微型滑块面接触润滑油膜测量系统

本文介绍了1种微型面接触润滑油膜厚度测量系统,在一定载荷下以静止的微型滑块平面和旋转的光学透明圆盘平面形成流体动压润滑油膜,利用光干涉方法对润滑油膜的最小厚度值进行测量.微型滑块工作面为高反射率研抛平面,光学透明圆盘表面镀有析光薄膜,利用1种柔-刚性结构对微型滑块进行定位,可实现滑块平面对圆盘平面倾角的任意调节和动态保持.使用该测量系统还可以获得在不同的滑块倾角、速度和载荷下的面接触润滑油膜.并且测量结果与经典润滑理论有较好的一致性.     

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.     

固液润湿性对流体动压润滑薄膜的影响

利用自行开发的微型面接触润滑油膜测量系统,研究了固液润湿性对流体动压润滑油膜厚度的影响.试验中以静止的微型滑块平面和旋转的光学透明圆盘平面形成润滑副.固液的润湿性通过接触角判定,不同材料的微滑块平面和润滑液体形成不同的界面.在保持载荷和面接触楔形角不变的条件下对油膜厚度-速度关系进行了测量.结果表明:对于固液润湿性强的界面,形成的油膜厚度与经典润滑理论有较好的一致性;当固液润湿性明显降低时,测量得到的油膜厚度减小.对于试验中观察到的界面效应,应用界面滑移理论进行了初步分析.     

表面凹槽对流体动压润滑油膜厚度的影响

利用自行研发的面接触光干涉油膜厚度测量系统,对表面凹槽滑块的流体动压润滑油膜厚度进行了试验测量,试验中以静止的微型凹槽滑块平面和旋转的光学透明圆盘平面构成润滑副,且两润滑平面始终保持平行;在固定的载荷(速度)条件下,对油膜厚度-速度(载荷)曲线进行测量.结果表明：凹槽的宽度,深度,方向和位置等因素对油膜厚度有着重要影响.同时采用经典Reynolds方程对油膜厚度进行了理论计算,结果表明理论值在某些条件下并不能解释试验结果.     

自旋对椭圆接触热弹流润滑的影响

通过数值求解研究了自旋运动对热弹流润滑的影响,分析了不同载荷下自旋对压力?最小油膜厚度?油膜中层温度的影响以及滑滚比?角速度对油膜中层温度的影响.结果表明:载荷越重时油膜压力越大,油膜整体厚度越小,同时油膜顶部倾斜度越大,关于y=0截面油膜厚度曲线的不对称性越明显.自旋存在使得滑滚比不再是常数,而滑滚比越大之处温升越大,因此润滑油膜的温度分布不再关于y=0截面对称;另外,角速度越高则油膜中层温升越大,而出口峰值越靠近接触中心.     

椭圆接触弹性流体动力润滑的供油条件分析

通过数值求解研究了椭圆接触弹流润滑的供油条件,分析了供油油膜厚度对乏油润滑中心膜厚和最小膜厚的影响,以及中心膜厚和最小膜厚与润滑油膜压力区形成位置的关系.结果表明:当供油油膜厚度较小时,中心膜厚和最小膜厚很小,压力区形成位置距Hertz接触区很近,处于严重乏油状态;当供油油膜的厚度达到一定数值时,中心膜厚和最小膜厚基本不变,多余的润滑油几乎不能进入接触间隙,即达到准充分供油状态;当供油油膜厚度继续增加时,乏油区最终消失,达到充分供油或过量供油状态.     

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.      

接触角滞后与流体动压润滑的相关性研究

理论研究表明不同润湿性界面对流体动压润滑油膜厚度有着显著地影响,一般采用接触角(CA)来表征固液界面润湿性. 而由热力学原理推导出的界面势能垒理论模型不仅与接触角相关,也是接触角滞后(CAH)的函数. 本文作者通过对不同基体材料的滑块进行表面张力修饰,获得了不同亲和性的界面. 利用干涉法及荧光法分别测量了不同润湿性界面的流体动压润滑膜厚及油膜受剪切的流动特性,研究了接触角及接触角滞后两个界面参数对流体动压润滑油膜厚度的影响,并对势能垒与接触角滞后的关系进行了讨论. 结果表明:接触角与流体动压润滑油膜厚度的相关性较差,接触角滞后可以更好地表征界面效应对流体动压润滑油膜厚度的影响.      

