第6期（总第239期） 2018年12月
车用发动机 VEHICLEENGINE
油膜厚度及气穴形态可视化试验研究
许成’，张鹏伟，李健锋”，陈卓烈“，黄钰期(1潍柴动力股份有限公司，山东潍坊261001；
2浙江大学能源工程学院，动力机械及车辆工程研究所，浙江杭州310027）
No 6(Serial No 239)
Dec 2018
摘要：针对外部热流导致的油温变化可能对摩擦副润滑状态产生影响这一问题，设计并搭建外热源摩擦润滑可视化试验台，对润滑油范加热流在采集温度数据的同时，利用可视化装置测量油膜厚度，并可完成油膜气穴形态拍摄。研究发现，转速、油温等都是影响油膜厚度及气穴形态的重要因素。当转速升高时，气穴形态从宽扁型向细长型转变，而外部热流的施加容易破坏气穴形态，使油膜趋于素乱并难以辨认。
关键词：摩擦副；油膜；润滑油温度；气穴；可视化 DOI: 10 3969/j issn 1001-2222 2018 06 009
中图分类号：TK4119文献标志码：B
文章编号：1001-2222（2018)06-0055-05
在机械运行过程中，润滑能显著减少传动副之间的阻力，在节约能源的同时提升机器的使用寿命。日摩稳本身是一种做功的过程，这不过程往往伴随着温度的上升，进一步影响润滑油的物理属性，从而对润滑行为产生影响。
在以往旋转机械摩擦及润滑的相关研究中，大多仅考虑试样或零件本身因摩擦而产生的发热升温间题,并以此为基础提出散热方案，而对零件受外界加热的情况研究较少。但是，也有一些特殊的摩擦副，除本身的摩擦生热外，还受到工作环境中的热源加热，外部热流导致的润滑油温度升高，可能对润滑状态产生其他影响。这些影响可能在以往针对传统摩擦润滑油膜的理论研究中被忽略，因此需要开展些基础性的研究和探索工作，了解热源影响下的油膜形态特征及变化规律，为仿真计算分析提供参考和对比，
为了使润滑油在机械设备中起到更好的润滑作
用，常需要通过摩擦润滑试验来进行研究。润滑试验中的主要测量对象为润滑油膜本身，包括油膜的厚度、形状、压力、温度、摩擦力和流变测量等。由于油膜厚度是表征润滑状态和润滑有效程度最直接的指标，因此油膜厚度的测量是试验研究最重要的方面之一口]。从20世纪50年代起，为了精确测量油膜厚度，很多技术和方法应运而生，并在之后得到了极大的发展。
收稿日期：2018-04-04；修回日期：2018-07-05
润滑油膜厚度的测量要求高分辨率与高精度、大的测量范围与普适性、高效率与易操作、高稳定性与抗十扰。润灌油膜厚度通过电量、光程、声波等信号变换得到」。学者们研究了以下油膜厚度测量方法：电阻法"、放电电压法、电容法4-5」、电容分压法、阻容振荡法、光干涉法、X射线法、激光衍射法、激光荧光诱导法了、磁阻法、应变仪法、超声波法8-9等。其中，光干涉法测量是通过接触处润滑油膜上下两物体所反射的光线形成十涉，根据十涉条纹的级数变化确定油膜厚度。尽管因要求接触副必须透光而受到限制，但到目前为止，光干涉法在基础研究领域仍具有以下十分显著的优势：1）可观测到两摩擦副之间的油膜形状分布：2）能完成非稳态工况下瞬态油膜厚度和形状的观测；3）测量精度高达 1nm。由于光干涉法的高精度、可视化，其被广泛应用于油膜润滑测量领域，特别是基础研究领域。因此，为了兼顾油膜厚度和油膜形态的可视化观测，本研究选用双光束干涉法对油膜厚度进行测量。通过简化摩擦副的构造和运动，设计线接触摩擦副，制造外部热环境并对其加以严格的控制，同时探究润滑过程受速度、温度等参数的影响规律及其变化，以期对润滑理论模型进行一定程度的补充，并为理论分析与仿真模拟提供验证依据。
作者简介：许成（1981一），男，硕士，研究方向为内燃机可靠性与设计;xu@weichaicom
通讯作者：黄钰期（1979一），女，副教授，博士，主要从事动力机械中的流动传热机理间题研究；huangyuq@zjueduen