使用接触电阻调查弹性流体动力润滑粗糙膜形成能力-本科毕设翻译-中英对照.pdf

武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 1 使用接触电阻调查使用接触电阻调查 EHL 弹性流体动力润滑弹性流体动力润滑 Elasto Hydrodynamic Lubrication 粗 粗糙糙膜形成能力膜形成能力 J Lord1 R Larsson 摘要摘要 高负载的机械零件譬如齿轮和凸轮在运行中形成了不光滑的表面形状 众所 周知的是在这种粗糙面上成膜性能与在那些绝对光滑表面是有区别的 形成隔膜 的能力也随时受磨合环境的改变的影响 在这项研究中 一个光滑的钢球被施与 压向阀盘的压力 并且类似平移一样在纯滚动的条件下运行 几个不同的钢表面 在用电阻和电容检测接触的公称 EHL 条件下被测试 每一个面第一次都磨合 15 分钟 然后被垂直上升曲线决定的速度扫描 电子接触测量值继续在和垂直上升 一样的情况下磨合 完全配方的齿轮油以及它底部的流体被用作测试润滑油 结 果显示表面部分在磨合期的油液比在结构表面和形成的润滑膜之间的油液更有 竞争力 在测试条件下 初始的表面形状决定润滑膜的形成 而金属间的接触可 以使这种润滑膜迅速形成 这种膜好像也可以有效地阻止因表面形状变化引起的 结构位移 并且这种位移比期望的还要小 1 1 引言引言 在应用中 譬如凸轮和齿轮 摩擦接触常常发生在剧烈的流体弹性动力的情 况下 这种力伴随着高压和极薄的润滑膜 而且施与运行机构间的表面不是绝对 光滑的 这种膜将变得像碰撞那样薄 尽管光滑的表面也许最适合润滑 但是在 成本方面却是一个缺点 因此 磨合期的表面作为最后完成的步骤 当接触发生 在这种情况下时 系统动作的超时极少会稳定 在新的表面上经常的磨合 会造 成的越来越少的金属接触 因此 有效的允许接触适应条件 依据磨合过程的条 件将会使侧重点出现不同 而且如果条件太剧烈 接触将会失效 在实际的 EHL 接触中估量膜的厚度确实很难 如果允许一个表面是透明的 譬如 玻璃或者蓝宝石 膜的厚度也许会很容易的利用光学的干涉度量分析法估 量出它的厚度 如果这种做法不适合该研究 譬如当需要使用一个钢的表面 电 学的方法也许更可取 在实践中 两个不同的变量也许都适合来揭示接触的一些 性能 两个接触面间的电阻说明了金属直接接触的面积 而电容则可以估量膜的 厚度 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 2 利用阻力系数来推导实际接触面积并不显著 因为它不仅依据界面的电阻 率 还要依据接触点的数量 因此 测量值常常被用作定性的分析 不管怎样 Guangteng 等人做了一个想把电阻测量值和同时产生的光学测量值联系在一起 的尝试 因为润滑油常常是一种绝缘体 电阻测量法在充满润滑流型中作用非常有 限 但是 当绝缘体介质分离开两个导电体时 一个天然的电容就形成了 电容 值来描述两个导电体的分离量 较高的值表示膜较薄 电容测量法也倾向于定性 分析 因为它难以直接评估完全接触的实际表面分离量 然而 利用光学干涉法 或理论模型来校正电容的方法是可能度量膜厚度的 这需要光滑的表面 由于更 大的表面面积 粗糙度的增加会显著地改变接触电容 譬如 Ten Napel et al 展示 的那样 Furey 是第一批对滚珠圆表面的 EHL 接触采用电子方法的人 利用单变量的 电阻的方法来决定在接触面上添加半径为Ra为 200 250 纳米的不同添加剂的影 响 他归纳出 不同的添加剂对测试特征产生不同的提升 尽管他还不确定决定 这种特征的是因为添加剂促进的磨损还是因为表面的层次的影响 Lugt 等人使 用电阻的方法来研究阀盘与阀盘之间粗糙表面的磨合 并证实了这种磨合也许可 以视为系统与当前运转条件一致的反复过程 他们也描述了表面分离对涉及到不 同滚动滑动比的依赖性 尽管电阻测试方法是决定粗糙面接触量的常用方法 但是也可用电容的测试 方法来达到相同的目的 Masen 等人利用几个粗糙钢的表面的一个电容计的一段 时间的平均信号值来调查垂直旋转的特征 作为一个指示器 电容本身的价值并 没有被利用 采用的而是金属间接触可以被检测到的时间百分比 目前的焦点在于研究较短磨合期特征和那些类似自动运转且充满润滑齿轮 油变速箱的表面的垂直上升速度 采用这种方法需要接触的电阻以及电容 为调 查在都充满润滑膜和混合润滑油的运转情况下的接触提供可能 2 2 实验内容 实验内容 2 12 1 设备设备 一个强化过的滚珠和阀盘设备被用于测试 使用的不是常见的透明的阀盘 而是钢的阀盘 仅仅这些 用光学干涉法来决定膜的厚度是不可能的 实际上 使用一种电子方法可以同时测出接触的电阻和电容 这种方法利用条件单位模拟 信号结合其他的绝缘滚珠和阀盘 这种单位条件持续地测量接触阻抗和与计算机 获得的电阻值和电容值相一致的输出信号 凭借这种方法 如果只有一个变量被 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 3 测定 那么测量的变量被分割开来且互不干涉将会是可能的 因此 测量的错误 的几率下降了 这种方法也为广范围的测量提供了平均值 电阻法描述了金属直接接触的 量 而电容值则描述滚珠和阀盘之间的分离值 这种方法也允许持续的监控充满 润滑油以及混合润滑条件下的接触而不必修正测量系统 这种测量方法在别的地 方也得到解释 然而 由于表面的特征大相径庭 摩擦处的电容值并不能直接与 不同的表面测试相对比 见例 10 Napel 等人 因此 只有电阻值被用于比对 表一 阀盘和滚珠表面测量值 a S平均粗糙度 q S dq S表示均方根偏差和均方根斜率 vkkpk SSS 分别表示高峰 中心 低谷的粗糙度 实验中使用的是一些不同粗糙度的阀盘 见表一 然而滚珠的表面是抛光 的 阀盘的粗糙度依据那些可能会在变速箱中用到的轮齿的表面来选定 为了创 造一个逼真的润滑条件 整个实验过程都使用充满制定矿物齿轮油 挪威石油公 司 GearWay 的 G4 80W 润滑油在 40 摄氏度时的运动粘度系数为 84mm 2 s 多数表面因为圆盘的旋转在粗糙度方向上有特殊的方向 因此接触发生在持 