预紧方式对弹流润滑下角接触球轴承内部力学特性的影响

油膜厚度预测在评估弹流润滑(EHL)下角接触球轴承的性能和耐久性方面发挥着重要的作用. 耦合拟静力学理论和自旋下椭圆接触弹流模型,以干接触角接触球轴承拟静力学分析方法为基础,建立了定压和定位预紧方式下考虑弹流润滑和钢球自旋运动的角接触球轴承的拟静力学分析模型. 采用快速傅里叶变换(FFT)计算椭圆接触的弹性变形,运用Gauss-Seidel迭代方法求解Reynolds方程,得到自旋弹流模型的完全数值解,将其代入轴承拟静力学模型中迭代,得到轴承内部接触载荷、三维接触压力及三维膜厚分布. 对采用不同预紧方式的SKF7210型角接触球轴承进行分析,结果表明:富油润滑下,当轴承转速从0增大到15 000 r/min时,定压预紧时内圈轴向位移减小17.83%,而定位预紧时内圈承受的轴向载荷增大23.17%;定压预紧方式下球与内外滚道间膜厚均略大于定位预紧. 此外,不同预紧方式下,外圈上的中心膜厚大于内圈10%. 与干接触相比,定压下考虑弹流润滑内圈上接触载荷略大0.64%.      

不同润滑状态下表面润湿性的摩擦学特性研究

本文中以锡青铜为基底,采用纳秒紫外激光制备了具有微观粗糙结构的超疏水表面和亲水表面,利用扫描电子显微镜和接触角测量仪对所制备的微观结构和表面润湿性进行了表征,并通过XPS测试对所制备的样片表面润湿性转变的机理进行了分析,通过UMT-2型摩擦磨损试验机测试了在边界润滑及流体动压润滑状态下的摩擦系数,研究表面润湿性对摩擦学特性的影响.研究结果表明:材料表面润湿性在不同润滑状态下对摩擦学特性有显著的影响;在边界润滑状态下,亲水表面的摩擦学特性优于疏水表面,平均摩擦系数相对减少6.79%;在流体动压润滑状态下,疏水表面的摩擦学特性优于亲水表面,摩擦系数相对减少了10%.     

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.      

面接触润滑油膜测量系统滑块倾角的快速计算

在面接触润滑油膜厚度的光干涉测量中,需要确定滑块和玻璃盘所形成的微小倾角.一般通过目测干涉条纹的数量计算倾角,效率低且误差大.根据滑块表面干涉条纹等距,光强呈周期性变化的特点,对滑块面的干涉光强曲线进行傅里叶变换,综合采用Rife-Jane和重叠FFT相位差法进行频率插值,较好地消除了频谱泄漏,较准确计算干涉条纹数量,从而得到滑块与玻璃盘间的倾角.试验证明:当条纹数量大于5时该方法的测量相对误差在1%以下,具有很强的抗干扰能力.对不同倾角下的油膜厚度进行了测量,得出了润滑油膜的无量纲承载量-滑块收敛比曲线.结果表明:膜厚较高时,无量纲载荷最大值出现在收敛比为1.2左右的位置,但当膜厚较低时,无量纲载荷最大值出现在收敛比大于2的位置,偏离了经典理论.     

不同润滑材料对轮轨磨损与滚动接触疲劳的影响

通过轮轨滚动接触模拟试验研究了干态、施加轨顶摩擦调节剂、润滑油和润滑脂工况下的轮轨摩擦、磨损和损伤行为,分析了不同润滑材料对轮轨滚动接触疲劳损伤的影响. 结果表明:施加轨顶摩擦调节剂可将轮轨摩擦系数调控至0.1~0.3范围内,车轮和钢轨试样磨损率较干态下分别降低了54.9%和26.3%,轮轨表面损伤、塑性变形和滚动接触疲劳损伤明显降低;施加润滑油和润滑脂具有更加显著的润滑和减磨效果,摩擦系数降低至0.1以下,磨损率降低85%以上,但润滑油和润滑脂会进入裂纹内部产生“油楔效应”,导致严重的滚动接触疲劳损伤,而轨顶摩擦调节剂的固体润滑特性则避免了该问题的产生.      

