限量供油条件下微柱阵列束油表面润滑增效特性研究

在润滑轨道两侧制备以防指纹油涂层(Anti-fingerprint coating,AFC)修饰的微柱阵列(Micropillar array,MA),形成润湿性梯度束油的润滑增效表面.使用点接触光弹流润滑油膜测量仪测量了该表面在限量供油往复运动条件下的油膜厚度以及油池形态,探究了往复频率、束油轨道宽度和载荷对润滑性能的影响,同时与未经AFC修饰的微柱阵列束油表面和仅以AFC形成的束油表面进行了对比.结果表明:制备的经AFC修饰的微柱阵列束油表面比其他2个束油表面有更好的润滑特性,往复运动条件(4 Hz)下明显改善了行程中点及两端点处的润滑状态,相对原始未处理表面行程中点处中心油膜厚度最高提升了51.4%.表面在束油轨道宽度接近Hertz接触区宽度时集油效果最强,随着轨道宽度增加集油效果减弱.载荷对微柱束油阵列表面的集油效果影响显著,随着载荷增大轨道机械分离作用变强、毛细回流作用减弱,造成集油能力和油膜厚度下降.

硬脂酸吸附对限量供油润滑影响的试验研究

在限量供油条件下利用球-环点接触油膜润滑测量系统对PAO10 (聚α-烯烃)和PAO10S (聚α-烯烃添加质量分数为0.2%硬脂酸)进行膜厚和摩擦系数的测量.结果表明:随卷吸速度增大,油膜厚度先升高后降低.对应膜厚转折点PAO10S具有比PAO10高的临界速度,相应地当卷吸速度高于PAO10的临界速度时,PAO10S的膜厚明显提高.摩擦系数随卷吸速度增加先下降后上升,供油量低时硬脂酸的吸附使得整体摩擦系数明显降低.硬脂酸的作用随供油量的增加而变弱.润滑效果的增强归因于硬脂酸吸附膜降低润滑轨道的表面能,润滑油因“反润湿”呈离散条状分布,在一定条件下有利于润滑轨道的自集油.

限量供油对速度交叉工况下润滑特性的试验研究

速度交叉效应对摩擦副表面润滑剂迁移及润滑状态改善具有重要意义.利用表面速度异向光干涉润滑油膜测量装置,在限量供油条件下,改变两固体表面卷吸速度与滑动速度夹角ε,研究了该角度变化对润滑油膜及油池边界的影响.结果表明,卷吸速度与滑动速度呈一定夹角时,部分润滑剂再分配至接触区参与成膜;由于润滑速度交叉行为导致润滑剂横向运输效果增强,限量供油条件下的润滑状态改善.此外,低供油量(0.1μl)限制了速度交叉效应的润滑增效性,产生的低油池边界减弱了两侧润滑剂的有效交汇.

往复运动条件下润湿梯度表面对限量供油润滑的影响

目的探究有限量供油条件下,润湿梯度表面对往复运动条件下的油膜润滑增效作用。方法首先在玻璃试样表面制备一层疏油涂层,降低工作表面润湿性。其次,利用飞秒激光将一定宽度的条状图案刻蚀到掩膜板上,通过掩膜法,利用氧等离子刻蚀技术在玻璃块疏油涂层上构造不同宽度的亲油轨道,形成了润湿梯度表面。然后使用往复运动光弹流膜厚测量仪对亲油轨道的膜厚及油池变化进行测试。试验选用低黏度的PAO4基础润滑油,限量供给0.04μL。钢球与玻璃试样表面构成点接触往复运动摩擦副模型。结果具有一定亲油轨道宽度(0.2、0.4mm)的润湿性梯度表面具有较好的集油性能。润湿性梯度表面在往复运动行程中心位置作用最为明显,在所给试验条件下膜厚最大为原始表面的3倍。钢球-钢块接触副的摩擦测试结果表明,本文提出的润湿梯度表面使摩擦因数最高下降30%。另外,由于载荷效应导致接触区外侧毛细集油作用减弱,乏油程度增加,随着载荷增加,润滑油膜减小。油滴在一定宽度亲油轨道的扩散仿真结果说明润湿性梯度表面可以有效地将润滑油限制在轨道内,有利于往复运动过程中润滑剂的回流。结论提出的润湿性梯度表面有较强的集油作用,改善往复运动弹流接触副的供油和润滑状态。

表面亲润性对限量供油润滑影响的研究

利用面接触润滑油膜测量系统,研究了固液界面亲和性对限量供油润滑的影响.试验中以静止的微型钢滑块和旋转的光学透明圆盘形成流体动压润滑薄膜.结果表明:在表面能较高的圆盘面上润滑油均匀铺展,润滑膜厚随供油体积的增加而增加.当盘面表面能较低时润滑油因反润湿以离散油滴的形式分布,供油体积较低时形成膜厚较高.对于试验中采用的最低供油量,表面能较低的盘面产生较高的膜厚.试验观察到的现象与润滑剂在润滑表面的分布有关.