续变化的环境下 但是使用触发采集 可以在一个短的滚动距离采集数据 此时 阀盘旋转刚刚将近 8 保持解除条件变量保持恒定 同样的 在旋转方向和放 置位置之间选取一个特殊的角度也是可能的 在这些获得的长度里 有 500 个样 本从接触电阻和电容的实时输出的单位条件信号中选取的 数据显示的值表示 500 个样本的值 而且 显示的电阻值 cR 是分流电阻 Rs 860 和接触的电阻 耦合的并联总和 以便稳定和限制输出在 0 到 860 之间而不是显示 0 到无限大 的真实数值 式 1 描述了测量的平均电阻值Rc 和真实的接触电阻truecR 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 4 Rs cR truecR 11 1 也应该提到的是 在获取时接触电阻也许会剧烈的波动 这是因为粗糙 EHL 接触的瞬态性质 许多粗糙点进入摩擦区域并且是局部润滑膜破裂 从而产生 一个限制电流 因此 平均接触电阻值不能一直单独来决定发生在有限时间里的 接触 因为在尽管短的时间内也会有接触发生 因为这些 当电阻值cR在阀值 pctcR 750 以下时的时间百分比也应在实验中予以记录 2 2 2 2 测试样本测试样本 所有的阀盘都由淬火钢制成 硬度接近 700HV 维氏硬度 滚珠是根据美 国钢铁协会 AISI 标准 52100 轴承滚子的硬度接近 630HV 阀盘和滚珠的硬 度见表一 使用 Wyko NT1100 的表面轮廓仪测量的 表面是在一个 608 463 平方微米 736 480 个点 的区域内 结果使用一 种统计方案来予以过滤 这种统计方案实质上是剔除那些处于 z n z 3 范围外 的异常值 其中 z x y 表示表面的高度 n z 表示表面高度的分布 测量的高度 分布n z 作为在一个确定小的Z区间的表面点数量 也就是拥有相同粗糙度的点 经过喷丸加工的表面 D E 被两个尺寸分别为 0 28mm 和 0 6mm 的球形颗 粒射击 从而产生稍微不同的表面结构 交叉表面 C 是利用阀盘第一次在一 个方向的摩擦 然后再接着与第一次摩擦方向垂直方向的摩擦 第二次的摩擦通 过保留第一次的摩擦痕迹 从而有效的制造出两个有区别方向的分布 去毛刺的 面 F G 是由一个初始状态为单一方向的阀盘制造的 这过程是利用电化学方 法和祛除大部分粗糙顶点电解方法 在目前的研究中 选择一个相对较短的运转 时间仅能减小粗糙的区域而不能达到抛光处理 因此 最后的抛光处理依然需要 一个可见的分布 尽管它已经是光滑的了 根据实验 所有的去毛刺表面因为较大的vkS都产生凌乱的波纹 因为电化 学过程 由材料杂质点产生的乱纹很容易得到解决 因此 保留的表面一般比表 一指示的值要更光滑 3 3 试验计划 试验计划 测试的顺序分两步 第一步在扫面速度下磨合 阀盘和滚珠在第一步的运转 的平均速度为 0 5sm 然后施以负载 磨合顺序发生在 15 分钟内 然后迅速的 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 5 撤出负载 速度也迅速减为零 也就意味着 测试区域转过将近 1800 次 选择 一个特殊的磨合时间有两个原因 部分是因为主要的磨合是在第一次的几分钟内 运转的 还有一部分是因为实验需要在性能上有一个相对公平的对比 使用扫描速度是为了描绘出表面运转的垂直旋转的曲线 也许 触地曲线更 适合来描述这个过程 由于在第一步施以负载之前时速度达到 1 5sm 速度从 1 5sm逐渐的减小 知道接触数量高达接触电阻值cR接近零 这个过程的目的 是为了限制任何额外的不可控的运转 运转和垂直旋转这两种实验都是在轧制的 导轨控制下 不同分布方向的表面在涉及轧制方向上在不同角度上测试 这些数 据被视为阀盘涉及到旋转方向和主要的轧制方向夹角的下注 所有的测试都是在滚滑动比 c A在 0 到 0 4 之间 c A被定义为表面速度的差 异与表面平均速度的比值 b u是滚珠的速度 d u是阀盘的速度 表示在滑动中 滚珠移动的比阀盘快 db db uu uu Ac 2 2 润滑油的温度被保持为一个衡量 即 30 0 5 并且润滑油要充足以防出 现乏油 负载与赫兹最大压力 680MPa 相一致 4 4 实验结果实验结果 4 14 1 磨合期测试磨合期测试 磨合期的测试是在纯滚动的条件下对如图一所示的不同表面的测试 好像仅 有那两个喷丸处理的表面 D E 完全磨合 因为电阻值对时间变化保持相对稳 定 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 6 图一 在 C A 0 纯滚动条件下的表面磨合试验 a 平均接触电阻值cR b 接触时间百分比cpctR 表二显示的是在磨合期当移动的滚滑动比 C A为目前的 0 4 时的表面 同表 一一样 表二中的曲线比较光滑 与纯滚动相比较 这种条件下的磨合期明显的 更快 再次 最快达到稳定的是 0 6 喷丸处理的表面 E 地面在初始的磨合期内 也很快 并且下降到彼此接近 还有 拥有相互交叉方向的表面 450 C C 两 者相互接近 并且仅仅比地面的磨合稍稍慢一点 最慢的磨合是去毛刺表面 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 7 4545 G F 去毛刺处理两分钟的表面磨合要比仅用一分钟去毛刺处理的表面要 快得多 图二 在 C A 0 4 位移条件下的表面磨合试验 a 平均接触电阻值cR b 接触时间百分比cpctR 在移动情况下的接触电阻的高频异变要比纯滚动情况下的要少得多 大概在 50左右 抛光处理的阀盘 A 既不作纯滚动 也不做移动 由于在速度为 0 5sm的 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 8 滚动或滑动情况下 产生全膜是很常见的 地面的曲线 04590 BBB 在磨合期比较合理的密集一些 除了经过 0 6 的 粒子做喷丸处理的表面 E 外 所有的表面好像在磨合初期拥有一个较低的电 阻值 然而 严格说这并不正确 表面 E 事实上在开始有一个较低的RS 但是 却迅速增长 而平均阻值cR并不能反映行为 对Ac 