基于电容法与光干涉法相结合的油膜测量方法

通过将电容法膜厚测量仪耦合在球-盘点接触光干涉试验台上,搭建油膜厚度测量装置。通过对目标球-盘接触副采取合理的导电措施以及台架绝缘设施来保证润滑油膜电信号的提取,该装置可实现相同工况下膜厚度值及其相应的电信号(如油膜分压值和电容值)。在纯滚动接触情况下,分别对油润滑和脂润滑下的油膜进行测量,得到光干涉膜厚、油膜分压值和电容值随随卷吸速度的变化规律,并分析接触副电容随膜厚的变化。结果显示,随卷吸速度的增加光干涉膜厚升高而油膜分压值和电容值减小,电容值随着膜厚的增加而逐渐降低。实验结果初步验证了该测量系统的可行性,可为后续实际接触副内润滑状态的评估提供方案。     

超声波测膜厚技术的精度标定研究

由于齿轮、轴承等机械零件在使用中依靠润滑剂来降低摩擦磨损,而润滑剂的厚度会影响润滑的效果,因此对润滑剂厚度进行检测有重要的意义。超声波测量法是润滑剂厚度测量的一种无损检测法,但目前缺乏超声波探头的测量精度对实验结果的影响研究,因此设计了一种超声波探头测量精度的标定装置。利用此标定装置测量了3种材料(不锈钢、铝和PMMA)与水分界面处的反射系数,并基于共振法测量了不同厚度的水膜。结果表明超声波探头的测量误差低于5%,满足液体膜厚度的测量要求。     

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。     

椭圆接触自旋弹流油膜实验研究

设计一种简单的实验方法,通过调节弹流接触中心和旋转中心之间的距离,可获得不同程度的自旋,即得到不同的旋滑比。采用玻璃块-椭圆滚子接触的方式,应用光干涉自旋弹流薄膜测量系统研究界面滑移条件下自旋对弹流油膜的影响。结果表明,随旋滑比的增大,油膜形状失去了经典弹流油膜的对称性;一定偏心距下,随速度和载荷的增加,油膜形状的非对称性都增强,入口凹陷逐渐都变得明显,但油膜厚度变化趋势不同,其中随速度的增加,油膜厚度而增加,且接触区两侧最小膜厚的差值也增加,而随载荷的增加,接触区左侧最小膜厚逐渐减小,右侧最小膜厚先增加后减小。     

内衬厚度对水润滑橡胶艉轴承摩擦性能的影响

基于流固耦合的基本理论,考虑橡胶衬层弹性变形因素,构建出水润滑艉轴承橡胶内衬有限元模型,利用MATLAB软件数值分析橡胶内衬厚度对水膜厚度和水膜压力的分布状况及摩擦性能的影响规律,并在SSB-100型艉轴承试验机上进行试验验证。研究结果表明:在相同的工况下,随着内衬厚度的增加,橡胶衬层弹性变形增大,水膜厚度增大,水膜压力减小;相应地,流体润滑效果越好,摩擦因数越小;在相同厚度下,随着转速的增大,摩擦因数先减小后趋于平稳。试验结果验证了仿真分析的正确性。     

UHMWPE复合材料水润滑轴承润滑状态转变性能研究

水润滑轴承润滑介质的黏度较低,轴承动压润滑难以形成。研究水润滑轴承润滑状态转变特性,可为水润滑复合材料轴承的设计和优化提供依据。建立水润滑轴承流固耦合计算模型,研究轴承承载力、水膜压力、轴承变形量随工况的变化关系,提出水膜厚度测试方法,研究轴承摩擦因数、水膜厚度随转速、负载的变化规律。研究结果表明:随偏心率和转速增大,轴承承载力、最大水膜压力和最大变形量均逐渐增大;随转速增大,轴承承载力、最大水膜压力和最大变形量的增幅逐渐减小。试验发现随着负载增大,改性UHMWPE轴承从混合润滑向动压润滑转变的膜厚比逐渐减小。     

