基于油液在线监测的齿轮箱磨损趋势分析与研究

齿轮箱润滑油液中的磨粒携带了大量磨损状态的信息,通过在线监测传感器能监测出油液中磨粒的相关参数(尺寸、数量、生成率等),可判断或推测出齿轮箱的磨损状态。然而,目前在线监测的磨粒相关特征参数与齿轮箱磨损状态的准确对应关系还未得到深入研究。本研究首先采用离线检测的方法验证了在线监测传感器的可靠性,然后通过自主研制的试验台进行了齿轮箱全寿命加速试验,根据不同尺寸磨粒数量、磨粒生成率等的变化趋势对齿轮箱磨损程度做出了预判;最后采用铁谱分析法进一步验证了在线监测齿轮箱故障的准确性。结果表明:基于油液在线监测的磨粒信息(尺寸、数量、生成率)能很好地对齿轮箱磨损状态进行判定和预测。     

磨粒对齿轮箱磨损状态的影响

工程实践中迫切需要探究齿轮箱润滑油中磨屑的变化规律,从而实现对齿轮箱磨损状态的准确评价,进而系统性地揭示齿轮箱的失效机理。采用自主研制的齿轮箱磨损试验机进行摩擦试验探究,采用分散添加不同粒径铁磁性颗粒进入润滑油以及对纯净新油品中铁磁颗粒浓度规律进行跟踪监测的方法,结合对齿轮表面的形貌观测以及油样中的磨损颗粒的铁谱分析和磨损类型判断等技术方法,系统分析了齿轮箱的磨损失效机理。结果表明:磨粒的直径分布导致了不同的齿轮箱磨损失效机理,小尺寸颗粒易造成齿轮箱发生滑动磨损,而大尺寸磨粒主要引起齿轮箱发生疲劳磨损失效;工程应用中,润滑油铁磁颗粒浓度变化曲线的斜率达到tan50°时,齿轮表面发生轻微的点蚀磨损;浓度变化曲线斜率增至tan70°时,齿轮箱齿面已发生严重破坏,应做出预警处理。     

环境和法向载荷对(TiVCrAlMo)N高熵合金薄膜摩擦学性能的影响

本工作研究了(TiVCrAlMo)N高熵合金薄膜在干摩擦、16烷、去离子水及三种粘度润滑油(0W-20、10W-30及5W-40)下的摩擦学行为,并探究了不同载荷(1 N、2 N和3 N)对其摩擦学性能的影响。结果表明：1 N和2 N下,高熵合金薄膜在16烷和润滑油中的摩擦系数远低于在干摩擦和去离子水中的摩擦系数,但在3 N下,高熵合金薄膜在去离子水中的摩擦系数出现大幅下降。在油润滑下,高熵合金薄膜在低粘度润滑油(0W-20)中的磨损率随载荷的增加而增大,而在中粘度润滑油(10W-30)中的磨损率随载荷的增加而减小,但在高粘度润滑油(5W-40)中的磨损率与载荷之间无明显的线性关系。高熵合金薄膜在干摩擦中的磨损机制是磨粒磨损和分层磨损,但随载荷的增加还伴有氧化磨损;在16烷中的磨损机制是疲劳磨损和氧化磨损,但在1 N下仅为轻微磨粒磨损;在去离子水中的磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。高熵合金薄膜在低粘度润滑油(0W-20)中1 N下的磨损机制是轻微磨粒磨损,但随载荷的增加转为疲劳磨损;相反的是,在中粘度润滑油(10W-30)中的磨损机制是疲劳磨损,但随载荷的增加转为轻微磨粒磨损;此外,高熵...     