0 的磨合观测一般是不稳 定的曲线 这种不稳定在所有的表面上都出现除了喷丸处理的表面 D E 并且 很明显的有两倍量 为了图一的可读性获得连续的数据 接触电阻的高频异变被 低通过滤掉了 与图二有相对较大的差别 100 甚至更多 经过在相同的 条件下的重复运行 在初始磨合接近 150s 发现在纯滚动的情况下可以产生曲 线 也许与平均曲线最大相差 200 然而 初始磨合期都基本相同 4 2 4 2 垂直发射测试垂直发射测试 接着每一个磨合测试的是在相同曲线下的垂直发射测试 图三显示平均接触 电阻cR 以及接触时间百分比 c pctR 像在纯滚动条件下滚动功能的下降 图三 图四 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 9 图三在 c A 0纯滚动条件下的表面发射 图四在 c A 0 4位移条件下的表面发射 试验 a 平均接触电阻值cR 试验 a 平均接触电阻值cR b 接触时间百分比cpctR b 接触时间百分比cpctR 在图三中 抛光表面 A 在速度上依旧保持完全分离 如 0 15sm一样低 当抛光表面开始接触配合表面时 阻值急剧的下降 显示一大块区域瞬间发生接 触 那两个喷丸处理的表面 D E 接触阻值开始慢慢的下降到一个确定的点 阻值最终也随着速度的下降而迅速的下降 交叉表面的曲线 450 C C 间距很 近 显示不同旋转方向分布的表面对此不是特别敏感 然而 根据旋转方向 与 其他的相比 地面的曲线显示出了较大的偏差 当表面开始接触后 差异很小 但是当速度为 0 7sm时 差异变得比较大 此时 45 B直接接触的最少 而 90 B直 接接触的最多 垂直发射的曲线 见图四 显示 在较低的速度下 分离在位移测试中比纯 滚动条件下更为明显 然而 应当被记住的是 接触位移测试中 与正常运转一 样较快度的速度 磨合测试将更为剧烈 如同纯滚动测试给出的相同的初始排序 除了去毛刺表面在进入接触时以一个较快的速度 然后随着速度的减小 阻值曲 线以一个相对合理的较慢的斜坡下滑 对于地面 B 相对于纯滚动测试 位 移测试的曲线更为密集 在磨合测试和垂直发射测试后 每一个阀盘的测试曲线要使用Wyko NT1100 表面轮廓仪来验证 尽管曲线对眼睛是较为易见的 但是却不能检测表面轮廓的 不可察觉的变化 5 5 讨论讨论 那些有大的数量和高度的顶点的表面是最快达到磨合的 因此可以给出低速 接触的垂直发射一个令人满意的曲线 注意到这些是有趣的 这也许是因为高的 表面顶点迅速的磨损 尽管这种变化很难用光学表面测量仪方法来测量 去毛刺 表面 F G 因为它们相当低的高峰数量 忽略磨合结果 给出一个低速的垂直 发射曲线 这并不是因为图三 图四所示的原因 事实是无法检测到任何阀盘表 面的变化 致使我们相信磨合代替了组合的润滑膜 而不是表面凸点的塑性变形 为了检验这个假设 地面和去毛刺表面的阀盘再次被测试 但是被前面用过的纯 基油完全润滑 在 Ac 0 4 的地面 45 B 和去毛刺表面 45 F 的位移测试结果 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 10 如图五所示 在图五中 可以看出 地面曲线 45 B 差异很大 因为所用油液的区别 相对于纯基油 完全定制的润滑油条件下平均接触电阻值上升到一个较高的水 平 这预示一个分层的润滑膜在形成 接触时间百分比 c pctR 如图五 C 所示 显示基油润滑的地面产生几乎持续的接触 然而在完全定制的润滑油润滑的情况 下则是稳定的下降 这里 机油润滑的表面的接触时持续常见的 然而在完全定 制润滑油润滑的情况下 膜的渗透在本质上更加分散 完全基油润滑情况下测试 的地面地面形貌检测显示 绝对的最高点被轻微的平整 有些许变形 去毛刺表面的测试曲线 45 F 图五 b 和 d 几乎相同 显示cR和 c Rpct没有 明显的区别 因此 这种表面好像对添加剂没有反应 然而 应到被记住的是 计数器表面是滚珠轴承球 这也许依然会对表面活性剂起反应 尽管这并不像是 要出现 从图五中还可以看出执行的顺序由图二转换过来的 由完全定制润滑油润滑 的条件下 在曲线开始达到稳定时 地面的平均接触电阻比去毛刺表面要高 但 是 由纯基油润滑的情况下 地面cR的曲线比去毛刺的要低一些 这些特征可 能是因为锐利的表面凸点和添加剂的存在的原因 在位移实验中 局部压力和瞬 现温度足够的高以至于能触发抗磨性或者极压添加剂 或者两者都有 成形的润 滑膜足可以抵抗磨损 但是会被不定期的穿透 图五 a c 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 11 图五 a c 表示地面 B45 的平均接触电阻值cR和接触时间百分比cpctR的图像 而 b d 表示去毛刺处理一分钟的表面 45 F在Ac 0 4使用完全定制润滑油 FF 和基油 BF 润滑的条件下的图像 局部环境并不像纯滚动时只有最高的和最尖锐的表面特征才能产生足够的 能量触发添加剂那么急剧 正如喷丸处理的表面 D E 见图一 在许多纯滚动 的磨合的结果里 噪音特征是由与摩擦膜形成不一致的结果导致的 至于为什么 去毛刺的表面对添加剂不能起反应的原因是不清楚的 一种可能的解释也许是去 毛刺过程消除了氧化铁 同时也强化了保留下来的尖刺 导致对添加剂的钝化 另外的一种解释是解除条件不足够的剧烈以至于不能触发表面和添加的反应 这 种解释暗示去毛刺表面由于表面的侵略性不足 从而产生较低的接触温度 一个 长期的磨损试验将会揭示去毛刺表面这种化学反应的原因 让拥有不同分布方向的表面在相对分布方向不同的旋转测试中测试 看他们 在混合润滑规则下是否拥有不同的成膜能力 在目前的测试中 没有找到明显的 区别 在纯滚动中 地面 B 垂直发射曲线显示除了不同 但是它们的不稳定 性让人对它的分级产生了质疑 在现状下 位移测试给出的稳定结果显示区别是 临界的 然而几个作者 例 12 13 宣称这种联系是存在的 至少在全膜中是 武汉科技大学本科毕业设计外文翻译 12 存在的 这种润滑膜的形成可能会干涉建立在测试数据上的结论的 6 6 结论结论 认为被添加剂膜的构造控制的磨合过程主要是保护创面 