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摘 要：摩擦学设计是摩擦学理论在工程设计中最重要的应用，油液监测技术又是摩擦学系统状态测试主要技术之一，该文从油液监测各技术手段所表征的信息出发，结合摩擦学设计的发展，分析了油液监测能够在摩擦学设计中所起到的作用，并提出了各技术手段在摩擦学设计中的应用范围。
关键词：油液监测 摩擦学 摩擦学设计 磨损
中图分类号：TH17 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-00-02
摩擦学是研究与摩擦、磨损、润滑的科学，摩擦引起了能量的转换，磨损导致了表面损坏和材料损失，而润滑是降低摩擦和较少磨损的最有效的措施。摩擦学设计是指把摩擦学的研究成果应用到工程设计，特别是机械设计，以减轻或防止磨损[1]。
影响摩擦磨损的因素很多，至今已提出的与磨损有关的变量有600余个，而最基本的也有100余个，这表明研究磨损问题困难非常大。油液监测作为设备摩擦学系统健康状况的三大主要监测技术之一[2]，是将采集到的设备润滑油或工作介质样品，分析其性能指标、所携带的磨损与污染物颗粒，从而获得机器的润滑剂性能和磨损情况的信息，有效监测设备的磨损状态和磨损形式，定性和定量地描述设备摩擦学系统状态。因此，将该技术在设备抗磨损设计中有很广阔的应用前景。
1 摩擦学设计内涵及其发展方向
摩擦学设计与摩擦学研究是分不开的，其主要是通过设备的润滑设计、润滑剂及其添加剂的抗磨机理、零部件材料的选择与匹配及表面强化、系统过滤与密封的研究应用，从而在设备设计上达到减轻和防止磨损的目的。其研究方法随着摩擦学研究发展而进步，主要体现在以下几个方面。
⑴按照系统工程学的观点，摩擦学系统的组成并不只是摩擦副，而是一个复杂的系统，包含设备摩擦副、润滑介质、润滑系统和工作环境以及磨损和污染的产物。各类机械运动摩擦副的间隙都很小，油膜厚度也很小，通常在10 μm左右，所以我们形象地描述工业是骑在10 μm厚度的油膜上[3]，就是说明了设备对润滑油的依赖。因此，在摩擦学设计中，也要按照摩擦学系统的观点，将润滑油等看作是设备的重要零部件，纳入到摩擦学设计中，形成系统性
设计。
⑵摩擦表面形貌测试实现多维化。摩擦表面形貌是判定磨损机理最直接、最主要的判据。在早期的研究中，主要应用放大镜、金相显微镜、体视显微镜及其他表面测量技术等研究摩擦副表面形貌，这些分析效果较差。20世纪70年代出现的扫描电子显微镜及其与能谱技术联用能够，能够很好的得出摩擦副表面二维形貌和摩擦中表层的变化；90年代末期的扫描隧道显微镜也将摩擦学表面形貌的研究，引入到了三维的研究[4]。这些发展对于抗磨性设计中，零部件表面形貌的控制与研究有很强的推动作用。
⑶由于影响磨损的因素很多，许多在静态抗磨性设计中没有发现的问题，在设备运行中会出现，因此，摩擦学设计也由静态研究进入到动态与静态相结合的研究。武汉理工大学应用MMW-1摩擦磨损试验机进行了小盘磨损实验，并应用磨粒分析技术对磨损产生的形貌进行了研究[5]；大连海事大学采用24通道摩擦磨损实验机，通过加载不同负荷和采用不同的速度，研究了内燃机活塞缸套的磨损形式。设备在试运行中的磨粒分析也逐步完善，这些研究成果都能够为设备的后续摩擦学设计与改进提供技术与成果支持。
2 油液监测技术所反映的设备信息形式
油液监测的技术手段主要包括常规理化性能分析、原子光谱分析、红外光谱分析、铁谱分析和污染度测试等，涉及润滑油油品性能分析和磨损微粒分析两大技术领域。前者通过检测基础油的衰变和添加剂的损耗，来反映润滑油的状态；后者通过获取润滑油中携带的磨损微粒的形貌、尺寸、颜色、浓度等信息，反映柴油机各摩擦副的磨损状态。油液监测各技术手段所反映的信息见
表1。
3 油液监测技术在摩擦学设计中的应用
摩擦学故障中的摩擦副磨损应从形式、程度、种类及趋势四个方面加以描述；润滑剂实效应从形式、程度、组分和趋势四个方面加以描述，这是相互关联的，甚至互为因果的。图2表示了擦学故障与油液监测技术之间的关系。
从上面分析可以看出，油液监测技术在摩擦学设计中能够起到以下作用。
