面接触润滑条件下表面形貌对动压润滑的影响

利用课题组自主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;在载荷固定的条件下,对油膜厚度—速度曲线进行测量.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.     

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。     

微液滴面接触润滑研究

利用面接触润滑油膜测量系统进行微量液滴润滑性能的研究。试验中以静止的微型滑块平面和旋转的光学透明圆盘构成润滑副,对不同黏度的润滑油分别进行微液滴以及玻璃盘全部铺满情况下的油膜厚度测量。试验结果表明:微量润滑液滴会沿滑块的运动轨迹铺展在玻璃盘上,形成持续的润滑,表明微量的润滑介质液滴可以提供充分润滑;油膜厚度开始会随速度的增加而增加,到达一定速度后油膜厚度会保持不变;干涉图说明微量润滑下,接触区并不是完全由润滑膜承载,会有一些油气混合物承载。     

面接触油膜润滑测量系统

介绍了一种能够实现面接触油膜润滑测量的试验系统,该系统以静止的刚性滑块和旋转的透明玻璃盘组成润滑副。滑块的定位采用柔性并联机构,可进行面接触倾角的微小调节。油膜厚度测量采用多光束干涉技术。照明采用激光外部同轴照明,可有效扩大图像视场和膜厚的测量范围。利用该系统测量了恒倾角面接触薄膜润滑的膜厚特性和摩擦力特性,结果与已有理论有较好的一致性。     

面接触条件下润滑脂流体动压润滑膜的成膜特性

使用面接触润滑油膜测量仪对锂基润滑脂形成的流体动压润滑膜进行研究。结果表明,由于润滑脂离开接触区后较弱的回填能力及剪切稀化,其润滑膜表现出较为复杂的特性;面接触条件下,初始的脂润滑膜厚随运行时间增加迅速降低,后达到相对稳定值且接触副处于乏油状态,该稳定值与初始供脂量关系不大;在双对数坐标下,润滑脂的膜厚与速度关系为一直线,速度指数小于基础油;脂润滑膜厚度随载荷的增加先减小,然后趋于稳定;甘油作为添加剂对润滑脂的流体动压润滑膜无明显影响。     

定倾面接触润滑薄膜测量系统

根据面接触润滑理论研究的需要,对原有定倾角微型滑块面接触润滑薄膜测量系统进行改进与完善,设计了定倾面接触润滑薄膜测量系统。该系统在保证滑块相对于玻璃盘可调至所需倾角的前提下,为滑块增加了一个旋转的自由度,从而实现定倾角下面接触润滑油膜膜厚及摩擦力的同时测量;系统采用激光光源和外部同轴照明设备,保证了在膜厚达到微米级时依然可以获得清晰均匀的干涉图像;为系统编制伺服电机控制软件来控制电机启动和停机阶段的加速度,从而获得更规则的光强曲线,并且避免了电机启停过快导致的干涉级次的丢失。阐述了试验机系统所应用的多光束干涉法的基本原理,并对油膜厚度测量的方法进行了简述。分析了油膜膜厚和摩擦力测量的分辨率。实验研究了油膜膜厚及摩擦力随滑动速度的变化规律并与理论值进行了对比,验证了系统的稳定性。最后利用该系统测量了定倾角面接触薄膜润滑的承载特性,并同已有的理论进行了对比,对其中的差别进行了分析。     

流体动压润滑油膜厚度及油池的荧光测量

基于面接触润滑油膜厚度荧光测量系统,研究润滑油中荧光剂强度与剪应变率的关系,筛选得到适合油膜厚度测量的润滑油和荧光剂的组合,并研究荧光强度和油膜厚度之间的关系。结果表明:R6G荧光剂和PEG400润滑油组合与Coumarin6荧光剂和PAO8润滑油组合的荧光强度不受剪应变率影响,可用于油膜厚度的荧光测量;荧光强度和油膜厚度存在单值线性关系,通过测量荧光强度可以求解油膜厚度。建立接触区周围油膜厚度及油池分布的测量方法,研究载荷和速度对油膜厚度以及接触区周围润滑剂的迁移特性的影响。结果表明:油膜厚度随速度增加而增加,随载荷增加而减小;随着速度增加,滑块入口处油池产生润滑剂堆积,出口处油池出现双侧脊分离,两侧面油池无明显变化;油池的变化是表面力、机械分离力和离心力综合作用的结果。     