以防出现更大的变 动是合理的 磨合的一些作用显然从压扁或磨损高峰中得出的 尽管这很难被表 面测量仪测量到 在目前的条件下那些有较高和锐利的凸起的表面好像有助于润滑膜的形成 改善的接触电阻测量方法可以用来探测两种类型的高阻润滑膜 流体全 膜和固体摩擦膜的形成是由于表面材料和润滑添加剂的化学反应 在完全定制的齿轮油润滑的接触下 相比化学去毛刺平面 地面垂直发射发 生在较低的速度下 即使地面的粗糙度高度和表面轮廓倾角更大 这种垂直发射 情况可能是由于固体摩擦膜形成产生的 在纯基油润滑的情况下的测试表明地面的磨合明显的与完全定制的润滑油 润滑条件下的测试不同 这种差异在化学去毛刺的表面测试中并没有出现 化学去毛刺表面好像对表面膜的添加剂有抗性 或者是不能产生足够剧烈到 引发添加剂反映的接触 联系粗糙度分布方向和垂直发射速度 发现不了明显的证据 这表明润滑膜 添加剂可能会渲染以这种态度合适转化测量数据的难度 致谢致谢 The authors wish to thank The Swedish Foundation for Strategic Re search for financing the HiMeC programme This work is a part of HiMeC and it is partly financeed by the industries Statoil Lubricants Fortum Gas and Oil OY Volvo Car Corporation Indexator AB and SKF We would also like to thank Statoil Lubricants for supplying the fluids and Volvo Car Corporation for supplying the discs 参考文献参考文献 Tribology International 41 2008 831 838 Film forming capability in rough surface EHL investigated using contact resistance J Lord1 R Larsson Division of Machine Elements Lulea University of Technology SE 97187 Lulea Sweden Received 4 December 2006 received in revised form 29 March 2007 accepted 13 November 2007 Available online 26 December 2007 Abstract Highly loaded machine elements such as gears and cams have a non smooth surface topography that is created during manufacturing It is well known that the fi lm building properties of such surfaces may be different from those that are perfectly smooth The capability to form a separating fi lm may also be altered in time due to run in phenomena In this study a smooth steel ball was loaded against rough steel discs and run under pure rolling as well as sliding conditions Several different steel surfaces were tested under nominal EHL conditions where the contact was monitored by means of its electrical resistance and capacitance Each surface was fi rst run in for 15min followed by a sweep in speed determining the lift off curve Electrical contact measurements were continuously conducted during run in as well as lift off Fully formulated gear oil and its base fl uid were used as test lubricants Results show that run in of a surface seems to be a competition between conformation of surface topography and tribofi lm formation At the tested conditions the formation of a tribofi lm is dependent on the initial surface topography and is created rapidly causing less metal metal contact This fi lm also seems to effectively prohibit changes in surface topography causing less structural run in than expected r 2007 Elsevier Ltd All rights reserved Keywords Elastohydrodynamic lubrication Contact resistance Surface roughness Mixed lubrication 1 Introduction In