限量供油条件下面接触润滑油膜特性

利用面接触润滑油膜测量系统,在限量润滑油供给条件下研究了润滑油膜特性.同时,定义了相对油膜厚度,即限量供油与充分供油条件下的油膜厚度之比,用于表征限量供油下润滑油膜承载力的变化情况.结果表明,在限量供油条件下,随着玻璃盘的速度增大,油膜厚度先增加,随后,乏油的出现使得油膜厚度几乎保持不变.由于在润滑轨道上没有充分的润滑油回充,润滑油的黏度和回流时间对润滑膜的形成影响很大.只有当乏油变得严重时,入口乏油区才会承受一定载荷.

油性添加剂对限量供油润滑影响的实验研究

目的探究在限量供油条件下,润滑油中油性剂吸附对滑块-玻璃盘面接触润滑油膜的影响。方法利用面接触润滑油膜测量系统,测量了PAG基础油以及添加了0.1%硬脂酸和0.1%十八胺油性剂的同种基础油产生的润滑油膜厚度随速度的变化曲线,并对油性剂在盘表面的吸附进行了表征。结果在普通玻璃盘和紫外照射的玻璃盘两种条件下,有硬脂酸添加的PAG与纯PAG相比,润滑膜厚均降低,其中紫外照射玻璃盘下硬脂酸作用对膜厚的降低程度更为明显。在玻璃盘运转的最低速度和最高速度下,硬脂酸作用使普通玻璃盘膜厚降低量分别为0.25μm和0.64μm,降幅为44.2%和22.1%;紫外照射玻璃盘下膜厚降低量分别为0.38μm和0.91μm,降幅为61.5%和41.7%。对于紫外照射玻璃盘,硬脂酸吸附使润滑剂在润滑轨道上发生反润湿,呈液滴状分布,对应膜厚降低;十八胺使润滑剂呈离散条状分布,润滑油膜厚与PAG基础油相当,最低和最高速度下膜厚降低量分别为0.11μm和0.17μm,降幅为18.2%和8.1%。结论使用普通玻璃盘时,润滑油膜与滑块表面硬脂酸吸附膜的弱亲和性是导致相应润滑膜厚低于纯PAG基础油的主要原因。玻璃盘紫外照射促进油性剂在盘面的润滑轨道内吸附,润滑轨道内外形成张力梯度,引发润滑油流失,使润滑油膜厚度大幅降低。极性基团极性大小的差异,使添加十八胺产生了远高于添加硬脂酸的膜厚,影响了润滑轨道上润滑油的分布及供油。

集油轨道对偏心凸轮限量供油润滑性能的影响

针对偏心凸轮蓝宝石盘弹流接触,对盘面进行表面能梯度修饰,形成增强的集油轨道。利用光干涉润滑油膜测量系统,获得限量供油条件下偏心凸轮盘接触区润滑油膜厚度和油池分布,分析了集油轨道对接触区润滑性能的影响。结果表明:盘面表面能梯度诱发的张力驱动增强了润滑油的回填,提高了接触区中心膜厚;在低转速和低负荷时,集油轨道的调控效果使入口区润滑油池扩张1.6~4.7倍;高黏度润滑油会降低集油轨道润滑油回填效果;集油轨道对不同油品的润滑状态皆有改善效果;供油量不同,可形成集油轨道效果的差异。

限量供油条件下硬脂酸吸附对面接触润滑油膜的影响

在限量供油条件下,利用滑块-盘面接触润滑油膜测量系统研究了PAO10(聚α-烯烃)添加硬脂酸对油膜厚度-滑块倾角关系的影响,理论分析了滑块入口润滑油堆积对润滑油膜承载力的影响,并对硬脂酸在固体表面的吸附进行了表征。结果表明,油膜厚度随滑块倾角的增加呈现总体下降的趋势。硬脂酸吸附诱导的“反润湿”作用,使润滑油在润滑轨道上由经典双侧脊分布转变为离散态条状或液滴状分布,改善了接触区入口供油,提高油膜厚度。实验发现了较低的滑动速度下低供油量反而诱发高油膜厚度的“异常”现象。硬脂酸的吸附使得润滑油在入口区形成非浸润的液滴状堆积,形成的附加拉普拉斯压力增加油膜承载力;当供油量较低时,入口润滑剂堆积的曲率半径较小,附加拉普拉斯压力较大,因此膜厚较高。

硬脂酸吸附对轴承限量供油润滑影响

在限量供油条件下利用全轴承摩擦力矩测量系统和球-环点接触油膜润滑测量仪分别对PAO10(聚α-烯烃)和PAO10S(聚α-烯烃+0.2%w/w硬脂酸)进行摩擦力矩和膜厚测量。结果表明:轴承摩擦力矩先下降后上升,存在一个对应最小摩擦力矩的临界转速。当转速低于临界转速时,PAO10S的摩擦力矩随供油量增加而减小,且明显小于PAO10的摩擦力矩。当转速高于临界转速时,PAO10S和PAO10的摩擦力矩差别减小。PAO10S产生的轴承摩擦力矩降低归因于硬脂酸吸附膜的低剪切抗力,更重要的是,因吸附膜产生润滑轨道表面能的降低,导致摩擦副的入口供油情况得到改善。润滑油膜厚度的光干涉测量结果显示,因硬脂酸的吸附PAO10S和PAO10的供油状态可分为三个区,全轴承摩擦力矩的测试结果与这三个区对应的油膜承载特性相关。

