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.     

用简化接触理论求复杂形面弹性流体动力润滑

简化接触理论是我国两院院士沈志云提出,用于研究列车轮轨滚动接触的4种理论之一,被国际学术界誉为“沈——理论”。其基本假定是:一点的变形仅与该点的受力有关,类似与文刻勒对地基的简化,但又充分考虑连续弹性体的变形特点,故大大简化计算。其次,简化接触理论更适合有限长或宽的物体,更符合工程实际。     

面接触边界润滑模型研究

根据经典的热传导公式,求解面接触边界润滑条件下的接触温度,再根据吸附热和摩擦因数、接触温度之间的关系建立一种求解边界润滑摩擦因数的模型。利用模型计算一个实例,通过分析发现,在载荷较低时,摩擦因数随滑动速度或载荷的变化变动很小,载荷较高时,摩擦因数随滑动速度或载荷的增大而增加;摩擦因数随接触温度的增加而增加;相对油亏量和摩擦因数有着基本一致的变化规律。通过在自制滑块-摩擦盘机构上的实验证实,实验结果和理论结果有相似的变化规律。     

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。     

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。     

面接触下水合羟乙基纤维素的润滑特性研究

以羟乙基纤维素(HEC)作为水基润滑添加剂,研究面接触条件下HEC润滑液的润滑特性。采用红外光谱仪分析HEC化学组成,结合分子动力学模拟分析HEC与水分子的相互作用,采用白光干涉三维表面形貌仪测量试样的表面形貌,借助微摩擦磨损试验机(UMT-2)探究转速、载荷、质量分数对润滑液润滑特性的影响。结果表明:HEC可以与水分子形成中、高强度的氢键;转速变化在摩擦副入口处对润滑液的成膜过程产生影响,进入摩擦副的润滑膜可以保持稳定的润滑状态,摩擦因数随转速增大几乎不变;增大载荷,润滑液在摩擦副间分布更加均匀,提升润滑性能,摩擦因数随载荷增大而减小;随润滑液质量分数增大,摩擦因数先减小后增大,质量分数为1.00%时摩擦因数最小。提出羟乙基纤维素水基润滑模型,模型包括水分子层和水合羟乙基纤维素层,其中水合羟乙基纤维素层起主要作用。     

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。     

面接触条件下织构表面摩擦特性研究

为研究织构表面对面接触摩擦副摩擦特性的影响,设计和制造4个表面高度算术平均值相同、表面微凹坑面积占有率分别为7%、14%、21%、28% 的试件,选用HDM20端面摩擦磨损试验机,针对油润滑和脂润滑两种润滑剂,在不同载荷、转速等工况和不同摩擦副配对材料等条件下进行了试验研究,探讨表面形貌对摩擦特性的影响规律,并使用Talysurf CCI Lite 非接触式三维光学轮廓仪对试样进行三维表面测量,采用ISO25178定义的体积参数和连通性系数对三维表面形貌进行表征,从而得出表面体积参数及连通性系数与摩擦因数的关系。结果表明：在油润滑条件下表面形貌的微观结构特性对摩擦的影响要比脂润滑条件下的更显著;在钢对铜摩擦副条件下织构表面的摩擦因数变化比较复杂,在钢对钢摩擦副条件下织构表面的摩擦因数变化相对平稳;在不同的条件下,最优的表面微观结构特性也不同;将连通性系数和体积参数结合起来对表面形貌进行表征将更有利于表面微观结构特性的摩擦学设计。     

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。     

激光微织构表面脂润滑性能试验研究

采用声光调 Q 二极管泵浦固体光源（DPSS）Nd∶YAG 激光器,在45＃钢试样表面进行激光微织构加工,采用 VYKO-NT1100三维形貌分析仪对微观织构形貌进行测量。以二硫化钼润滑脂为润滑剂,在 MMW-1A 型摩擦磨损试验机上进行微织构试样和光滑试样在不同工况条件下的摩擦性能对比试验。试验结果表明,在一定条件下,面积占有率为14％的微凹腔织构表面的脂润滑性能明显优于未织构光滑表面,且随着微凹腔面积占有率的增大,摩擦因数波动范围变小;凹槽织构表面较未织构光滑表面具有更好的润滑稳定性;在脂润滑条件下,激光微织构表面较未织构光滑表面摩擦因数最大可降低26％。     