applications such as cams and gears tribological contactsoftenrunundersevereelastohydrodynamic lubrication with high pressures and thin lubricating fi lms In addition the surface imposed during manufacturing is not perfectly smooth The fi lm may then be as thin as the asperities collide Even though smooth surfaces may often be best suited for lubrication the economical aspect is a clear disadvantage Hence the fi nal fi nishing process is left to the run in of the surfaces When the contact operates under such conditions the system s behaviour over time is seldom constant With new surfaces run in is often evident causing less and less metal metal contact thereby effi ciently allowing the contact to adjust to the situation Depending on the conditions the run in process will differ signifi cantly and if the conditions are too severe the contact may fail It is rather diffi cult to measure fi lm thickness in an EHL contact with realistic surfaces If one surface is allowed to be transparent e g made of glass or sapphire the fi lm thickness may quite easily be measured using optical interferometry see e g Lord et al 1 If this does not suit the purpose of the investigation such as when steel surfaces need to be used electrical methods are preferable In practice two different variables may be studied that reveal some of the contact s properties The electrical resistance between the two contacting surfaces shows the amount of direct metal metal contact while the capaci tance is a measure of the fi lm thickness Deducing the real area of contact by the resistance value is not obvious because it depends not only on the interface resistivity but also on the distribution and size of the contact points 2 Therefore the measured values are often used for qualitative analysis Guangteng et al 3 made however an attempt to correlate resistance measurements with simultaneous optical measurements ARTICLE IN PRESS 0301 679X see front matter r 2007 Elsevier Ltd All rights reserved doi 10 1016 j triboint 2007 11 006 Corresponding author Tel 46920491325 E mail address roland larsson ltu se R Larsson 1Presently at Getrag Ford AB Gothenburg Sweden Since the lubricant is often an isolator resistance measurements function poorly in the full fi lm lubrication regime But when a di electric media separates two electricallyconductingbodiesanaturalcapacitoris formed The capacitance describes the separation between these two bodies see e g Heemskerk et al 4 where a high value indicates a thin fi lm Capacitance measurements also tend to be used qualitatively since it is diffi cult to directly evaluate the real surface separation over