基于推力轴承结构的润滑膜厚与摩擦因数测量系统

开发一种基于推力轴承结构的润滑膜厚与摩擦因数测量系统。该测量系统在较低速度下可实现膜厚与摩擦因数的同步测量，在较高速度下可通过保持架固定和玻璃盘回转模式实现润滑油膜测量，通过保持架自由回转和玻璃盘固定模式实现摩擦因数的测量。通过测量不同载荷下的润滑油膜厚度随速度变化曲线，以及与单点接触的测量结果进行定量对比，验证了该测量系统的可靠性。测量得到的摩擦因数曲线表明了滚动体打滑现象的存在。该测量装置为润滑剂特性和滚动轴承润滑特性研究提供了一种评价方法。     

在不同润滑油下齿轮锻造材料摩擦特性研究

采用销-盘摩擦副接触方式在不同流体润滑及载荷下,对齿轮锻造用SCr420H合金结构钢进行摩擦试验.采用齿轮油、石蜡油以及加工润滑油润滑.利用在不同润滑及载荷下随速度变化的摩擦因数变化曲线图分析摩擦材料表面摩擦特性.利用Stribeck曲线和摩擦表面形貌SEM照片分析在不同润滑油及载荷下的摩擦状态和摩擦行为.结果表明:SCr420H合金结构钢在最低动黏度的石蜡油润滑下摩擦因数最高,且随速度增大而减少;在齿轮油和加工润滑油润滑下,最低载荷时具有最高的摩擦因数,但摩擦因数随载荷增大而减少,速度对摩擦因数影响不大;在齿轮油和加工润滑油润滑下摩擦副处于流体润滑状态,在石蜡油润滑下显示临界润滑摩擦状态.     

方向性微孔对润滑状态转化的影响

基于平均流量模型和微凸体接触模型,研究混合润滑状态下织构表面的摩擦特性,通过数值求解得到Stribeck曲线,分析法向载荷、润滑油黏度、表面粗糙度、方向因子和倾斜角对摩擦因数及名义摩擦副间隙等摩擦性能参数的影响规律。结果表明：混合润滑条件下,随着载荷的减小或润滑油黏度的增大,摩擦因数减小,名义摩擦副间隙增大,混合润滑转变为流体润滑时的临界转速降低;随着表面粗糙度的增大,摩擦因数和名义摩擦副间隙均增大,临界转速升高;随着倾斜角的减小或方向因子的增大,摩擦因数减小,名义摩擦副间隙增大,并且倾斜角越小,临界转速越低。     

端面摩擦磨损自动检测系统的设计

端面摩擦磨损试验可以模拟和检测面接触摩擦副的摩擦学特性。设计了端面摩擦磨损试验自动检测系统。首先在建立摩擦力和摩擦因数测量的数学模型的基础上,设计了摩擦力参数的自动检测系统,然后设计了端面试验机的智能化测控系统。使用结果表明,使用该自动检测系统的端面摩擦磨损试验机可实时检测和处理载荷、速度、温度、摩擦力和摩擦因数等参数信息,并以表格或图像曲线形式显示,有利于对试验材料的摩擦学特性变化作出实时、客观、量化的评估。     

基于双点接触电阻法的润滑状态研究*

针对目前润滑状态测试装置的局限性,提出一种双点接触自适应摩擦试验装置。该装置结合了摩擦因数法与接触电阻法的优点,在相对静止的双下试件上测量电阻,简化了电路的设计;利用浮动支撑机构实现加载力的平衡自动调节功能,采用自下而上的加载方式,降低了导轨与滑块之间的摩擦以及装置自重对测量的影响,试验测量方便,测试精度有保证。利用该装置研究点接触下不转速和不同载荷所对应的电阻和摩擦因数,并考察两者的变化规律。试验结果表明,摩擦因数与电阻的变化存在较强的关联性。结合Dowson润滑状态的划分方法,对点接触润滑状态进行划分,并绘制了相应的润滑状态图。结果表明,该装置可对润滑状态进行精确划分,为润滑状态研究、润滑油品质鉴定等提供一种新的思路。     

