Page 17 - 《摩擦学学报》2021年第1期

14 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

A
Oil Oil
reservoir reservoir
h b

Contact
B Steel ball
replenishment
B
u b
h d
Inlet Outlet
Rolling track
u d
A
(a) Interferogram (b) Section of A-A

Steel ball Out-of-contact
replenishment

h side
Rolling track
Glass disc
(c) Section of B-B (d) Out-of-contact

Fig. 6 Mechanisms of starvation and lubricant replenishment
图 6 乏油产生机理与润滑剂回填机制

式中：k 和k 分别为玻璃盘和钢球表面滚道润滑剂回 为了观察黏度对润滑剂回填的影响，图7给出了PAO4
b
d
填系数，其数值取决于滚道两侧的油脊高度h side [见 和PAO40两种黏度下的油膜干涉图. 图7中供油量与
图6(d)]与赫兹接触直径a的比值，可由计算得到；γ为 图5(a)中的10 μL供油量一致，且在不同滑滚比下保持
空气与润滑剂界面的表面张力；η为润滑剂黏度；C 和 与图5(a)具有相近的入口区供油状态(入口距离)，以便
d
C 分别为玻璃盘和钢球表面滚道周长. 显然，C /u 和 于对三种黏度下的润滑剂回填特性进行比较.
b d d
C /u 分别为玻璃盘表面和钢球表面非接触回填时间， 对比图5(a)和图7干涉图可以看出，三种黏度下相
b
b
近的入口区供油状态所对应的卷吸速度明显不同. 低
可分别记为t 和t .
d
b
黏度润滑剂PAO4和高黏度润滑剂PAO40分别在u =
e
由上式(1)和(2)可知，当润滑剂供给量较大时，滚
488 mm/s和u = 8 mm/s时达到与PAO10相近的状态.
e
道两侧具有较高的油脊高度h side ，使得(2)中的回填系 由式(2)可知，若将相近的入口区状态视为相近的润滑
数较大，相应的润滑剂回填量h 较大，使得入口区具
rep
剂回填量h ，则在相同回填量条件下高黏度将对应
rep
有较多润滑剂的量和较高的油膜厚度. 同时，玻璃盘
较低的表面速度及卷吸速度，这与图5(a)和图7的试验
和钢球表面粘附油层厚度h 和h 由接触区油膜厚度决 观察相一致. 简言之，高黏度润滑剂抑制了滚道两侧
d
b
定，可近似视为接触区油膜中心厚度的一半，则油膜
润滑剂的回填，在低供油量条件下易造成乏油.
厚度升高可进一步增加入口区油量(因h 、h 和h 在 3.3 滑滚比对润滑剂回填的影响机理
b
rep
d
入口区汇合). 因而图2和图3中显示较大供油量对应于 图5和图7显示，在滑滚比从−1.0变为1.0的过程
较好的润滑状态. 当表面速度增加时，在恒定的滚道 中，乏油宽度增大或入口距离减小，暗示了入口供油
周长条件下，接触副两表面的润滑剂回填时间t 和t 减 状态变差和乏油程度的加剧. 这可从式(2)中润滑剂回
d
b
小，将削弱回填量h 及加剧乏油程度，使接触区润滑 填量h 与表面速度u 和u 的关系进行分析. 试验中，
rep
b
d
rep
状态变差、摩擦系数升高，如图2和图3结果所示. 玻璃盘与钢球表面滚道周长比值C /C ≈ 5.4，则玻璃
b
d
3.2 黏度对润滑剂回填的影响机理 盘与钢球表面润滑剂回填时间比值，如式(3)所示.
在式(2)还可看出，润滑剂黏度是影响润滑剂回填 t d C d C b C d u b u b
= / = ≈ 5.4 (3)
的另一个重要参数，显然黏度将导致回填量h 减小. t b u d u b C b u d u d
rep