复合材料水润滑艉轴承结构设计研究

基于ANSYS CFX流固耦合数值计算方法,对水润滑复合材料艉轴承的润滑性能及结构设计开展研究,阐述了不同水槽结构、间隙比、长径比、直径等对轴承承载力以及水膜压力、轴承变形量、最小水膜厚度、轴承摩擦因数的影响规律。并利用水润滑轴承试验台研究了不同水槽结构对轴承启动摩擦转矩、转变速度以及摩擦因数的影响。研究表明,轴承摩擦因数、水膜最大压强、轴承最大变形随水槽数增多而增大;轴承承载力、最小水膜厚度随间隙比增大而减小,随长径比增大而增大。总结了直径为100~500 mm、长径比为2~3、间隙比为0.1%~0.2%的水润滑艉轴承承载力的变化规律,为水润滑艉轴承设计提供一定的理论依据。     

新型光干涉法纳米级润滑膜厚度测量仪

润滑膜厚度的测量是开展纳米量级薄膜润滑状态研究的关键问题。利用光干涉法相对光强原理研制出一种纳米级润滑膜厚度测量仪,在低速低载荷条件下对点接触纯滑动润滑接触中心区润滑膜厚度进行测量,并讨论接触中心区和润滑膜厚度与速度和载荷之间的关系。结果表明:已测量的膜厚值已达到纳米量级,在设定工况下润滑膜厚度随速度增大而增大,随载荷增大而减小;比较Hamrock-Dowson公式计算结果和实验结论证明,这种仪器能有效实现对纳米级润滑薄膜厚度的测量。     

浸渍石墨微观特征对机械密封润滑膜超声检测精度的影响

针对机械密封润滑膜厚度的精准测量问题,研究浸渍石墨微观特征对超声膜厚检测精度的影响,采用石墨化度和气孔率对浸渍石墨的微观特征进行表征。以烧制温度和颗粒度为工艺变量制备具有不同石墨化度和气孔率的石墨试样,对石墨试样的声阻抗和润滑膜厚度进行超声测试。结果表明:声阻抗随着石墨化度的增大而增大,随着气孔率的增大而减小,表明石墨化度和气孔率对石墨声阻抗的影响规律性明显;石墨化度和气孔率对润滑膜厚度值的影响,并不像对声阻抗的影响一样是单调变化的,原因是样品的内部孔隙导致了测量误差的产生;当润滑膜厚度标定值为2μm时,润滑膜厚度的测量值均略小于标定值,这是因标定装置的最小刻度大于被测物表面的粗糙度导致的。在机械密封润滑膜厚度的测试中应对每次试验单独进行声阻抗的测试,以消除其对膜厚测量结果的影响。     

单粗糙峰对直齿圆柱齿轮热弹流润滑的影响

建立了单粗糙峰函数模型,给出了考虑单粗糙峰时的膜厚方程.应用多重网格技术研究了单粗糙峰的幅值和波长对直齿圆柱齿轮热弹流润滑的影响,并将单粗糙峰在不同幅值和波长情况下的中心压力、中心膜厚、最大温升和最小膜厚沿啮合线的变化与光滑解进行了比较.结果表明:单粗糙峰幅值和波长对齿轮热弹流润滑有着不同的影响,其中中心压力和最大温升随幅值的增大而增大,随波长的增大而减小,中心膜厚随幅值的增大而减小,随波长的增大而增大;与光滑解相比,粗糙峰的存在对弹流润滑产生较大的影响,使中心压力变大、中心膜厚变薄、最大温升值变大.     