球-环接触摩擦力测量系统的研制*

研制一种球-环接触摩擦力测量系统,该系统可以模拟滚动轴承中滚动体与轴承外圈之间的接触,通过调节球和环的转速可以测得不同滑滚比下的摩擦力。介绍系统的组成和测量原理,选用PAO20和PAO40两种基础油进行测量试验,验证系统的准确性。使用该系统测得不同滑滚比、卷吸速度及黏度工况下的摩擦因数变化曲线。结果表明:摩擦因数随滑滚比的增大而缓慢增大直至平缓,随卷吸速度的增大而逐渐减小。该结果与经典的润滑理论的结果一致,验证了测量装置的准确性。     

等温密封环摩擦状态演变预测与试验研究

结合浮动密封环的工作特点,提出一种基于载荷分配概念的密封摩擦状态演变预测模型。设定载荷分配系数,对粗糙表面微凸体接触和流体润滑接触两个部分摩擦力进行建模计算,根据微凸体承载力和总承载力等参数信息获得总摩擦因数值。模拟计算获得反映密封接触特性的摩擦因数与转速、压力以及表面粗糙度的关系曲线,仿真曲线历经完整的摩擦与润滑区,能够对不同摩擦状态下的接触特性进行预测。利用密封系统试验台对模型进行分析和验证,结果表明两者变化趋势保持一致,具有共同特征,说明密封摩擦预测模型能够真实反映密封摩擦副的接触规律及其变化情况,是预测密封摩擦状态的有效方法。     

界面滑移条件下点接触Stribeck曲线的实验研究

采用高黏度聚异丁烯润滑油,在光学弹流实验机上考察球-盘接触纯滑条件下的摩擦因数随卷吸速度和载荷的变化。结果表明,随着卷吸速度的增加,球-盘接触副进入弹流润滑并向流体动压润滑转变的过程中,摩擦因数并不像传统的Stribeck曲线一样,随着卷吸速度的增加而单调增加,而是呈现先上升、后下降、再上升的趋势,其中摩擦因数下降时的起始速度大致为凹陷出现的速度,摩擦因数再上升时的速度大致是润滑进入动压润滑的速度。初步论证界面滑移为产生上述波动的主要原因。     

考虑热弹流润滑作用的滚珠丝杠副摩擦力矩建模与分析

针对以往研究中滚珠丝杠副摩擦力矩计算方法中未考虑润滑作用对其影响,或未考虑接触弹性滞后效应以及滑移摩擦效应对其影响的情况。首先基于单个滚珠接触效应建立其热弹流润滑方程;然后在考虑润滑效应的基础上建立其黏性摩擦力、弹性滞后摩擦力及滑移摩擦力方程;最后提出一种基于全滚珠载荷分布与热弹流润滑耦合的滚珠丝杠副摩擦力矩计算模型,建立了预紧力、转速与摩擦力矩之间的耦合关系。试验结果表明,当预紧力从1 kN变化到6 kN,在滚珠丝杠低转速(100 r/min)时,摩擦因数变化范围为0.005 6～0.006 5。随转速的提髙摩擦因数升高且变化量逐渐增大,说明国际标准DIN ISO3408-3:2006中将滚珠丝杠副空载摩擦力矩测量速度定为100 r/min具有合理性,验证了所提出的摩擦力矩计算方法的准确性。     

表面速度异向下的点接触润滑油膜试验机研制及膜厚测量

弹流润滑领域中,润滑油膜的形态、厚度、摩擦力是研究接触区润滑状态,探究润滑机制极为重要的信息。研制表面速度异向下的点接触润滑油膜试验机,该试验机以多光束干涉法作为测量手段,结合弧形轨道实现接触副表面速度夹角的变化;使用旋转系统将接触副系统摩擦力转变为压力,利用高精度压力传感器及摩擦力合力公式,实现表面速度异向下的点接触摩擦力测量和计算。在限量供油条件下对表面速度异向的点接触润滑油膜形态与膜厚进行了观测,探究速度夹角对乏油状态改善及油膜形态变化的影响。结果表明：改变接触副表面速度方向,入口油池得到改善,中心膜厚增加。     

