Page 14 - 《摩擦学学报》2021年第1期

第 1 期 江楠, 等: 滑滚条件下定量润滑状态与润滑剂回填效应试验观察 11

状态下摩擦力的测量，钢球驱动电机及加载杠杆置于 表 1 试验条件
回转支撑上，当接触副两表面存在滑差时，摩擦力被 Table 1 Experimental conditions

限制加载杠杆回转的两个压力传感器捕获. 试验前对 Parameters Specification
Entrainment speed，u e /(mm/s) 2 ~ 512
回转支撑轴承产生的系统误差进行标定，并施加预拉
Sliding-rolling-ratio, ζ −1.0 ~ 1.0
力抵消系统误差，以保证测量结果准确性. Load/N, Maximum Hertz pressure/GPa 32, 0.49
1.2 试验条件 Lubricant amount/μL 5, 10, 20, 100
试验所用玻璃盘为K9玻璃，直径为150 mm，接触 Ambient temperature/℃ 20±1
盘面镀有析光Cr膜；钢球为G5精度，直径为25.4 mm.
玻璃盘和钢球的表面粗糙度分别约为20 nm和14 nm. 表 2 不同滑滚比下的盘速和球速, u e = 128 mm/s
试验条件列于表1中. 为了定量表示不同滑滚状态，定 Table 2 Disc speed and ball speed under different
sliding-rolling ratios, u e = 128 mm/s
义 滑 滚 比 ζ = Δu/u ， Δu = (u −u )； 其 中 u = (u +
d
e
d
e
b
u )/2为卷吸速度，u 和u 分别为玻璃盘和钢球接触点 x −1.0 −0.6 −0.2 0 0.2 0.6 1.0
b
b
d
u d /(mm/s) 64.0 89.6 115.2 128.0 140.8 166.4 192.0
线速度. 为了考察恒定卷吸速度下滑滚比对润滑油膜
u b /(mm/s) 192.0 166.4 140.8 128.0 115.2 89.6 64.0
的影响，试验设定卷吸速度为u = 128 mm/s，滑滚比
e
在−1.0至1.0的范围内变化，与滑滚比对应的盘速和球
表 3 试验用润滑油性质
速值列于表2中. 依据滑滚比定义，当盘速大于球速时
Table 3 Properties of lubricants used in experiments
滑 滚 比 为 正 值 ， 反 之 为 负 值 . 试 验 采 用 了 PAO4、
3
Lubricant Viscosity(Pa·s@20 ℃) Density(kg/m @ 20 ℃)
PAO10和PAO40三种不同黏度的润滑油，其性质列于
PAO4 0.03 0.820
表3中. 试验前，通过试验装置平移单元确保每次供油 PAO10 0.13 0.835
下接触点线速度与滑滚比相等. 每次布油前，使钢球 PAO40 0.78 0.842
与玻璃盘处于刚刚接触状态，通过纯滚动的方式将润
图2中入口区域的白色虚线为入口油-气乏油边界，该
滑油布置到玻璃盘轨道上.
[4]
边界与接触区边缘的距离l 可用来量化乏油程度 ，即
1
2 试验结果
l 越小乏油程度越严重. 可以看出，在供油量为5 μL的
1
2.1 恒定滑滚比下供油量对润滑油膜及摩擦系数 条件下，当卷吸速度为u = 64 mm/s时，在试验可视范
e
的影响 围内已经出现乏油边界，并对接触区外形与膜厚产生
图2给出了恒定滑滚比ζ = 0.6条件下，供油量分别 微弱影响；在卷吸速度为u = 96 mm/s时乏油边界已到
e
为5、10、20和100 μL时油膜干涉图随速度的变化规律. 达接触区边界，即l = 0；当u ≥ 128 mm/s时，乏油边
1
e
5 μl
Inlet
l 1
a meniscus
Outlet
cavitation
10 μl
u e
h min
20 μl

100 μl

u e =8 mm/s u e =64 mm/s u e =96 mm/s u e =128 mm/s u e =256 mm/s u e =384 mm/s u e =512 mm/s

Fig. 2 Variations of images with entrainment velocities under different lubricant charging amount, PAO10, ζ = 0.6
图 2 不同供油量下油膜干涉图随卷吸速度变化，PAO10，ζ = 0.6