润滑油中微细碳粉颗粒对45~#钢接触疲劳寿命影响的研究

在20~#机械油中添加适量的微细碳粉硬质颗粒可以提高45~#钢(调质处理,HB=300)的接触疲劳寿命。含碳粉油样的调配比例(wt)有两种,即碳粉:分散剂:纯20~#机械油=1:1:100和2:1:100。研究结果表明,在给定的试验条件下,45~#钢于这两种油样中的接触疲劳寿命分别为纯20~#机械油中的2.6倍和5.0倍。作者还就碳粉的作用机理进行了考察,指出添加碳粉之所以能够提高试件的接触疲劳寿命,原因在于它使润滑油的粘度增大及其渗入到疲劳裂纹中减缓了裂纹的扩展     

游离水对点接触区润滑油成膜特性的影响

水污染作为润滑系统污染的常见形式,对润滑油本身以及机械系统都有巨大的危害.目前关于水分对点接触区润滑特性造成影响的直接观测研究还较少,更多的是通过磨损后的接触副状态来推测可能的破坏机理.因此开展水分存在条件下与润滑接触区油池的相互作用,以及对接触区润滑能力造成影响的研究,能够对探究水分造成的机械元件早期失效机理,开展水污染的防护工作起到理论指导作用.本文作者研究了不同润滑条件下游离水对点接触区成膜特性的影响,提出了游离水对接触区膜厚产生影响的无量纲判据,发现了游离水对点接触润滑油池及轨道的冲刷及乳化作用,是造成接触区膜厚下降及回流减弱的主要原因,直接证明了游离水可造成点接触结构的早期润滑失效.     

陶瓷润滑油添加剂对镀铬缸套磨损自修复特性的影响

将羟基硅酸铝类陶瓷润滑油添加剂长时间（26万公里）作用后的实际发动机缸套解体,通过原子力显微镜、纳米压痕仪、扫描电子显微镜、扫描俄歇微探针以及显微共焦拉曼光谱仪等对其摩擦表面进行分析,探讨了该添加剂的作用机理．结果表明：该陶瓷添加剂表现出明显的磨损自修复功能,可以很好地覆盖和修补缸套表面原有的裂纹,显著降低缸套表面的粗糙度,改善缸套的润滑性能;摩擦表面生成由富C层和过渡层组成、厚度250—450nm左右且分布不均匀的修复改性层,初步推测其中富C层为类金刚石结构;该陶瓷添加剂本身并不参与修复改性层的构建,但能够发挥关键而复杂的催化作用。     

面接触条件下海藻酸钠的水基润滑

以海藻酸钠作为水基润滑添加剂,研究面接触条件下石英玻璃片摩擦副的摩擦学特性.采用红外光谱仪分析海藻酸钠的分子结构,采用3D表面轮廓仪测量试样的表面形貌,在微摩擦磨损试验机上测试不同摩擦副的摩擦系数.结果表明:面接触条件下,下试样表面粗糙度Ra值为0.555 nm时,上试样表面粗糙度大于下试样表面粗糙度时方可相对滑动,上试样表面粗糙度越大,摩擦系数越大.上下试样表面粗糙度合理搭配可保证海藻酸钠溶液能形成稳定的润滑膜,获得极低的摩擦系数.加入饱和氯化物破坏海藻酸钠水合分子层,摩擦系数急剧增大.海藻酸钠水基润滑层包括水分子层和海藻酸钠水合分子层,其中海藻酸钠水合分子层起主要作用.     

The Impact of Pore Water Chemistry on Carbonate Surface Charge and Oil Wettability

Water chemistry has been shown experimentally to affect the stability of water films and the sorption of organic oil components on mineral surfaces. When oil is displaced by water, water chemistry has been shown to impact oil recovery. At least two mechanisms could account for these effects, the water chemistry could change the charge on the rock surface and affect the rock wettability, and/or changes in the water chemistry could dissolve rock minerals and affect the rock wettability. The explanations need not be the same for oil displacement of water as for water imbibition and displacement of oil. This article investigates how water chemistry affects surface charge and rock dissolution in a pure calcium carbonate rock similar to the Stevns Klint chalk by constructing and applying a chemical model that couples bulk aqueous and surface chemistry and also addresses mineral precipitation and dissolution. We perform calculations for seawater and formation water for temperatures between 70 and 130°C. The model we construct accurately predicts the surface potential of calcite and the adsorption of sulfate ions from the pore water. The surface potential changes are not able to explain the observed changes in oil recovery caused by changes in pore water chemistry or temperature. On the other hand, chemical dissolution of calcite has the experimentally observed chemical and temperature dependence and could account for the experimental recovery systematics. Based on this preliminary analysis, we conclude that although surface potential may explain some aspects of the existing spontaneous imbibitions data set, mineral dissolution appears to be the controlling factor.     

润滑油中含水量对氮化硅陶瓷摩擦学性能的影响

本文对氮化硅陶瓷(Si_3N_4)在含水润滑油中的摩擦学性能进行了试验研究。结果表明,在本试验条件下,润滑油的含水量越大,氮化硅陶瓷的摩擦系数越高,磨损量也越大。