[实用新型]真空环境下球-盘滑动摩擦副液体润滑状态光学测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种真空环境下球-盘滑动摩擦副液体润滑状态光学测试装置， 属于空间摩擦学技术领域。

背景技术

液体润滑剂是应用最广泛的润滑材料，摩擦副之间润滑剂的厚度及其分布是确定 其润滑状态的重要因素，通过光学方法表征摩擦过程中润滑剂的厚度及其分布是研究润滑 剂状态的常用手段之一。

液体润滑剂包括矿物油、合成油、动植物油和水基液体等。因为这类润滑剂具有低 而稳定的摩擦系数、较宽的粘温系数、压缩比小、散热效率高、对运动部件的尺寸和精度、性 价比较高等优点，为解决不同的摩擦工况（负荷、速度和温度等）条件下运动部件的润滑问 题提供了较多的选择。近年来，离子液体以其极低具有挥发性和优异的热稳定性和粘温性 等特点也被应用于钢/钢、钢/铝、钢/铜、钢/单晶硅、钢/陶瓷、陶瓷/陶瓷等摩擦副的润滑 剂，在室温或高温、高低负荷下都具有优良的减摩和抗磨性能。

采用液体润滑剂润滑的摩擦副通常可采用弹流润滑(Elastohydrodynamic Lubrication)、边界润滑(BoundaryLubrication)和干摩擦(DryLubrication)等描述其 润滑状态。干摩擦是摩擦副之间无润滑剂而完全接触的极端情况，此时摩擦副之间不存在 润滑剂的作用，摩擦学性能完全取决于接触区的表面性质。弹流润滑是液体润滑摩擦副的 理想润滑状态，此时摩擦副之间被一层完整的润滑剂薄膜隔开，摩擦主要发生在润滑剂分 子之间，即所谓的内摩擦，摩擦副之间不发生接触。形成弹流润滑的必要条件如下：（1）摩擦 副接触表面沿相对运动方向必须形成收敛的楔形间隙，（2）必须有足够大的相对滑动速度， （3）润滑油必须有一定的粘度。边界润滑是由于摩擦副之间不满足上述弹流润滑条件而导 致润滑剂薄膜不完整，摩擦副表面部分接触的润滑状态。此时不能充分发挥液体润滑剂的 特性，决定摩擦表面之间摩擦学性质的是润滑剂和表面之间的相互作用及所生成的边界膜 的性质。边界润滑可以看作由弹流润滑到干摩擦之间过渡状态，是一种不稳定的润滑状态。 可见，润滑剂薄膜的形成和保持是有条件的，由于摩擦工况和环境的不同，液体润滑剂在摩 擦副之间的厚度及其分布状态也不一样，随着润滑剂薄膜厚度的变化，润滑状态发生变化， 相应地导致摩擦副的磨损率发生变化。当摩擦副之间的法向接触载荷较大，温度较高，润滑 剂的粘度较小时，润滑薄膜的厚度也较小。当摩擦条件不足以形成完整的润滑剂薄膜时，摩 擦副之间的油膜厚度发生破裂，摩擦副之间形成部分接触，导致磨损程度增大。

在液体润滑条件下，液体润滑剂的润滑状态是影响液体润滑摩擦副摩擦学性能的 关键因素，液体润滑剂在摩擦副之间的厚度及其分布是表征润滑剂润滑状态的重要参数之 一。液体润滑状态除了受到润滑剂本身的性质影响之外，还受到摩擦副材料的材质、形状、 表面状态，以及摩擦工况和环境的影响，因此，液体润滑状态是由特定的润滑剂、摩擦副、工 况和环境等因素确定的总体特性，特别是环境对液体润滑状态的影响不可忽视。

球-盘滑动摩擦副是一种典型的摩擦副形式，可以方便地模拟出多种实际摩擦机 构在点-面接触下的滑动摩擦状态，摩擦工况（载荷、速度等）易于调控，摩擦副材料容易制 备和检测，实验条件的重复性较高，是目前摩擦学研究的通用实验技术之一。

空间环境下摩擦副及其润滑状态是确保航天器运动机构，特别是长期暴露于空间 环境下的运动机构可靠性的关键。真空环境是空间环境的基本特征，与大气状态不同的是 在真空下液体润滑剂易于挥发而导致其性能退化甚至失效。为了更好地应用液体润滑剂解 决空间真空环境中的摩擦学问题，首先必须掌握真空环境下摩擦副之间液体的润滑状态及 其变化规律。然而目前国内外尚未建立真空环境下表征摩擦副液体润滑状态的实验装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种真空环境下球-盘滑动摩擦副液体润滑状态光学 测试装置，该装置是将真空系统、球-盘摩擦机构和光学测试系统优化集成，建立具备真空 环境下测试润滑剂厚度及其分布的真空摩擦副液体润滑状态光学测试系统，为研究空间真 空环境下液体的润滑状态及其变化规律提供技术条件。

一种真空环境下球-盘滑动摩擦副液体润滑状态光学测试装置，其特征在于该装 置包括真空系统、球-盘摩擦机构和光学测试系统：