界面黏附功与润滑油膜厚度的相关性研究

利用不同的润滑剂与不同的滑块表面组合成亲和性不同的界面,在不同载荷下,使用面接触润滑油膜光学测量系统对各界面组合的油膜厚度-速度关系进行测量。以黏附功来评价固液界面亲和性,研究固液界面亲和性与流体动压润滑油膜的相关性。试验结果表明:接触角与接触角滞后不能作为判定界面润湿性与油膜厚度关系的唯一参数,且对于黏度相似的润滑液体,高黏附功更易产生高油膜厚度;载荷对界面效应也有影响,且载荷较高时,界面效应比较明显。     

线接触流体动压润滑的定解条件

对线接触流体动压润滑进行一些研究,提出线接触流体动压润滑的定解条件。     

单色光干涉面接触润滑膜厚在线测量

提出了滑块-玻璃盘形成的面接触润滑油膜厚度光干涉在线测量方法。以单色激光为光源,根据油膜厚度变化引起平行干涉条纹平移的物理特征,基于光流和动态时间规整技术构造复合算法,测量干涉图像相邻帧空间域上一维光强曲线的位移,从而得到相邻帧之间的油膜厚度差。从零速度开始记录每一帧干涉图像对应的膜厚变化,实时计算出当前帧对应的膜厚,实现了膜厚的在线测量。当前算法的测量结果与离线膜厚测量结果进行了对比,验证了该系统的测量准确性。进行了阶跃载荷、匀加速及匀减速工况下的膜厚测量,揭示了膜厚变化规律。     

面接触润滑测量系统油膜厚度自动计算方法

为了解决面接触润滑油膜光干涉测量系统人工计算油膜厚度效率低下的问题,提出光强数据的高效处理算法,实现油膜厚度的自动计算。通过理论和实验验证多光束干涉理论应用于滑块-玻璃盘面接触副的可行性。对整周期内的光强分布进行区域定义,应用Freeman方向链码和均值滤波对数据曲线进行分段光滑,设计基于阈值的归一算法,通过模板对比算法,得到光强曲线的始末端形态,自动计算出光强数据所属区域Ⅰ和Ⅱ的数量,实现干涉级次的准确计算;以该方法编写程序应用于实际测量,结果与手动计算的油膜厚度有很好的一致性。     

PMMA-玻璃面接触流体润滑特性研究

以静止的PMMA平面滑块和旋转的光学透明玻璃盘为润滑副,利用基于光干涉原理的微型面接触润滑油膜测量系统,对PMMA-玻璃形成的润滑油膜厚度及形状进行测量。结果表明,由于润滑面的低弹性,在润滑油膜压力作用下固体表面发生明显的弹性变形,该变形随速度、载荷和PMMA滑块倾角的变化而变化;油膜厚度随速度的增加而明显增加,随载荷增加明显降低,滑块倾角对油膜形状也有明显影响。     

用电容法测量瞬时接触线上油膜厚度的传感器设计和数据处理

本试验研究应用自己设计的传感器和微机数据采集处理系统，传感器沿瞬时接触线方向设置采用精度很高的线切割工艺切槽。设计了一套模拟电路，在ＧＺ１５０型封闭功率流高速齿轮实验台上，对斜齿圆柱齿轮多种工况条件下的齿面润滑状态进行了动态跟踪监测，并与理论计算进行了对比，结果表明：该方法是切实可行的。     