the entire contact It is however possible to calibrate capacitance measurements to fi lm thickness using e g optical inter ferometry or theoretical models as in 5 This requires smooth surfaces since the addition of roughness will signifi cantly alter the capacitance of the contact due to the larger surface area as shown by Ten Napel et al 6 Furey 7 was among the fi rst to employ electrical measurements to EHL contacts with steel surfaces in a ball on cylinder confi guration Using single variable resistance measurements to determine the effect of different additives during run in of ground surfaces with Ra200 250nm he concluded that different additives gave rise to different run in characteristics though he was unable to determine whether it was an effect of additive promoted wear or a surface layer Lugt et al 8 used resistance measurements to study run in of rough surfaces in a disc disc machine and demonstrated that run in may be thought of as an iterative process where the system conforms to the present running conditions They also described different depen dencies on slide roll ratio relating to surface separation Results showed that separation might either decrease or increase if the slide roll ratio was changed depending on the surface characteristics Even though resistance measurements are commonly used to determine the amount of asperity contact it is possible to employ capacitance measurements for the same purpose Masen et al 9 used the time averaged signal from a capacitance meter of several rough steel surfaces to investigate lift off characteristics As an indicator the capacitance value itself was not used but the percentage of time when metal metal contact could be detected was The focus of the present study was to investigate the short term run in characteristics and the lift off speeds of surfaces similar to those in automotive gearboxes using a fully formulated gear oil The method employed acquires the contact s resistance and capacitance giving the ability to closely investigate the contact s running condition in both full fi lm and mixed lubrication 2 Experimental details 2 1 Equipment A modifi ed ball and disc apparatus was used for the tests 1 Instead of having the normally transparent discs steel discs were employed By doing this employing optical interferometrytodetermine fi lmthicknesswasnot possible Instead an electrical method was used that simultaneously determines the contact s electrical resis tance and capacitance The method uses an analog signal conditioning unit connected to the otherwise electrically insulatedsteelball and disc The conditioningunit continuously