【摘 要】
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经典流体润滑力学都是基于无滑移边界假设,但随着微纳米测试技术的飞速发展,发现微纳米尺度下的边界滑移不可忽略。车辆传动系统中的齿轮、蜗轮蜗杆、凸轮、轴承、泵、马达以
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经典流体润滑力学都是基于无滑移边界假设,但随着微纳米测试技术的飞速发展,发现微纳米尺度下的边界滑移不可忽略。车辆传动系统中的齿轮、蜗轮蜗杆、凸轮、轴承、泵、马达以及牵引传动等高副接触摩擦副,接触区油膜工作压力高达GPa量级、油膜极薄,容易出现边界滑移。此时,界面处油液的速度不再简单地等于壁面的运动速度,同时油膜厚度、承载力及摩擦力等特征参数也发生变化,可见边界滑移对润滑油膜的动态特性有显著影响。但已有的边界滑移测量技术无法适用于高压高剪切苛刻工况下滑移的测量,使得该条件下边界滑移的研究陷入困境。本文针对高压摩擦副的边界滑移特性,实验验证了高压摩擦副边界滑移现象的发生,同时对滑移的程度用滑移长度实现了量化分析,最后利用实验的方法分析了剪应变率等因素对边界滑移长度的影响规律。本文首先提出一种基于光干涉技术的近壁面流体速度实验测量方法,自主设计搭建适用于高压高剪切条件下的弹流润滑膜厚测量实验台,通过实验得到弹流油膜干涉图像,然后利用基于多光束干涉原理的图像分析软件得到润滑油膜厚分布图,最后利用H-D经验公式反推得到润滑油实际卷吸速度,进而得到近壁面的流体速度。利用纯滚动工况验证了利用H-D经验公式反推得到实际卷吸速度这一实验原理的可行性和准确性。零卷吸工况下的实际卷吸速度与基于无滑移假设的理论卷吸速度的差异,验证了边界滑移现象的存在。盘滑和球滑工况的实验结果,进一步验证了边界滑移的存在,同时得到在实验条件下,相比于玻璃盘界面(Cr膜)的滑移程度,钢球界面(Steel)滑移程度可以忽略,即认为只在Cr膜和润滑油之间发生了滑移。针对高压高剪切弹流油膜边界滑移长度无法量化且各参数对滑移影响尚不清晰的现状,定义了通用滑移长度公式,量化了滑移程度并分析了各种因素对滑移长度的影响。结果表明,滑移长度随剪应变率剪呈现出明显的非线性特性。滑移长度随剪应变率的这种变化趋势,与已有的分子动力学模拟结果类似;压力和粘度的增大可以增大滑移长度,界面润湿性越差,滑移长度也越大。对不同影响因素对滑移长度的影响规律做出了相关解释,为之后深入研究某个因素的影响规律提供启发和理论支持。
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