高压微间隙摩擦测试仪研制

为研究高压、微间隙、非稳态条件下的摩擦学问题,自行研制了高压微间隙摩擦测试仪。它可以通过计算机对电机的转速、起停状态的控制,模拟重载条件下点接触摩擦副的运动状态。选用蓝宝石和高精度GCr15球作为实验摩擦副,设计了自动加载机构,实现最大工作压力达3 GPa。应用相对光强光干涉原理,测量润滑膜厚度,垂直方向上膜厚分辨率达到0.5 nm,水平方向的分辨率可达1.0μm。采用间接测量法,利用高精度扭矩仪,对球与盘间的摩擦力进行实时测量,测量精度为0.1 N。在温控系统中采用闭环控制方式,实现了准确控温,控温精度为±1℃。以5种润滑剂进行实际测量,研究了各类润滑液膜厚随速度的变化规律,验证了仪器的稳定性。     

TbDyFe合金的高频动态磁特性及损耗特性分析

TbDyFe合金可应用于高频乃至超声频率器件中,高频磁场(f1 kHz)下TbDyFe合金(Terfenol-D)磁滞现象及损耗严重。研究不同厚度TbDyFe合金叠片的动态磁特性及损耗特性对于设计高频范围的器件至关重要。采用AMH-1M-S型动态磁特性测试系统测量了不同厚度TbDyFe合金叠片在不同驱动磁场频率和磁密幅值下的动态磁滞回线。基于动态磁性理论和损耗计算模型,对比分析了不同厚度TbDyFe合金叠片的动态磁特性参数,并对高频范围内的损耗机理进行了深入研究。实验结果表明,当磁密幅值B_m=0.05 T、频率为5 kHz时,1 mm厚叠片结构样品与单片2 mm厚样品相比,动态磁滞回线横向变窄,所需磁场强度减小,矫顽力和磁能损耗值分别减小了26.4%和28.1%,振幅磁导率增大了11.7%。在一定磁密幅值下,TbDyFe合金的复磁导率实、虚部和振幅磁导率随频率增大,整体呈现出数值减小、减速变慢趋势;在高频高磁密条件下(f5 kHz、B_m0.06 T),厚度减小使TbDyFe合金损耗减小更为明显。     

海水液压柱塞泵中新型滑盘副的设计及其润滑特性研究

传统海水液压柱塞泵中,滑靴的固有结构形式使其易发生偏磨、烧靴等问题。提出了一种新型滑盘结构,从根本上消除了因离心力产生的滑靴倾覆问题,并减小了柱塞所受的侧向力。建立了滑盘副润滑数学模型,并分析了温度和工况参数对滑盘副的润滑特性及能耗特性的影响。结果表明:随着介质温度的升高,滑盘副的动压效应减弱,水膜厚度减小,导致泄漏量降低;同时,黏度随温度升高而降低,滑盘所受到的摩擦力减小,黏性摩擦功率损失降低;随着泵工作压力的升高,水膜厚度变大,泄漏量增大,相反黏性摩擦功率损失降低;而随着泵的工作转速的增大,滑盘副的泄漏量功率损失和黏性摩擦功率损失均有所增加。     

表面磨损对非牛顿弹流润滑性能的影响

考虑磨损对润滑状态的影响,构建带有磨损带的非牛顿流体圆接触热弹流润滑模型,分析磨损半宽对油膜压力、厚度、温度和摩擦因数的影响,并与牛顿流体的热弹流解进行比较。结果表明,随着磨损半宽的增大,最小油膜厚度明显减小,且总是处于磨损带边缘附近,并向入口处移动;而中心膜厚随磨损半宽的增大线性增大;卷吸速度、载荷及滑滚比对膜厚随磨损半宽改变的影响不大;非牛顿效应对温度和摩擦因数有较大影响。     

海水润滑赛龙轴承热弹流润滑理论分析

利用Reynolds方程,对海水润滑条件下赛龙轴承在考虑热效应时的弹流润滑问题进行数值模拟,讨论载荷、转速和轴承轴径大小对海水润滑膜压力及膜厚的影响。结果表明:热效应对于水膜压力影响很小,而考虑热效应时的膜厚会有所减小;随载荷的增大,压力峰值有所增大,膜厚随载荷的增大有明显的减小;随转速的增大压力峰值减小,而膜厚随转速的增大而有明显的增大;轴径的大小对于水膜压力和膜厚的大小影响不明显。     