润滑接触摩擦力的往复式实验研究

在往复式试验机上研究实际加工表面球-盘式接触混合润滑摩擦特性,比较采用不同黏度润滑油光滑接触摩擦力的大小。针对表面粗糙度幅值和纹理对摩擦行为的影响进行研究,结果表明,混合润滑时较高黏度润滑油的摩擦力较小;表面粗糙度幅值在混合润滑时对摩擦力影响较大,且随速度增加而增强,边界润滑时影响很小。与纵向纹理相比,横向纹理表面的摩擦力较小且稳定,低速时这种差别更加明显。     

滑块-盘接触油膜润滑摩擦力测量

通过加载杠杆与其支承轴承将摩擦力进行放大并传递至力传感器,建立新的滑块-盘接触油膜润滑摩擦力测量系统。使用空气轴承取代推力球轴承支承加载杠杆,明显压缩摩擦力-传感器输出关系中的非线性区域,使整个系统的最低可测摩擦力由80 mN降低至10 mN。实际测量结果表明:当摩擦力大于10 mN,该系统测量的相对误差小于5%。该系统对平面滑块的测量结果与经典理论有很好的一致性,而且显示了侧泄对摩擦-收敛比关系的影响;对阶梯滑块的测量结果表明,该系统可区分润滑油分子结构及黏度指数改进剂对摩擦特性的影响。     

滚动活塞压缩机滑片的运动行为及摩擦特性实验研究

为研究滚动活塞压缩机滑片与滑槽之间的运动行为和摩擦特性,利用自主设计的基于浮动滑槽的滚动活塞压缩机滑片-滑槽运动副等效装置,通过高速摄影技术动态观测周期性运转过程中的滑片-滑槽间隙的动态变化过程,实验发现滑片存在二阶运动。通过润滑状态的分析,得出滑片的二阶运动通过改变油膜厚度对滑片和滑槽之间的摩擦力产生较大影响,对滚动活塞压缩机滑片-滑槽的摩擦特性的研究,应考虑滑片二阶运动的影响的结论。通过摩擦力动态测量实验,获得滑片两侧摩擦力变化曲线。结果表明:滑片与吸气腔侧的滑槽处于完全流体润滑状态,其摩擦力变化速率较小,而与压缩腔侧的滑槽处于固-固接触的混合润滑状态或者边界润滑状态,其摩擦力变化速率较大。摩擦力测量结果进一步印证了滑片二阶运动的存在,且二阶运动通过改变油膜厚度对滑片和滑槽之间的摩擦力产生影响。     

螺旋槽旋转密封环润滑状态转变预测

针对螺旋槽旋转密封润滑状态随转速变化,建立分析润滑特性的数学模型。采用有限体积法对雷诺方程进行数值离散,基于贴体坐标变换与质量守恒边界条件,获得了流体润滑模型。采用分形接触模型描述混合润滑状态时的粗糙峰接触特性。数学模型能够对混合润滑和流体润滑状态下的润滑特性进行模拟,获得了全转速范围内摩擦因数的变化规律,并得到了试验验证。得到了脱开转速,并拟合脱开转速随入口油压变化的规律曲线,利用该曲线能有效判断密封摩擦副润滑状态转变的转速。     

热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响

为探讨热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响,建立配流副的润滑模型,采用有限差分法对雷诺方程、能量方程和弹性变形方程进行求解,考虑黏度-温度、黏度-压力的关系,利用松弛迭代法求得热流固耦合下油膜压力、弹性变形与油膜温度分布的数值解,并运用MATLAB得到油膜压力、弹性变形、油膜温度分布云图;分析配流副参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明：缸体倾斜角度和初始油膜厚度对油膜承载力的影响较大,增大缸体倾斜角度和减小初始油膜厚度,可提高油膜承载能力;减小润滑油黏度、增大初始油膜厚度能有效降低润滑摩擦过程中的摩擦力和摩擦因数。     