AZ80A、ZK60A和ME20M镁合金干摩擦学性能研究

镁合金被广泛应用于航空航天、汽车及军事等领域,但其摩擦学性能对零部件的服役寿命和可靠性具有重大影响.本研究采用往复式球-盘摩擦方式,通过与GCr15钢球配副,研究干摩擦条件下AZ80A、ZK60A和ME20M镁合金在不同滑动速度和载荷条件下的摩擦磨损行为.采用扫描电子显微镜和能谱仪分析镁合金的显微结构及磨损机理.结果表明:当滑动速度超过0.10 m/s时,随着速度的增加,合金的摩擦系数逐渐降低,而磨损率则先减小后增大,其原因在于摩擦热的作用导致摩擦表面形成了氧化物,同时材料表面软化,剪切力降低,使摩擦系数和磨损率不断减小;当滑动速度增加到0.20 m/s时,摩擦表面温度升高,金属软化导致磨损表面金属氧化物剥落,增大了合金的磨损率.随着载荷的增加,合金的摩擦系数和磨损率持续降低.干摩擦条件下镁合金的磨损机理逐渐由磨粒磨损和塑性变形转变为磨粒磨损、氧化磨损、粘着磨损和塑性变形.与ZK60A和ME20M相比,AZ80A镁合金表现出较好的摩擦学性能,这归因于合金的高硬度、β-Mg17 Al12硬质相的支撑作用以及摩擦过程中形成的氧化物.     

载荷对自修复纳米润滑添加剂摩擦学性能的影响

采用WAZAU摩擦磨损试验机分析了N68基础油和添加了自修复纳米润滑添加剂的润滑油N68NT1在不同载荷下的摩擦系数,并在线检测了钢/钢摩擦副在摩擦过程中润滑介质的温度变化情况.试验结果表明:同基础油N68相比,添加了自修复纳米润滑添加剂的润滑油表现出了良好的摩擦学性能,载荷对其的影响也不同于载荷对N68基础油的影响,同时N68NT1表现出了良好的散热性能.     

油液污染度与磨损状态的关联性分析研究

通过对机械设备在用润滑油的污染度检测与光、铁谱分析试验，运用灰色系统理论，计算了重量污染度为磨粒浓度以及磨损金属元素（Fe,Cu）之间的灰色关联度。初步揭示了在用润滑油的污染度与光铁谱数据之间的关系，并指出在用油的污染程度可以一定程度上反映机械设备的磨损状态，污染度分析方法可替代直读铁谱分析。     

高速钢上磁控溅射氮化碳薄膜的摩擦学性能研究

采用磁控溅射法在高速钢(HSS)基片上制备了氮化碳(CNx/TiN)复合薄膜,并采用球-盘式摩擦试验法对其摩擦学性能进行了研究.通过分析薄膜的摩擦系数变化曲线,并辅之以薄膜摩擦表面形貌的显微观察分析以及EDS微区成分分析,对薄膜的摩擦学性能进行了表征.结果表明,CNx/TiN复合薄膜与对偶球(Si3N4)之间的摩擦系数约为0.3.具有较好的减摩性能,但复合薄膜的耐磨性能受制备工艺的影响较大.沉积合适的TiN/Ti过渡层可以显著提高薄膜的耐磨性能.薄膜的磨损机理主要为磨粒磨损与黏着磨损以及疲劳磨损相互结合.     

含磨粒润滑条件下3Cr13涂层加速磨损机理研究

提出3Cr13涂层加速磨损失效新的实验方法.采用该方法在MM200摩擦磨损试验机上,对高速电弧喷涂3Cr13涂层在含SiO_2磨粒的润滑条件下磨损失效开展了加速磨损试验,通过对比分析扫描电镜照片筛选合适的磨粒颗粒,并分析SiO_2磨粒加速涂层磨损可能的机理.结果表明:适合3Cr13涂层的加速磨损试验的磨粒粒度为微米级,通过磨损表面照片得出了磨粒在润滑条件下对涂层加速磨损作用主要表现为:微观切削、挤压和磨粒的聚集.     

新型铝青铜合金的摩擦性能

试制了一种新型高强耐磨铝青铜,探讨了边界润滑条件下该合金与不锈钢对摩时热处理组织和摩擦磨损行为的关系.结果表明,经920℃固溶580℃时效处理后,合金具有优良的综合机械性能和摩擦学性能,主要的磨损形式为轻度的粘着磨损和磨粒磨损;经920℃固溶450℃低温时效后,合金性硬脆,耐磨性降低,主要的磨损形式为严重的磨粒磨损和疲劳磨损.     

