【轴承赫兹接触区温度测量的国内外研究现状的文献综述2200字】

轴承赫兹接触区温度测量的国内外研究现状的文献综述为了系统的研究弹流润滑中的热效应，开发一套准确有效的接触区温度测量技术非常必要。现有的温度测量技术有如下几种：微型热电偶，微型热电偶是一种低成本的测量方法，具有良好的热分辨率（0.01K）。然而，由于热电偶丝直径通常大于15µm[15]，空间分辨率受到限制[16]。此外，用热电偶成像需要非常复杂的转换，实现起来非常不便。扫描热显微术，扫描热显微术是一种近场技术，可提供具有极高空间分辨率的温度测量。此时，使用一种类似于原子力显微镜的装置，带有一个小热电偶或电阻探针，用作温度传感头。尽管扫描热显微术可以获得50nm的空间分辨率和0.1K的热分辨率[17]，但仍存在一些局限性。第一，测量程序复杂且耗时。第二，由于表面粗糙度的存在，测量的表面温度的热分布梯度受表面粗糙度影响较大。参考文献[18]对近场技术进行了综述。近场扫描光学显微镜，近场扫描光学显微镜（NSOM）是一种先进的技术，它是用一个直径为50mm的光柱照射样品表面。然后，该扫描尖端检测从样品表面发射的指数衰减的倏逝波，通过反射率的变化得到样品表面温度。与其他近场技术类似，NSOM的分辨率非常高（20nm）；但是捕获速度非常慢，无法在高速条件下测量界面温度。此外，针尖的几何形状会随着表面加热而改变，并使测量结果失真，而短的针尖/样品距离会导致探针损坏[19]。红外（IR）热成像技术，红外（IR）热成像技术是目前应用最广泛的温度成像技术，其主要原因是近年来摄像机灵敏度的提高和成本的降低。这种方法使用带有对红外线敏感的探测器的相机来收集已知发射率样品的热辐射，根据普朗克定律，热辐射与温度有关[20]。通常这种探测器对波长在3到10µm之间的波长敏感。而当样品温度过高时（>500K），可以使用ccd相机检测近红外光，从而获得亚微米空间分辨率[21]。红外热像仪是一种非接触式、对温度波动敏感的仪器，温度波动范围可达0.01K左右[22]，而且性能稳定，是一种特别适合监测界面温度的仪器。但本项测温技术有两个技术限制。首先，两个摩擦试样中的一个必须对中波红外有较高透射率，以便相机观察接触。第二个限制是在探测器的敏感红外波段，物体的发射率必须达到一定值，测得的温度数据才能足够准确。（一）国外研究现状上个世纪70年代，Winer和他的同事首次提出将红外热成像技术应用于摩擦学，以研究弹流润滑（EHL）中的热效应[23-25]。他们采用球-盘试验机，利用蓝宝石的红外透射率高的特点，把球加载到蓝宝石上，在上方安装红外热像仪与显微镜头测量球与盘的接触区温度，如图1.1所示。第一次使用滤波片区分球与盘表面的辐射力。由于当时的中波热像仪的镜头分辨率低，所以在钢球和蓝宝石圆盘之间形成的接触区上进行只了平均温度测量，绘制了钢球接触区的平均温度图。十年后，柯平和石柱使用了类似的技术，他们将其结果与油温温升的理论数值进行了比较[26，27]。随后，Spikes和同事们通过在圆盘上涂覆Cr涂层，用来测量被油膜分离的两个试样表面的温度[28]，并应用移动源理论根据测量的温度计算剪切应力[29-30]。随后，Yagi等人使用红外摄像机测量与粗糙表面特征[31]、凹陷形成[32]和滑移率[30]有关的弹流润滑接触中的温升。Hou等人对最大温度的温度点位置进行了研究[34]图1.1试验设备[23]Reddyhoff等使用了最新的高性能中波红外热像仪及高分辨率镜头，将测温的热分辨率降低至0.01K[35]，镜头的空间分辨率提升至6µm[36，37]。利用Spikes等人提出的方法，他们从测量的温度计算出非接触剪切应力，从而测量出不同润滑剂之间的差异，而在平均摩擦测量时，这种差异并不明显。然后通过改进校准程序和使用超分辨率方法进一步将空间分辨率提高到1–2µm[38]，将该技术应用到测量高粗糙度接触表面的温度测量。Lu[39]等人也改进了测量设备。并利用热像仪测量了纯滚动时，不同滚动速度下接触区温度的差异。（二）国内研究现状孙文龙[40]在2009年利用长波红外热像仪与锗玻璃盘进行研究如图1.2所示。此实验采用了50µm的显微镜头，只能测量了接触区的平均温度，无法测量出接触区详细的温度梯度。2013年，俞建卫[41]等人利用长波热像仪观察了面摩擦时的接触区温度。图1.2实验装置系统[40]2015年，北京理工大学李玉龙[42]在孙文龙实验的基础上改用了25µm镜头，测量了盘的接触区表面温度。