条状润湿表面对面接触限量润滑油膜的影响研究

利用面接触油膜润滑测量系统,研究了条状润湿表面对有限量供油条件下入口区供油分布及润滑油膜厚度的影响.对玻璃盘润滑轨道两侧进行疏油化处理,形成中央条状润湿区域,在有限量供油条件下测量不同速度下的油膜厚度.结果表明在表面力驱动下,润滑油向中央条状亲油区域集中,改善了入口区供油,促进了限量供油条件下的油膜形成.相对油膜厚度随速度的增加呈"S"型变化,同时研究了润滑油黏度及供油量等工作参数对条状润湿轨道作用的影响.

内燃机凸轮-滚子接触副时变非牛顿润滑分析

建立了内燃机凸轮-滚子副非牛顿时变乏油润滑模型,用膜厚比讨论每个凸轮旋转角度的润滑状态。首先,研究滚子打滑情况下接触副的润滑问题,分析了不同滑滚比对膜厚比的影响,发现滑滚比越大,膜厚比小于1.5的凸轮旋转角度越多。讨论了供油膜厚对膜厚比的影响,获得了膜厚比大幅下降的临界供油膜厚。最后,考虑实际工作温度下润滑油黏度的变化,探究了不同黏度对润滑状态的影响,发现黏度为0.01 Pa·s时,部分角度的润滑状态进入边界润滑,且某些工况下摩擦系数随润滑油黏度降低而逐渐降低。

基于梳齿沟槽阵列的集油表面润滑特性

对限量供油条件下梳齿沟槽阵列表面的润滑特性及其集油性能进行了研究。利用飞秒激光在摩擦表面制备了梳齿状沟槽阵列,形成了条状亲油区。采用摩擦力及膜厚测量仪的往复运动模块对该条状自亲油区在限量供油条件下的润滑成膜特性和减摩降磨特性进行了研究。同时,采用高速摄像机对梳齿沟槽阵列表面油滴的输运特性进行了观察。结果表明,以梳齿状沟槽阵列为边界的润滑轨道对置于其上的润滑油有明显约束作用,限制其向润滑轨道之外的铺展。在有限供油条件下,该类条状自集油表面具有较好的润滑能力、较小的摩擦因数和磨损。相对于普通润滑表面,集油表面摩擦因数减小了30%左右,而往复运动行程中心位置最小膜厚增大了20 nm。油滴在梳齿沟槽阵列表面的输运产生明显差异,朝向润滑轨道的输运距离为远离润滑轨道输运距离的1.5倍。

固体表面FAS膜转移对面接触油膜润滑影响的试验研究

利用滑块-盘面接触润滑油膜测量系统,在限量供油条件下,研究了滑块表面涂镀的疏油FAS(C_(13)H_(13)F_(17)O_(3)Si)膜对油膜润滑的影响.结果表明:部分FAS膜可以透过油膜自发地转移到玻璃盘上;由于FAS转移膜的反润湿作用,玻璃盘面上接触区出口的润滑油膜回流增强;润滑油在玻璃盘润滑轨道上由原来的双侧脊分布转变为离散液滴分布,并向润滑轨道中心区域聚集,增强了入口区供油,油膜厚度增加.

条状亲油表面的润滑特性试验研究

分别利用疏油薄膜和梳齿形凹槽队列织构,在钢表面的润滑轨道上围成了两类条状亲油区.试验表明,两类条状亲油区对置于其上的润滑油滴有明显约束作用,限制润滑油向润滑轨道之外的区域铺展.在有限供油条件下,对两类条状亲油区表面与钢球组成的摩擦副进行了测量,结果表明两类表面在混合润滑区均具有较低的摩擦力和磨损.将试验结果归因于条状亲油区边界处润滑油所受的表面力不同,从而润滑轨道自集油能力得到增强.最后,用光弹流试验证实了条状亲油区对摩擦副供油的改善.

硬脂酸界面修饰对油膜润滑影响的试验研究

研究了有限量供油条件下,硬脂酸界面修饰对滑块-玻璃盘面接触条件下油膜润滑的影响。利用面接触润滑油膜测量系统,作者测量了PAO10、甲基硅油基础油以及添加了0.1%硬脂酸的同种基础油产生的润滑油膜厚度随速度的变化曲线,理论计算了连续双侧脊薄油层和离散液滴供油条件下的油膜厚度,并对硬脂酸在盘表面的吸附进行了表征。结果表明,硬脂酸吸附层使润滑轨道表面能降低,其上润滑油发生“反润湿”呈现液滴状分布,该分布能够增高润滑膜厚;硬脂酸吸附使固体表面产生致密膜,表面粗糙度降低;离散油滴经接触区被压塌成为连续油层分布,再次恢复到离散态需要一定时间,这与固体表面吸附层密切相关;此外,二甲基硅油能够促进硬脂酸吸附,增大玻璃盘基体改性程度和润滑油膜厚度。