1 引 言
黏度，又稱(chēng)黏滯系數(shù)或內(nèi)摩擦系數(shù)。定性來(lái)說(shuō)，黏度是用來(lái)表征流體抵抗剪切變形的能力; 定量來(lái)說(shuō)，黏度是剪切應(yīng)力與剪切速率的比值。作為流體的一種固有屬性，黏度能夠直接反映不同流體的特性，是表征流體動(dòng)壓潤(rùn)滑性能的重要參數(shù)之一。作為評(píng)價(jià)油品的重要物理指標(biāo)，黏度的變化會(huì)影響潤(rùn)滑油功能的實(shí)現(xiàn): 黏度是決定油膜厚度及影響系統(tǒng)摩擦力的重要因素，它直接影響機(jī)械的磨損程度、摩擦表面失效、摩擦功率損失以及工作效率等。如果黏度過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油的成膜能力降低，油膜的承載能力下降，使機(jī)器的磨損程度增大;如果黏度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油流動(dòng)速度緩慢，冷卻效果也會(huì)受到影響，而且黏度增大還會(huì)增加摩擦消耗的功率。
由于黏度受環(huán)境溫度、壓力等因素的影響較大( 黏度隨潤(rùn)滑液體溫度的升高而減小，隨壓力的增加而增大) ，要實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油的良好功能，同時(shí)避免因潤(rùn)滑油黏度變化帶來(lái)的摩擦、磨損問(wèn)題，測(cè)定特定工況條件下的黏度對(duì)潤(rùn)滑油潤(rùn)滑特性影響的研究更具有指導(dǎo)意義。
對(duì)于潤(rùn)滑油黏度的測(cè)量，研究者進(jìn)行了大量、系統(tǒng)的工作［1］，發(fā)展了許多比較成熟的方法，如毛細(xì)管法、旋轉(zhuǎn)法、落球法等［2-4］。但這些黏度測(cè)量方法均存在著各自的局限性，只能在特定的工況條件下才能測(cè)定流體黏度，而且其工作條件均不是流體動(dòng)壓條件。也就是說(shuō)，這些測(cè)定方法均無(wú)法測(cè)定潤(rùn)滑油實(shí)際工作條件下的真實(shí)黏度。
在流體動(dòng)壓潤(rùn)滑條件下，黏度是油膜厚度的函數(shù)［5］，也是決定油膜厚度的重要因素。筆者所在實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)了面接觸滑塊軸承潤(rùn)滑油膜光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其原理是在一定載荷下以靜止的微型滑塊平面和旋轉(zhuǎn)的光學(xué)透明圓盤(pán)平面形成流體動(dòng)壓潤(rùn)滑油膜，利用光干涉法對(duì)潤(rùn)滑油膜的厚度值進(jìn)行測(cè)量。本文基于實(shí)驗(yàn)室自主開(kāi)發(fā)的試驗(yàn)臺(tái)，提出了一種在流體動(dòng)壓潤(rùn)滑條件下，測(cè)量潤(rùn)滑油黏度的方法。該方法在測(cè)量油膜厚度的同時(shí)，可以間接得出潤(rùn)滑油的黏度。與傳統(tǒng)的黏度測(cè)量方法相比，該方法的適用工況是在流體動(dòng)壓條件下，更接近機(jī)械的實(shí)際工作條件，可以為潤(rùn)滑油的深入研究提供指導(dǎo)。
2. 試驗(yàn)設(shè)備
所用試驗(yàn)裝置為實(shí)驗(yàn)室自主開(kāi)發(fā)的光干涉面接觸油膜厚度測(cè)量裝置，其油膜厚度測(cè)量系統(tǒng)的原理圖如圖 1 所示。
微型滑塊面接觸測(cè)量系統(tǒng)在一定載荷條件下，以靜止的微型滑塊平面和旋轉(zhuǎn)的光學(xué)透明圓盤(pán)平面形成面接觸摩擦副［6］。測(cè)量時(shí)滑塊固定，潤(rùn)滑副通過(guò)加載杠桿施加 4N 的載荷，波長(zhǎng)為 650nm 的紅光經(jīng)玻璃盤(pán)下部的同軸照明設(shè)備輸入顯微鏡照射在微型滑塊和玻璃盤(pán)形成的楔形間隙上，形成干涉圖像，滑塊傾角以楔形間隙形成的干涉條紋數(shù)表，通過(guò)調(diào)節(jié) 8 顆調(diào)節(jié)螺釘調(diào)整干涉條紋數(shù)目［7］�；瑝K傾角可由式( 1) 得出，光學(xué)透明圓盤(pán)以給定速度轉(zhuǎn)動(dòng)，使之與滑塊之間形成動(dòng)壓潤(rùn)滑油膜( 其最小膜厚 h0位于出口處) 。通過(guò)記錄透明圓盤(pán)啟動(dòng)或停止過(guò)程中干涉圖像中一點(diǎn)的光強(qiáng)變化，即可推算出 h0［8］。
式中，λ 為 650nm 的紅光波長(zhǎng); N 為 10 條干涉條紋數(shù); 采用阿貝折射儀測(cè)得潤(rùn)滑介質(zhì)的折射率 n為 1．447; B 為滑塊寬度 4mm; 滑塊傾角 α 為 5．6×10－4rad。
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