如图1.3所示。使用高性能中波热像仪测量接触区温度的实验研究在国内还是一片空白。图1.3实验装置实物图[42]参考文献刘泽九，贺士荃，刘晖.滚动轴承应用[M].北京:机械工业出版社，2007.温诗铸.摩擦学原理[M].北京:清华大学出版社，2002温诗铸，杨沛然.弹性流体动力润滑北京:清华大学出版社，1992Hamrock,B.J.,Dowson,D.IsothermalElastohydrodynamicLubricationofPointContacts:Part1—TheoreticalFormulation.JournalofLubricationTechnology.197698:223-228.温诗铸，杨沛然.“椭圆接触弹性流体动力润滑问题的一种新的直接解法”北京：清华大学科学报告，1989黄平，雒建斌，温诗铸.一种数值求解弹流润滑膜厚和压力的新方法[J].润滑与密封，1998(06):10-14.何俊洁，马希直.等温瞬态粗糙表面点接触弹流润滑直接迭代解法比较.润滑与密封，2011，2.小野京右，弹流的数值解法.日本润滑协会第二十二回东京讲习会所，1977.OkamuraH.AContributiontotheNumericalAnalysisofIsothermalElastohydrodynamicLubrication[J].Proc.9thLeeds-LyonSymp.1982,1982,313.LubrechtAA,VennerCH,NapelW,etal.FilmThicknessCalculationsinElastohydrodynamicallyLubricatedCircularContacts,UsingaMultigridMethod[J].PaperAsme,1988,110(3):503-507.BrandtA,LubrechtAA.Multilevelmatrixmultiplicationandfastsolutionofintegralequations[J].JournalofComputationalPhysics，1990，90(2):348-370.VennerCH,NapelWT,BosmaR.AdvancedMultilevelSolutionoftheEHLLineContactProblem[J].JournalofTribology,1990,112(3):426-431.郭峰，椭圆接触微观热弹性流体动力润滑求解的多重网格算法研究[D]青岛理工大学1998，5.JingW,QuS,YangP.Simplifiedmultigridtechniqueforthenumericalsolutiontothesteady-stateandtransientEHLlinecontactsandthearbitraryentrainmentEHLpointcontacts[J].TribologyInternational，2001,34(3):191-202.ChristoffersonJ,MaizeK,EzzahriY,etal.MicroscaleandNanoscaleThermalCharacterizationTechniques[C]//InternationalConferenceonThermalIssuesinEmergingTechnologies:Theory&Application.IEEE,2008.HoHP,LoKC,WuSY.Ascanningthermocoupleprobefortemperaturemapping[J].IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,2001,50(5):1167-1170.ShiL,KwonO,MinerAC,etal.Designandbatchfabricationofprobesforsub-100nmscanningthermalmicroscopy[J].JournalofMicroelectromechanicalSystems,2001,10(3):370-378.PollockHM,HammicheA.TOPICALREVIEW:Micro-thermalanalysis:techniquesandapplications[J].JournalofPhysicsDApplie