水润滑飞龙轴承热弹流润滑性能分析

利用考虑热效应的Reynolds方程,对水润滑条件下的飞龙轴承进行考虑热效应时的弹流润滑理论分析。通过数值模拟讨论载荷、转速和轴径对水润滑膜压力及膜厚的影响。结果表明:热效应对水润滑膜压力的影响几乎可以不计,而膜厚减小;随载荷增大,压力峰值有所增大,膜厚随载荷的增大而减小;随转速的增大压力峰值减小,而膜厚随转速的增大而增大;轴径的大小对压力的影响不明显,但随轴径的增大膜厚减小。     

乏水条件下水润滑橡胶轴承摩擦特性分析

以水润滑橡胶轴承为研究对象,建立轴承供水条件分析的润滑模型,讨论乏水和充分供水条件下转速和载荷对水润滑膜膜厚的影响。结果表明:起初随着供水膜厚的增加,中心膜厚随之增加,但当其增加到一定程度后,中心膜厚不再随之变化,存在一个供水临界点;在水润滑条件下,不论是乏水还是充分供水,膜厚及最小膜厚随转速的增大而明显增大,随载荷增大而减小。     

二维轴对称摩擦制动器瞬态热弹性失稳的研究

提出考虑摩擦层闸片厚度的影响,建立二维轴对称摩擦制动器热弹性失稳的数学模型。基于扰动分析法,推导摩擦副的温度场扰动以及不同热点分布模式下的热特征平衡方程。研究临界速度和扰动增长系数的变化规律。计算摩擦面瞬态名义温度随制动时间的变化关系。分析和比较不同摩擦副厚度比、热导率、弹性模量、比热容以及热膨胀系数对系统稳定性的影响。结果表明,当热点呈反对称分布时,系统发生热弹性失稳时所需的最低临界速度远低于对称分布模式,临界速度随扰动频率的增加呈先减小后增加的变化趋势。不同扰动频率对应的扰动增长系数随滑动速度近似呈线性增加,最低临界扰动频率对应的扰动增长系数最大。当扰动频率低于临界扰动值时,温度随扰动频率的增加而增加,反之,则降低。增加摩擦副的厚度、摩擦层闸片的热导率和比热容以及减小滑动层制动盘的热导率和热膨胀系数和摩擦层闸片的弹性模量均可以提高滑动摩擦系统的稳定性。     

倾角对面接触润滑油膜厚度影响的实验测量

在全膜润滑和有限供油润滑条件下,利用面接触润滑油膜测量系统对不同滑块倾角下的油膜厚度进行测量。结果表明,在全膜润滑条件下,随倾角的增大膜厚表现为先上升再下降的趋势;当膜厚较高时,最高油膜承载力对应的收敛比接近理论值;当膜厚降至亚微米量级时,最高承载力对应的收敛比增加,与经典理论不符。而在有限供油条件下,随速度增加油膜厚度先增大后基本保持不变;随倾角变化,油膜厚度变化与全膜润滑相近。     

线接触弹流脂润滑数值分析与实验研究

建立无限长滚子与平面的线接触等温弹流脂润滑模型,采用多重网格法研究纯滚工况下载荷和卷吸速度对润滑油膜特性的影响;采用多功能双色光弹流润滑油膜测量实验台,在相应工况下进行变载荷和变速度实验研究。数值模拟结果表明,较大的载荷可以获得更大的压力和更小的膜厚,较大的速度则主要提升了二次压力峰并增大了膜厚。实验结果表明:随着载荷的增大,整体膜厚、最小膜厚和中心膜厚均先增大后减小,但载荷较小时出现了最小膜厚和中心膜厚实验值和理论模拟值不一致的变化趋势,这可能是数值模拟分析时稳态假设与实际润滑脂流变特性、时变特性及润滑机制不符造成的;随着速度的增大整体膜厚、最小膜厚和中心膜厚都线性增大,且实验值与理论模拟值有较高的一致性。