[学科发展]润滑研究进展

过去20余年,薄膜润滑、纳米润滑、极端工况摩擦与润滑、生物润滑、绿色润滑、微量润滑等取得了重要进展。最近10余年,超滑、仿生润滑、智能润滑与监测,以及摩擦学测试技术和模拟仿真技术等研究飞速发展。微观研究已经成为润滑研究的主要手段,面向风力发电机、高铁、深空探测、深海探测、大飞机、超高速飞行器、新能源汽车等领域的润滑与密封和绿色近零排放润滑研究已经成为工业界关注的焦点。超滑作为润滑领域的新型颠覆性技术,逐步显示出其在工业生产和人类日常生活中的应用优势与勃勃发展生机。生物润滑包括人类器官中的摩擦与润滑和仿生学研究,在人类健康生活方面展示出重要作用。极端环境（高温、超低温、真空、高压等）摩擦与润滑,在卫星、火箭、舰艇、核电站及其他国防设施上用途广泛。而智能润滑等新兴领域发展,也将智能化应用到润滑领域,为设备的智能运行和制造提供了新的思路。在此,对润滑领域几个重要发展方向,如超滑、薄膜润滑、纳米润滑、极端工况摩擦与润滑、智能润滑、生物仿生学、绿色摩擦与润滑,以及摩擦学测试方法等方面进行回顾,介绍了国内外同行最新研究进展,并对未来进行了展望。     

Experimental Study on the Tribological Properties of Powder Lubrication under Plane Contact

Powder lubrication has been studied using a plane contact tribometer. Four kinds of powders—polytetrafluoroethylene (PTFE), graphite, MoS₂, and ball-like copper—were used during the experiments. The results show that powder can be introduced into frictional clearance without any special treatment. The powder's physical properties significantly influence the tribological characteristics in the powder lubrication. The friction coefficient and wear are obviously decreased when the powders are PTFE, graphite, and MoS₂, which are excellent solid lubricants. At lower load capacity, powder lubrication using ball-like copper had certain antifriction effects, but it rapidly became worse with increasing load capacity. Observation with optical microscopy showed that the lubricant film is dynamically formed on the rubbing surfaces in most experiments.     

可促进润滑油生物降解的新型润滑添加剂研究

设计并合成了N-油酰基丝氨酸添加剂,运用红外光谱表征了其结构,通过摩擦学和生物降解实验考察了其在HVI350矿物油中的摩擦学和生物降解性能,并探讨了其摩擦学和促进润滑油生物降解的作用机制.研究表明:N-油酰基丝氨酸能有效提高矿物基础油的减摩抗磨能力,并能显著提高矿物基础油的生物降解性能,是一种潜在的环境友好润滑添加剂.     

表面修饰的纳米金刚石微粒在润滑油中的抗磨减摩性

将纳米铁微粒、纳米铜微粒及纳米金刚石微粒分别分散到不含油性剂和极压抗磨添加剂的半成品合成润滑油中,采用MM-200型磨损实验机和XL30-1扫描电镜等设备研究了纳米微粒的抗磨减摩性,采用发动机台架试验研究了纳米金刚石的摩擦性能.结果表明,纳米金刚石微粒可明显改善润滑油的抗磨减摩性能;纳米金刚石润滑油的油膜有着非常好的抗黏滑能力和承载能力,对摩擦副有自修复作用.在普通发动机润滑油中加入质量分数0.01%的纳米金刚石微粒后,其润滑性能有很大的改善,在相同转速下功率平均提高4.2%;怠速时的HC排放量从8.75×10-4降低到3.50 ×10-4,降低60%,Nox排放量从1.66×10-4降低到1.32×10-4,降低20.5%;油缸的压力从0.441 Mpa增加到0.568MPa,相对增加28.9%;怠速也提高了19.6%.     

点接触弹流问题快速直接算法研究

在点接触EHL快速直接算法的基础上,提出按列分块、逐列求解的求解点接触EHL的新算法,以进一步减少计算量,提高计算效率.对新算法的精确性和高效性进行验证,并探讨新算法的参数适用范围.结果表明:新算法不仅具有更高的计算精度和计算效率,而且具有更宽的参数适用范围,在轻载工况、中载、重载工况下都可以得到很好的收敛解,是对点接...     

Numerical and Experimental Studies on Tribological Behaviors of Cu-Based Friction Pairs from Hydrodynamic to Boundary Lubrication

When studying the tribological behaviors of a Cu-based friction pair in different lubrication regimes, calculation of the real contact area of asperity contacts is crucial but difficult. In this work, a mixed lubrication model in plane contacts is developed, and pin-on-disc tests are carried out. The real contact area ratio, load sharing ratio, and friction coefficient are investigated. Effects of sliding velocity, temperature, and pressure are considered. The results show that when the maximum contact area ratio is about 14.6%, the load sharing ratio of asperity contacts is about 95%. The friction coefficient obviously increases from less than 0.04 to about 0.15 as the regime changes from hydrodynamic to boundary lubrication. Asperities have a significant influence on the local lubrication of a Cu-based friction pair, and the action of hydrodynamic pressure cannot be ignored.     

高速角接触球轴承速度性能试验研究

以内圆磨床砂轮轴中定压预紧成对串列背对背安装的角接触球轴承为例，通过试验研究了结构型式，润滑参数和润滑油对高速性能的影响，研究结果为高速轴承的设计和应用，以及润滑参数的选择提供了依据。