镍基纳米Al2O3复合刷镀层的摩擦磨损性能研究

为评价复合刷镀层在油润滑条件下的抗沙粒磨损性能,在45钢基体上制备了镍基纳米Al2O3复合刷镀层(n-Al2O3/Ni).采用MM-200环块式摩擦磨损试验机对比评价了线接触条件下润滑油中沙粒含量对n-Al2O3/Ni复合刷镀层和快速镍刷镀层摩擦学性能的影响.实验结果表明,随着润滑油中沙粒含量的增加,两种刷镀层的磨损体积均逐渐增加,复合刷镀层的耐磨损性能是快速镍刷镀层的1.3～1.5倍.对复合刷镀层磨痕表面的SEM分析表明其磨损失效机理主要是磨粒磨损.     

梯度自润滑复合材料在不同滑动摩擦下的摩擦学特性

梯度自润滑复合材料是一种新型润滑材料,利用粉末冶金工艺设计和制备了该材料,考察了其在不同摩擦条件下的摩擦学特性,并对其摩擦磨损机理进行了分析和研究.结果表明:梯度自润滑复合材料随着复合固体润滑剂含量的增多,摩擦学性能明显改善,但润滑剂含量过高将导致材料表面硬度过低;该材料适用于高载倚下的润滑部件;脂润滑条件下,复合固体润滑剂与润滑脂结合在摩擦面上形成的膏状润滑膜使梯度自润滑复合材料的摩擦学性能显著改善;在脂润滑高载荷条件下,梯度自润滑复合材料的磨损主要发生在磨损初期,之后磨损极小,摩擦系数也趋于减小.     

TEM and nanomechanical studies on tribological surface modifications formed on roller bearings under controlled lubrication conditions

The chemical composition and microstructure of reaction layers formed under the presence of lubricants with low wear protection, high wear and fatigue protection, and high wear but low fatigue protection on thrust cylindrical roller bearings made of 100Cr6 steel were analysed by transmission electron microscopy. Thin cross sections prepared by the focused ion beam technique were investigated. The nanomechanical properties of the different tribological layers were analysed by static and dynamic nanoindentation. Our results indicate that wear protection not only relies on the lubricant induced formation of a reaction layer, but also on the properties of the combined system of a reaction layer and an underlying tribomutation layer. The formation and structure of the layer system varies with the chemical nature of the basic oil. Our investigations show that its ability to protect against wear and fatigue strongly depends on the oil viscosity and the additives.     

Wear rate,frictional temperature,and energy consumption of steel 52100 with different microstructures during sliding

In a concerned tribological system, mechanical behavior such as friction and wear, microstructural evolution, and change in environmental temperature impact each other. A complete understanding of these interactions between the above factors is important for a tribological system to function well. In this study, the relationships among the wear rate, the frictional surface temperature, the heat consumption, and the friction energy consumption of steel 52100 with different microstructures during dry sliding were investigated using wear tests and theoretical approaches. The experimental results showed that the wear rate depends strongly on the thermal physical properties of the different microstructures due to their different energy consumptions during sliding. The calculations based on a frictional temperature field model were consistent with the experimental observations.     

基于ARM微处理器的气动变载荷摩擦磨损试验机测控系统

针对不同固体材料在不同条件下的摩擦磨损实验要求,设计了一种基于ARM微处理器的气动变载荷摩擦磨损试验机测控系统。采用气动加载方式,加载形式包括正弦波、方波、锯齿波、三角波、随机波等。气动加载采用Fuzzy-PID闭环控制,提高了动态加载性能。可通过测量实验中的摩擦力、摩擦系数、磨损量、温度、振动等参数来研究变载荷对材料摩擦磨损性能的影响。最后对A3钢材料的摩擦磨损性能进行试验,证明该试验机性能稳定,测控系统准确可靠。     

