿轮油润滑模型.     

乏油对纯滑动粗糙表面点接触热弹流润滑的影响

本文求解了纯滑动点接触热弹性流体动力润滑问题.分析中假设运动表面为光滑表面,静止表面在接触中心有1个垂直于卷吸速度方向的横向突起.将计算域划为乏油区、压力区和气穴区3个子区,乏油区和气穴区的压力计算算法一致,但是温度的计算方法不同.研究结果显示:在乏油工况下,油膜中压力和温度均在入口处新月形液面处开始建立,入口区乏油程度的增加会导致油膜中压力分布趋近于干接触状态,油膜中平均温度得以提高,最大压力和温度均出现在赫兹接触圆两侧的宏观马蹄形区域.同全膜润滑相比,油膜厚度被明显降低,并且随着乏油程度的增加,静止表面的突起逐渐被压平.     

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.      

表面亲润性对限量供油润滑影响的研究

利用面接触润滑油膜测量系统,研究了固液界面亲和性对限量供油润滑的影响.试验中以静止的微型钢滑块和旋转的光学透明圆盘形成流体动压润滑薄膜.结果表明:在表面能较高的圆盘面上润滑油均匀铺展,润滑膜厚随供油体积的增加而增加.当盘面表面能较低时润滑油因反润湿以离散油滴的形式分布,供油体积较低时形成膜厚较高.对于试验中采用的最低供油量,表面能较低的盘面产生较高的膜厚.试验观察到的现象与润滑剂在润滑表面的分布有关.     

Effect of surface texturing on lubrication film formation and rolling contact fatigue within mixed lubricated non-conformal contacts

The paper is focused on the influence of surface micro-cavities in non-conformal contact on tribological quantities, such as lubricant film thickness, contact pressure and especially rolling contact fatigue (RCF). Both the possible negative and positive effects of surface texturing under mixed lubrication conditions are considered. The lubricant film thickness was measured using optical test rig based on thin film colorimetric interferometry, where the contact is realized between steel ball and glass disc. The experimental apparatus consisting of two discs loaded and running against roller specimen was used for measurement of RCF. Obtained results confirmed the key effect of micro-features depth on film thickness and RCF behavior under rolling/sliding conditions.     

谐波减速器柔性轴承混合润滑分析

以谐波减速器FB815型柔性球轴承为研究对象,基于赫兹接触理论和弹流润滑理论,建立了柔性球轴承的混合润滑数学模型,并对滚珠和内圈滚道的接触区进行了摩擦学性能分析.通过研究承载区滚珠在额定工况下的油膜厚度、压力、膜厚比等润滑参数,得到了危险点分布位置,并研究了载荷、转速、温度等因素对危险点润滑性能的影响.研究结果表明:在一定范围内,适当提高转速和降低温度能够有效减小疲劳点蚀,提高柔性轴承的可靠性和使用寿命.     

固体表面FAS膜转移对面接触油膜润滑影响的试验研究

利用滑块-盘面接触润滑油膜测量系统,在限量供油条件下,研究了滑块表面涂镀的疏油FAS(C₁₃H₁₃F₁₇O₃Si)膜对油膜润滑的影响. 结果表明:部分FAS膜可以透过油膜自发地转移到玻璃盘上;由于FAS转移膜的反润湿作用,玻璃盘面上接触区出口的润滑油膜回流增强;润滑油在玻璃盘润滑轨道上由原来的双侧脊分布转变为离散液滴分布,并向润滑轨道中心区域聚集,增强了入口区供油,油膜厚度增加.