凹坑表面形貌在面接触润滑状态下的减阻研究解析.PDF

第 29 卷 　第 1期 摩 擦 学 学 报 Vol. 29　No. 1 2009 年 1 月 Tribo logy J an. , 2009 凹坑表面形貌在面接触润滑状态下的减阻研究 韩中领 ,汪家道 ,陈大融 (清华大学 摩擦学国家重点实验室 ,北京 　100084) 摘 　要 : 设计了一套试验装置 ,并在面接触润滑状态下 ,进行凹坑表面形貌的润滑试验. 结果表明 ,在一定的试验 条件下 , 由于摩擦副接触面上凹坑形貌的存在 ,可观察到有气泡稳定存在于油膜中. 气泡的存在取决于凹坑的深度 和润滑油量 ,凹坑深度越深 ,润滑油量越少 ,稳定存在的气泡比例越高. 分析可知 , 由于接触面中气油界面的弯月面 力作用 ,气泡被封存于凹坑中 ,从而能稳定存在 ,因此 ,在乏油润滑时 ,在润滑油和气泡的共同承载作用下 ,较其他试 样 ,摩擦力明显减小. 在面接触润滑时 ,从乏油润滑到全膜润滑的过程中 ,存在着一个最优凹坑深度 ,在此深度时 , 摩擦阻力最小. 通过计算分析可知 ,凹坑的最优深度和摩擦副间距大小相当 ,且理论分析结果和试验结果吻合. 关键词 : 面接触润滑 ;乏油 ;表面形貌 中图分类号 : TB752; TQ 174 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 0595 (2009) 0 1 - 0010 - 07 　　在生产实际中 ,摩擦副的接触面往往进行刮研 坑形貌 ,并设计了相应的试验装置. 等处理 ,其主要 目的有 :一方面是配合的需要 ,另一 1　实验部分 方面是获得特殊的表面形貌以减少摩擦力 , 降低摩 擦系数. 很多学者对类似的规则表面形貌进行了研 1. 1　表面形貌的加工 究 ,结果表明 ,表面上的微凹坑能改善摩擦副的摩擦 本文使用腐蚀的方法来加工接触面的凹坑形 [ 1 - 6 ] # 学性能 . 貌 ,试样材料使用 45 钢. 凹坑形貌的加工过程如 ( ) 因为乏油等原因 ,摩擦副接触面中往往含有气 图 1所示 ,包括 3 个步骤 : ①如图 1 a 所示 ,根据 泡 ,从而影响摩擦副的摩擦学性能. 而接触面上的 凹坑形貌的分布制作防腐蚀掩膜 , 图中白色部分为 凹坑 ,增大了乏油润滑时摩擦副中出现气泡的可能 凹坑区域 ; ②将防腐蚀掩膜贴在试样表面 ,然后将 性. 在设计流体动压轴承时 ,往往认为油膜中的气 　　　 泡对轴承的润滑承载过程是起消极作用的 , 因此设 计的润滑系统尽可能的将油膜中的气体排出. 不 过 ,先前的研究指出 ,滑动轴承在运行的过程中 ,油 膜中总是不可避免的混入气泡 [ 7 ] ,从而形成含气油 膜润滑. 同时 ,有研究表明 ,含气油膜对轴承的承载 能力有促进作用 [ 8 - 11 ] ,其中大多数的研究认为含气 油膜承载力的增加是因为气泡的进入使得油膜的黏 度变化造成的. 但是 ,也有学者的研究得到了相反 的结论 ,认为气泡对油膜的承载力影响很小 [ 12 - 15 ] . 主要研究 目的是 :面接触润滑时 , 改变