⑴动态磨损机理分析。由于机械设備摩擦副两表面的运动方式、载荷类型、磨损机理、摩擦副材质、表面形貌和破坏形式等不同，使得磨损类型也不同。主要可分为：表面疲劳磨损、粘着磨损、磨粒磨损和摩擦化学磨损。磨粒是磨损过程中的重要信息载体和磨损机理判据，是摩擦学系统磨损状态辨识的依据油液监测技术中的铁谱分析技术能够通过对润滑油中的磨粒沉降的谱片分析，清楚的得出磨粒的形貌、材质、成分等，从而实现磨损类别的判断，形成了“粒摩擦学”另外，通过原子发射光谱的磨损分析，可以判断出磨损的部位。
⑵磨损阶段的判定。一般情况下，运动副的磨损过程可分为磨合磨损、稳定磨损和剧烈磨损三个阶段。通过应用直读式铁谱和分析式铁谱对润滑油磨损微粒进行监测，应用发射光谱技术监测润滑油中元素浓度的变化，从而可以实现磨粒特征、磨损部位和磨损阶段的判定。为提高机械设备的使用寿命，在设计中，应尽量保证延长稳定磨损阶段，减少磨合期所需的时间。
⑶润滑剂品质监测。大量研究表明，润滑剂是摩擦学系统的关键部件，其性能直接影响设备使用寿命和运行状态，因此，设备对润滑剂的选择有严格的要求，是摩擦学设计中的一个重要部分。油液监测可以对润滑剂性能进行很好的评定，对其添加剂能够很好的识别，特别是在选油的行车或摩擦副动态试验中，油液监测技术的作用是不可替代的。
⑷润滑系统过滤与净化性能评定。随着技术的发展，机械设备变得越来越紧凑，结构越来越复杂，对润滑剂的清洁程度要求也越来越高，设备的寿命与润滑油清洁度密切关系，这一点在液压系统中体现尤为明显。因此，摩擦学设计中必须要考虑到系统的过滤和净化性能，阻止污染物的侵入。油液监测中的污染度测试技术能够很好的反映润滑油的污染状况，并定量的描绘出来。
4 结语
按照系统工程的观点，摩擦学设计不仅仅是针对零部件的设计，应贯穿与整个摩擦学系统的各个环节，而抗磨性设计的好坏，最直接的体现就是设备摩擦学系统的健康状况，油液监测技术能够很好的实现摩擦学系统不停机评估、磨损机理分析、磨损部位确定、润滑剂性能变化等，从而实现摩擦学设计评定和提供后续抗磨性改进设计所需的信息。在摩擦学设计中应用油液监测技术，可以对摩擦学系统状态辨识，使摩擦学设计不断升级与优化，满足设备实际工作需求。
参考文献
[1] 张嗣伟.基础摩擦学[M].东营：石油大学出版社，2001：175.
[2] 杨俊杰，陆思聪，周亚斌.油液监测技术[M].北京：石油工业出版社，2009：1.
[3] 贺石中.全新的润滑理念及油液监测技术[J].润滑油，2006，21（3）：1-6.
[4] 周仲荣，雷源忠，张嗣伟.摩擦学发展前沿[M].北京：科学出版社，2007：144.
[5] 袁成清.磨损过程中的磨粒表面和磨损表面特征及其相互关系研究[D].武汉：武汉理工大学，2005：13-15.
关键词：油液监测 摩擦学 摩擦学设计 磨损
中图分类号：TH17 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-00-02
摩擦学是研究与摩擦、磨损、润滑的科学，摩擦引起了能量的转换，磨损导致了表面损坏和材料损失，而润滑是降低摩擦和较少磨损的最有效的措施。摩擦学设计是指把摩擦学的研究成果应用到工程设计，特别是机械设计，以减轻或防止磨损[1]。
影响摩擦磨损的因素很多，至今已提出的与磨损有关的变量有600余个，而最基本的也有100余个，这表明研究磨损问题困难非常大。油液监测作为设备摩擦学系统健康状况的三大主要监测技术之一[2]，是将采集到的设备润滑油或工作介质样品，分析其性能指标、所携带的磨损与污染物颗粒，从而获得机器的润滑剂性能和磨损情况的信息，有效监测设备的磨损状态和磨损形式，定性和定量地描述设备摩擦学系统状态。因此，将该技术在设备抗磨损设计中有很广阔的应用前景。
1 摩擦学设计内涵及其发展方向
摩擦学设计与摩擦学研究是分不开的，其主要是通过设备的润滑设计、润滑剂及其添加剂的抗磨机理、零部件材料的选择与匹配及表面强化、系统过滤与密封的研究应用，从而在设备设计上达到减轻和防止磨损的目的。其研究方法随着摩擦学研究发展而进步，主要体现在以下几个方面。