凹凸棒石/油溶性纳米铜复合润滑添加剂的摩擦学性能

采用SRV-Ⅳ型摩擦磨损试验机研究凹凸棒石/油溶性纳米铜复合润滑添加剂的摩擦学性能,利用SEM和XPS对磨损表面进行表征分析。结果表明:两种单一添加剂均能明显改善基础油对钢-钢摩擦副的摩擦学性能,而复合添加剂较单一添加剂具有更加优越的减摩抗磨性;载荷越高,复合添加剂的摩擦学性能越好。在复合添加剂的作用下,磨损表面形成了致密光滑的复合摩擦保护膜,该保护膜的主要成分为FeS_2,Fe_2O_3,SiO_2,Cu,FeOOH和有机物。     

纳米流体在摩擦领域中的应用

为了寻找更好的润滑剂使机械零件的磨损最小化,人们尝试把纳米材料加入到基础润滑油里形成的纳米流体,与传统的润滑油相比,该流体具有更好的减摩抗磨性能。文中介绍了纳米流体的制备方法,包括单步法及两步法,并评价了各自的优缺点;详细论述了多种纳米颗粒添加剂对基础润滑油摩擦学性能的影响;指出了纳米流体后续研究中需要注意的一些问题。     

热固性耐磨聚合物及其复合材料的研究现状

介绍了聚合物及其复合材料特有的磨粒磨损、冲刷磨损和粘着磨损机理,并对酚醛树脂、环氧树脂、聚氨酯、交联型聚酰亚胺等几种热固性聚合物及其复合材料的摩擦学性能、研究现状及发展趋势进行了评述。     

Tribological properties of lubricating oil with micro/nano-scale WS2 particles

The tribological properties of lubricating oil containing micro/nano-scale WS₂ (90 nm, 2 µm) and ionic liquid [C₇H₁₁F₃N₂O₃S] are evaluated using a four-ball friction tester. Results show that the addition of micro/nano-scale WS₂ can improve the tribological properties of the base oil; moreover, adding the ionic liquid as a solvent may lead to a better mixing of the micro/nano-scale WS₂ and base oil and promote the dispersion of WS₂ in the sample oil. The base oil with 90 nm nano-WS₂ and ionic liquid presents the best anti-friction and anti-wear properties at 1 wt.% content. The surface analysis of wear scars reveals that ploughing is the main cause of wear in the three bottom balls. Furthermore, the wear furrows of nano-WS₂ as lubricating additive are uniform and symmetrical and can homogenously appear on the friction area. This work proves that the micro/nano-scale WS₂ plays an important role in improving the performance of tribological properties of lubricating oil.     

几种纳米润滑油添加剂在齿轮油中的应用研究

研究了纳米Cu、纳米TiO2和纳米LaF3润滑油添加剂在85W／90基础油中的油溶性，比较了三种纳米润滑油添加剂在齿轮油中的应用效果，结果表明：纳米铜添加剂能够显著提高基础油的极压性能，同时具有良好的抗磨性能。采用SEM对铜纳米微粒在复合剂体系中的极压抗磨机理进行了分析，发现在摩擦过程中铜纳米微粒在表面形成沉积膜，从而表现出良好的极压抗磨性能。     

Selection of ceramics for methanol fuel injector plungers based on tribological characteristics when coupled with 4140 steel

This research seeks to increase the working life of methanol fuel injectors by substituting wear- and corrosion-resistant ceramics for the current materials of construction. Because information on the tribological properties of ceramics in methanol is scarce, experiments were performed to characterize the dynamic friction and wear behavior of 11 oxides, nitrides and carbides against nitrided 4140 steel using a reciprocating test machine. The results are compared to baseline tests performed with typical injector construction materials (nitrided 51501 steel and nitrided 4140 steel) that have experienced early wear using methanol fuel. The tribological performance was characterized through measurements of the friction coefficient, mass loss, gross dimensional change and the roughness of the wear scar and by examinations with a scanning electron microscope. All of the ceramics were wear resistant, but many caused severe wear on the 4140 steel. A boron carbide and a nickel-bonded titanium carbide exhibited the best tribological characteristics.