基于LuGre模型的转子压缩机滑片-滑槽运动副摩擦力测试

为研究转子压缩机滑片-滑槽运动副的摩擦特性,根据LuGre摩擦模型的建模方法和该运动副的运行特点及工况特点,设计并搭建了滑片-滑槽等效摩擦力测试系统,分析了该系统的摩擦力跃动现象、数据采集区域和摩擦力测量的重复性问题,并进行了摩擦力测试实验。结果表明：该摩擦力测试系统可以根据压缩机的实际工况,对滑片均匀加载相应的正压力FH,并能实现不同匀速直线运动下的摩擦力测量;可以有效消除低速润滑不均匀导致的摩擦力跃动现象;通过润滑初始化可以较准确地获得基于滑片速度变化的摩擦力表达曲线。实验结果与数值计算结果吻合,从而为正确辨识LuGre摩擦模型的参数提供了实验依据。     

超声振动对不同黏度润滑油摩擦学性能的影响

研究GCr15/45#钢摩擦副在4种不同黏度的润滑油润滑时,有和无超声振动下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜分析磨痕表面形貌,探讨在不同黏度润滑油作用下,超声振动对润滑油摩擦学性能的影响机制。结果表明:超声振动对不同黏度润滑油摩擦学性能的影响是不同的;超声振动可以提高低黏度润滑油润滑的减摩抗磨性能,如在6#白油润滑时施加超声振动后,摩擦副间的摩擦因数和磨损体积分别减小了13.6%和17.5%;高黏度润滑油润滑时,超声振动会加剧摩擦副的摩擦磨损,如在150BS润滑时施加超声振动后,摩擦副间的摩擦因数和磨损体积分别增加了10.4%和50%。     

纳米添加剂润滑条件下GCr15/45#钢摩擦磨损性能影响

随着纳米科技的发展和对纳米材料功能特殊性的认识,纳米材料作为添加剂开始越来越多的应用到润滑和抗磨自修复研究中。利用PLINT NENE-7型磨损试验机,选用中石油兰州润滑油厂生产的中负荷工业闭式齿轮油L-CKC220作为润滑油,研究了纳米氮化钛,纳米氧化铝,纳米二氧化硅作为添加剂对GCr15/45#钢摩擦副摩擦磨损特性的影响。分析不同纳米材料对摩擦因数曲线、磨斑形貌(SEM)及EDX能谱分析图的影响。结果表明:3种纳米添加剂均能使摩擦副的摩擦因数明显降低。     

分子动力学模拟纳米颗粒添加剂对边界润滑的影响

通过试验和模拟的方法研究了不同压力条件下纳米铜颗粒添加剂在正十六烷基础油中的边界润滑行为。建立具有正弦曲面粗糙峰的边界润滑模型,采用分子动力学分别模拟了在25,50,100,200 MPa 4种压力下,含纳米铜颗粒与不含纳米铜颗粒时润滑油沿膜厚方向的密度分布。在润滑体系的上下固体壁面施加方向相反的剪切速度,计算出壁面原子与铜颗粒原子的应力、固液界面摩擦力、正压力和摩擦因数。采用微纳米划痕仪测量了含铜颗粒润滑剂的摩擦因数。结果表明：不同压力下两种润滑体系中的十六烷基础油均出现分层现象;纳米粗糙峰直接接触时,接触界面仍存在少量的正十六烷分子,且分子主链的排列方向与剪切方向相同;在200 MPa时铜颗粒使固体壁面的最大应力减小35.3%,提高了润滑体系的承载能力;不含铜颗粒润滑体系润滑油膜在50 MPa时破裂,含铜颗粒润滑体系润滑油膜在200 MPa时破裂;模拟计算的边界润滑状态下两种润滑体系的摩擦因数符合试验测量值。     

固体润滑摩擦副有摩擦接触问题的数值分析

固体润滑摩擦副接触问题数值分析的传统的微分法涉及边界迭代，计算过程冗长且不易收敛。以新发展的变分法和非线性优化方法求解能量泛函，研究了固体润滑摩擦副表面摩擦力下的接触问题。考虑到表面涂层在固体润滑摩擦副中使用的广泛性，特别分析了表面涂层的影响，并对计算结果进行了讨论。计算结果显示，表面涂层和摩擦力对摩擦副的应力分布有重大影响。随着摩擦因数由0．1到0．5逐渐增大，各点最大应力增加了33％，且涂层表而的应力变化最明显，这对固体润滑涂层的强度提出了很高要求。