基于弹性流体动压润滑理论选择齿轮油粘度的可靠性计算

根据弹性流体动压润滑理论的最小油膜厚度与齿面粗糙度的关系用可靠性方法确定齿轮润滑油的粘度,给出计算公式并进行了实例计算。此法克服了经验选油法的局限性,将齿轮润滑油粘度的选择提到理论高度并可直接算出具体数值。     

齿面凹坑参数对面齿轮等温弹流润滑的影响

根据微分几何基本理论求出面齿轮曲率半径,由齿面相对运动求得面齿轮传动过程中卷吸速度,建立面齿轮等温弹流润滑模型,通过FORTRAN语言编程计算出齿面油膜厚度,分析凹坑直径和深度对油膜膜厚的影响,并通过实验验证理论计算的准确性。研究结果表明:齿轮从啮入到啮出过程中,油膜厚度沿啮合轨迹逐渐增大;当齿面凹坑直径在50~200μm时有增加油膜厚度的作用,其中凹坑直径为100μm时效果最优;当齿面凹坑深度在5~20μm时均有增加油膜厚度的效果,存在最优深度为10μm。     

基于不同流变模型的等温线接触弹流润滑分析

选取Ree-Eyring流体、Bair-Winer流体和Carreau流体建立非牛顿流体等温弹流润滑模型,研究不同流变模型对最小膜厚和中心膜厚影响,并与Newton流体进行比较,同时讨论环境黏度对油膜压力和膜厚的影响。结果表明:基于Carreau流变模型得到的最小膜厚与实测结果最吻合;与Newton流体模型相比,Carreau流变模型和Ree-Eyring流变模型得到的油膜中心厚度较高,其中Carreau流变模型的油膜中心厚度最高,Bair-Winer流变模型得到的中心膜厚最小;与Roelands黏压模型相比,采用Doolittle自由体积黏压模型在中心区域产生较低的黏度;环境黏度高的润滑油油膜厚度增加,第二压力峰值也增大。     

表面微观形貌对动压油膜厚度的影响

采用实验与数值模拟相结合的方法,研究试件表面微观形貌对流体动压油膜厚度的影响。借助专门搭建的转子试验台,采用经过电化学光整加工的试件与普通磨削试件进行对比实验,利用光纤位移传感器测量两者在滑动轴承系统中形成的动压油膜厚度;利用流体动力学求解工具Fluent对两试件形成的承载压力进行模拟并对数据进行相关分析。结果表明:经电化学光整加工在试件表面塑造出的随机分布的圆弧状凸起的微观形貌,可形成厚度更高的动压油膜;大量随机分布的圆弧状微造型结构可产生更大的承载压力;油膜厚度最大位置与最小位置不受转速影响。     

限制空间中的弹性流体动压润滑

在经典的弹性流体动力润滑理论分析中,油膜压力的计算要满足载荷平衡条件,而这一条件并不适用于发生在限制空间中的弹流润滑,当弹流润滑发生在限制间隙中,油膜的承载力会随工作参数的变化而变化。对限制间隙条件下等温线接触弹流润滑问题进行数值分析,研究油膜厚度及压力的变化规律。结果表明:在限制间隙等温线接触弹流润滑条件下,油膜厚度及压力随速度参数以及材料参数的增加而增加,而限制间隙增加时,膜厚增加,压力减小。根据数值分析结果,拟合出限制间隙条件下的膜厚计算公式,该公式有较小的计算误差。     

面接触油膜润滑摩擦力的测量

基于面接触润滑油膜测量装置建立了摩擦力测量系统,分别对润滑油膜膜厚和摩擦力进行测量,并通过两传感器对拉试验获得推力轴承的摩擦力矩,对摩擦力进行了修正。经过参数转换,得到μB／h0与收敛比K的关系曲线。结果表明,实际测量的曲线和理论曲线有相同的变化趋势;实测值大于理论值;理论认为μB／h0唯一由收敛比决定,而试验结果表明,它受滑块倾角、载荷的影响。