应用案例

【概述】

某研究团队使用功率放大器，搭建油膜电击穿实验系统。现有润滑油品击穿电压多在静态、2.5mm电极间隙条件下测得，尚缺乏运动界面纳米量级动态润滑油膜击穿电压的标准测量方法；同时，变频器导致的轴承轴电压具有交流电属性，目前缺乏交流电场作用下弹流润滑油膜击穿阈值电压的系统研究，亦未见交直流电场下油膜击穿电压数值的直接对比报道，制约了对轴承电腐蚀机理的深入认知。为此，本研究基于外加电场作用下的光弹流润滑油膜测量装置，开展动态润滑油膜电击穿行为的试验研究。

实验名称：交流和直流电场作用下弹流润滑油膜击穿电压测量与击穿特性研究

实验目的：本研究旨在通过对比直流法、交流法、油膜放电可视化法三种测量方式得到的弹流润滑油膜击穿电压，明确卷吸速度、载荷、润滑油黏度对弹流润滑油膜击穿电压的影响规律，阐明油膜击穿后的电信号特征与绝缘恢复特性，为运动界面纳米量级润滑油膜击穿电压的测量提供试验依据，支撑摩擦副界面润滑膜电击穿行为及其演化机制的研究。

测试设备：球盘滑滚接触光弹流润滑油膜测量仪，直流电源、波形发生器、功率放大器、示波器、电流探头、差分电压探头；红绿双色激光光源、同轴照明显微镜、CCD相机；轴承钢球、碳化钨盘等。

实验过程：首先基于Hamrock-Dowson公式计算不同工况下的最小油膜厚度与λ值，界定润滑状态；采用阶跃式逐级升压方式，分别在直流、1kHz正弦交流电场下，通过监测回路电流突变判定油膜击穿电压，同时通过CCD相机捕捉白光放电现象作为可视化击穿判据；系统测试卷吸速度（0.05~0.6m/s）、载荷（1~20N）、润滑油黏度（PAO8至PAO100系列聚α烯烃基础油）对击穿电压的影响；在油膜击穿后采用逐步降压方式同步采集电压、电流信号与油膜干涉图像，分析击穿后的电信号特性与绝缘恢复滞后行为。

图1外加电场作用下光弹流润滑油膜测量装置图

实验结果：三种方法测得的弹流油膜击穿电压变化趋势一致，相对误差小于23%，其中交流法测得值较直流法偏低，最大偏差约为15%，可视化放电法因以白光放电为判据测得值偏高；弹流油膜击穿电压主要受接触区油膜厚度调控，双对数坐标下击穿电压随卷吸速度升高近似线性上升，随载荷增加整体呈下降趋势，低载荷流体动压润滑阶段击穿电压对载荷变化更敏感；油膜击穿后存在绝缘性能恢复滞后特性，击穿产生的焦耳热降低入口润滑油黏度、减小膜厚，导致外加电压低于初始击穿阈值时油膜仍可保持导电状态。

图2不同测量方法测得的击穿电压数值对比

图3当电压从0V变化至3V，再从3V变化回0V时，润滑油膜厚及干涉照片(直流电压，PAO40，100mm/s，10N)：(a)电压电流变化；(b)油膜电阻随电压变化；(c)最小油膜厚度随电压的变化；(d)油膜干涉照片

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