[发明专利]一种阶梯轴承界面滑移长度的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种界面滑移长度的测量方法，具体的说是指一种在微米或亚微米膜厚条件下阶梯轴承界面滑移长度的测量方法，属于面接触流体润滑实验测量技术领域。 

背景技术

经典的润滑理论一般认为液体在固体表面流动时，与固体表面相邻的流体会以相同的速度随固体运动，即润滑油膜与固体表面间无界面滑移存在，称为“无滑移边界条件”。随着微/纳米科技及其相关领域的发展，人们借助于一些现代测试手段(如原子力显微镜(AFM)、表面力仪(SFA)、近场激光速度仪(NFLV)、微颗粒显影技术(μ-PIV)等)及分子动力学模拟(MDS)技术，研究发现无滑移边界条件假设在某些情况下不再成立，即：界面滑移在许多情况下都会存在，例如：在精密机械系统中润滑膜的厚度低至亚微米，产生的高压、高粘度和高剪切率会造成界面滑移。

目前，人们通过多种手段证明了微米/亚微米膜厚条件下界面滑移的存在，但是滑移长度的测量是公认的难点。界面科学领域采用间接测量的毛细管技术、直接测量的TIR-FRAP方法，PIV方法等，但是，这些测量方法得到的数据均很难应用于流体动压油膜界面滑移的分析，如TIR-FRAP法只能获得相对滑移，表面力仪或原子力显微镜测量的膜厚尺度与剪应变率与实际流体动压油膜相差很大，数据外推可能会导致出现错误的模型。

青岛理工大学郭峰、栗心明等人通过弹流冲击及光干涉条纹追踪技术成功实现了弹流接触条件下油膜界面滑移的测量，结果给出了滑移长度随剪应变率的非线性变化。但该方法仅可用于弹流油膜的界面滑移测量。对于工程中常见的面接触阶梯轴承件，必须寻找新的测量方法。郭峰等人研制的微型滑块轴承润滑油膜测量仪（如图1所示），为测量阶梯轴承中润滑油膜的界面滑移长度提供了实验设备基础。在实际的工程应用中，测量阶梯轴承中润滑油膜的界面滑移长度，对于精密机电系统设计中如何减小摩擦力，减小表面阻力，降低功耗，提高系统寿命具有重要的指导意义。因此，探索一种简单易行的在微米/亚微米膜厚条件下阶梯轴承界面滑移长度的测量方法是很有必要的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种阶梯轴承界面滑移长度的测量方法，可靠易行，利用微型滑块轴承润滑油膜测量仪测量在微米/亚微米膜厚条件下阶梯轴承界面滑移长度，从而为精密机电系统设计中减小摩擦力与表面阻力，降低功耗，提高系统寿命，提供重要的指导性数据。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是，一种阶梯轴承界面滑移长度的测量方法，包括如下步骤：

第一步，设定测量工作参数并进行预调节：

在透明圆盘上加入待测量润滑油，固定阶梯滑块，使阶梯滑块与透明圆盘表面均匀接触；施加预定载荷并以预定速度旋转透明圆盘，通过观察接触区域内的干涉条纹，调整阶梯滑块与透明圆盘的倾角，使转动过程阶梯滑块表面与透明圆盘表面相互平行，即倾角为零；

第二步，测量油膜厚度：

当透明圆盘的稳定旋转速度达到设定值后，使其停止转动，记录光强变化并进行处理，获得阶梯滑块出口区油膜厚度；

第三步，计算滑移速度：

由如下公式计算得出滑移速度                                                ：

上述公式中：

—滑移速度， —阶梯滑块出口区油膜厚度，—盘速， —阶梯高度， —载荷，—阶梯轴承长度，—滑块总宽，—润滑油粘度， —几何参数；

第四步，计算滑移长度：

由如下公式计算得出滑移长度：

上述公式中：

—滑移长度，—滑移速度， —阶梯滑块出口区油膜厚度，—盘速。

上述的阶梯轴承界面滑移长度的测量方法，在第一步设定测量工作参数并进行预调节中，反复调整阶梯滑块与透明圆盘的倾角，使转动过程中阶梯滑块表面与透明圆盘表面相互平行，是通过如下方式实现的：在加载杠杆上施加预定的载荷，观察干涉条纹的疏密程度和方向的变化，根据观察到的干涉条纹调整阶梯滑块，使阶梯滑块与透明圆盘平行；旋转透明圆盘，在干涉条纹的疏密程度和方向发生变化的位置使透明圆盘停止转动；再次调整阶梯滑块，使干涉条纹的疏密程度和方向恢复到设定状态，重复该过程，直到阶梯滑块和透明圆盘平面达到平行。

上述的阶梯轴承界面滑移长度的测量方法，第四步计算滑移长度中，如果计算所得滑移长度时，说明此时盘速过低，需要调整后再行测量。

本发明具有如下优点及有益技术效果：