measures the contact s impedance and out puts signals corresponding to the contact s resistance and capacitance acquired by the computer By this the measured variables are completely separated and do not infl uence each other as could be the case if only one variable was measured Hence the risk for measurement error is reduced The method also provides means to a wider measure ment range the resistance measurements describe the amount of direct metal metal contact while the capaci tance shows the separation between the ball and disc This allows for continuous monitoring of the contact s condi tion in full fi lm lubrication as well as in mixed lubrication without modifying the measurement system The details of this method are explained elsewhere 10 However since the surfaces are quite different in character the measured rawcapacitancevaluesarenotdirectlycomparable between the different surface tests see e g Ten Napel et al 6 Hence only the resistance values were used for comparison A number of discs with different roughness were used in the tests see Table 1 while the ball s surface was polished The roughness of the discs was chosen as those surfaces that may be used on gear tooth surfaces in automotive gearboxes To create a realistic lubrication condition a fully formulated mineral gear oil was used throughout the tests viz Statoil GearWay G4 80W with a kinematic viscosity of 84mm2 s at 401C The majority of surfaces have a specifi c direction of the roughness lay and since the disc rotates so does the lay The contact thus operates under continuously varying conditions But by using a triggered acquisition the data collection could be made over a short rolling distance where the disc only rotates approximately 81 keeping the contact s condition virtually constant As well it was also ARTICLE IN PRESS Table 1 Surface measurement values of the discs and ball Disc Surface typeSa nm Sq nm Sdq 1 Spk Sk Svk nm APolished20250 71 18 67 27 BGround38949315 77 340 1210 658 CCross ground42953115 99 379 1430 531 DShot peened 0 2851864116 71 482 1760 612 EShot peened 0 6043254513 35 414 1360 659 FElectro chem deburred 1min 4175976 87 282 1150 1110 GElectro chem deburred 2min 3475184 88 348 965 963 Ball Polished12210 617 36 36 Sais the average roughness Sqthe RMS deviation and Sdqthe RMS slope Spk Skand Svkrefer to the peak core and valley roughness respectively derived from the bearing curve refer to e g Thomas 11 J Lord R Larsson Tribology International 41 2008 831 838832 possible to choose the specifi c angle between the rolling direction and that of the lay During this acquisition length 500 samples