在往复试验中生成Stribeck曲线
术语斯特里贝克曲线用于描述在通常跨越边界、混合和流体动力学状态的条件下显示液体润滑剂摩擦特性的曲线图。每个区域由薄膜厚度与表面粗糙度的比值或λ比(图1)定义。这样的曲线通常用于评估润滑油粘度或润滑油添加剂包装变化的影响，或表面粗糙度的影响。生成Stribeck曲线的主要要求是流体可以被拉入收敛间隙，从而产生压力增加来支持负载(图2)。
历史/传统测试几何
瑟斯顿的经典作品1,马顿斯2, Stribeck3.和赫西4我们使用滑动轴承几何图形来完成，该几何图形具有上述所有要求(图3)。仪器化的滑动轴承测试允许在相对速度和/或负载范围内评估摩擦。在斯特里贝克曲线中，摩擦系数(COF)的关键参数被称为赫西数。赫西数是由速度(m/s)乘以动态粘度(Pa∙s = N∙s/m2)，再除以轴承单位长度的载荷(N/m)得到的无因次数。
获得Stribeck曲线的最简单方法和最常用的方法，只要有适当的收敛间隙几何，就是保持两个变量固定(例如，负载和粘度)，并在适当的范围内改变第三个变量(例如，速度)，以便接触界面通过粗糙接触区域(边界)，以及完全的液膜分离(水动力)。在实验室中，这最容易在单向方式下完成，在溢流润滑下使用销侧对旋转盘(POD)，销端接触几何形状产生汇聚间隙。
Stribeck曲线生成的往复运动
然而，最近有相当大的兴趣评估润滑剂摩擦特性使用往复试验模式。这种试验台有时被称为高频往复试验台(HFRR)或srv型试验。(SRV是德语Schwingung Reibung Verschleiß的首字母缩写，意思是往复摩擦和磨损)。如何使用往复测试模式的一个例子是模拟汽车发动机气缸中活塞环的润滑状况。
在往复模式下绘制斯特里贝克曲线的挑战在于，在换向前的足够长的行程中，要有足够的速度，以建立达到流体动力润滑状态所需的压力和油膜厚度。本文描述了在高频往复运动条件下，使用抛光圆柱销子的几何形状对高度抛光的平板进行这样的测试。为这项工作设置了一个Bruker UMT TriboLab(图4)，配备了一个加热的高速往复工作台。
在这种高频往复钻机(HFRR)中，30 Hz条件下的平均速度为0.42米/秒，中间行程时的最大速度为0.59米/秒，足以达到流体动力润滑状态。一个标准的圆柱形钢销钉(直径9.5 mm x 15.5 mm长，粗糙度19µm Ra)被固定在一个旋转自调心支架中，并加载在高度抛光的52100钢板(0.013µm Ra)上。图5a显示了试验室内的样品。作为圆柱形侧销和平板的替代品，也可以使用由实际部件制成的样品(图5b)。
在所有测试中，行程长度固定为7毫米，负载为20 N，频率从0.1 Hz到30 Hz不等。采用了3种不同粘度的聚α烯烃油(PAOs)，分别为PAO-2、PAO-10和PAO-40(破折号为100℃时cSt的粘度)。试验在室温下进行。图6显示了这三种粘度润滑剂的测试结果的Stribeck曲线。
附加的标准往复测试能力
虽然目前还没有在往复或单向运动中生成斯特里贝克曲线的标准发布测试方法，但可以对低样本进行相同的往复运动，进行许多其他与润滑剂性能相关的测试。通过将圆柱体侧上样品交换为球或平销，并调整频率和/或行程长度，相同的设置可用于运行以下标准ASTM-， DIN-或iso颁发的往复测试:
ASTM D5706-11:用高频线性振荡(SRV)试验机测定润滑脂极压特性的标准试验方法
ASTM D5707-11:用高频线性振荡(SRV)试验机测量润滑脂摩擦和磨损性能的标准试验方法
ASTM D6425:测量极压润滑油摩擦和磨损性能的标准试验方法
ASTM D6079-11:用高频往复钻机(HFRR)评价柴油燃料润滑性的标准试验方法
ASTM D7688-11:用高频往复钻机(HFRR)通过目视观察评价柴油燃料润滑性的标准试验方法
ASTM D7594-11:用高频线性振荡(SRV)试验机测定润滑脂在高赫兹接触压力下的微动耐磨性的标准试验方法
ASTM D7755-11:确定的标准实施规程高频线性振荡(SRV)试验机所使用的标准试样的磨损量
ASTM G133-10:线性往复球在平面上滑动磨损的标准试验方法
ASTM G203-10:往复摩擦系统中测定摩擦能量耗散的标准指南
ASTM G206-11:往复磨损试验中活塞环段对平片磨损量的测量标准指南
DIN 51834:润滑油摩擦磨损数据的测定
ISO 12156 - 1:2006:柴油。使用高频往复钻机(HFRR)的润滑性评估第一部分:测试
作者
史蒂夫·谢弗博士
Bruker高级应用科学家
参考文献
- Robert H. Thurston，《用新方法和新仪器测定摩擦定律和摩擦系数》，Trübner and Co，伦敦，1879年。
- 马丁斯，阿道夫，Schmieröluntersuchungen[石油研究]，Mitteilungen aus den Königlichen Technischen Versuchsanstalten zu Berlin, Ergänzungsheft III[由柏林皇家技术测试研究所发布，补充卷III]， Julius施普林格，柏林，1888,1-37。
- Stribeck, Richard, Die Wesentlichen Eigenschaften der Gleit- und Rollenlager[滑动轴承和滚子轴承的主要特性]，Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure[德国工程师协会杂志]36 (Band 46)， 1902年，1341 - 48,1432 - 38和1463 - 70。
- 赫西，梅奥，水平滑动轴承的润滑规律，华盛顿科学院学报，1914年第4期。
- 摩擦学家和润滑工程师协会- www.stle.org