⑴按照系统工程学的观点，摩擦学系统的组成并不只是摩擦副，而是一个复杂的系统，包含设备摩擦副、润滑介质、润滑系统和工作环境以及磨损和污染的产物。各类机械运动摩擦副的间隙都很小，油膜厚度也很小，通常在10 μm左右，所以我们形象地描述工业是骑在10 μm厚度的油膜上[3]，就是说明了设备对润滑油的依赖。因此，在摩擦学设计中，也要按照摩擦学系统的观点，将润滑油等看作是设备的重要零部件，纳入到摩擦学设计中，形成系统性
设计。
⑵摩擦表面形貌测试实现多维化。摩擦表面形貌是判定磨损机理最直接、最主要的判据。在早期的研究中，主要应用放大镜、金相显微镜、体视显微镜及其他表面测量技术等研究摩擦副表面形貌，这些分析效果较差。20世纪70年代出现的扫描电子显微镜及其与能谱技术联用能够，能够很好的得出摩擦副表面二维形貌和摩擦中表层的变化；90年代末期的扫描隧道显微镜也将摩擦学表面形貌的研究，引入到了三维的研究[4]。这些发展对于抗磨性设计中，零部件表面形貌的控制与研究有很强的推动作用。
⑶由于影响磨损的因素很多，许多在静态抗磨性设计中没有发现的问题，在设备运行中会出现，因此，摩擦学设计也由静态研究进入到动态与静态相结合的研究。武汉理工大学应用MMW-1摩擦磨损试验机进行了小盘磨损实验，并应用磨粒分析技术对磨损产生的形貌进行了研究[5]；大连海事大学采用24通道摩擦磨损实验机，通过加载不同负荷和采用不同的速度，研究了内燃机活塞缸套的磨损形式。设备在试运行中的磨粒分析也逐步完善，这些研究成果都能够为设备的后续摩擦学设计与改进提供技术与成果支持。
2 油液监测技术所反映的设备信息形式
油液监测的技术手段主要包括常规理化性能分析、原子光谱分析、红外光谱分析、铁谱分析和污染度测试等，涉及润滑油油品性能分析和磨损微粒分析两大技术领域。前者通过检测基础油的衰变和添加剂的损耗，来反映润滑油的状态；后者通过获取润滑油中携带的磨损微粒的形貌、尺寸、颜色、浓度等信息，反映柴油机各摩擦副的磨损状态。油液监测各技术手段所反映的信息见
表1。
3 油液监测技术在摩擦学设计中的应用
摩擦学故障中的摩擦副磨损应从形式、程度、种类及趋势四个方面加以描述；润滑剂实效应从形式、程度、组分和趋势四个方面加以描述，这是相互关联的，甚至互为因果的。图2表示了擦学故障与油液监测技术之间的关系。
从上面分析可以看出，油液监测技术在摩擦学设计中能够起到以下作用。
⑴动态磨损机理分析。由于机械设備摩擦副两表面的运动方式、载荷类型、磨损机理、摩擦副材质、表面形貌和破坏形式等不同，使得磨损类型也不同。主要可分为：表面疲劳磨损、粘着磨损、磨粒磨损和摩擦化学磨损。磨粒是磨损过程中的重要信息载体和磨损机理判据，是摩擦学系统磨损状态辨识的依据油液监测技术中的铁谱分析技术能够通过对润滑油中的磨粒沉降的谱片分析，清楚的得出磨粒的形貌、材质、成分等，从而实现磨损类别的判断，形成了“粒摩擦学”另外，通过原子发射光谱的磨损分析，可以判断出磨损的部位。
⑵磨损阶段的判定。一般情况下，运动副的磨损过程可分为磨合磨损、稳定磨损和剧烈磨损三个阶段。通过应用直读式铁谱和分析式铁谱对润滑油磨损微粒进行监测，应用发射光谱技术监测润滑油中元素浓度的变化，从而可以实现磨粒特征、磨损部位和磨损阶段的判定。为提高机械设备的使用寿命，在设计中，应尽量保证延长稳定磨损阶段，减少磨合期所需的时间。
⑶润滑剂品质监测。大量研究表明，润滑剂是摩擦学系统的关键部件，其性能直接影响设备使用寿命和运行状态，因此，设备对润滑剂的选择有严格的要求，是摩擦学设计中的一个重要部分。油液监测可以对润滑剂性能进行很好的评定，对其添加剂能够很好的识别，特别是在选油的行车或摩擦副动态试验中，油液监测技术的作用是不可替代的。
⑷润滑系统过滤与净化性能评定。随着技术的发展，机械设备变得越来越紧凑，结构越来越复杂，对润滑剂的清洁程度要求也越来越高，设备的寿命与润滑油清洁度密切关系，这一点在液压系统中体现尤为明显。因此，摩擦学设计中必须要考虑到系统的过滤和净化性能，阻止污染物的侵入。油液监测中的污染度测试技术能够很好的反映润滑油的污染状况，并定量的描绘出来。
4 结语
按照系统工程的观点，摩擦学设计不仅仅是针对零部件的设计，应贯穿与整个摩擦学系统的各个环节，而抗磨性设计的好坏，最直接的体现就是设备摩擦学系统的健康状况，油液监测技术能够很好的实现摩擦学系统不停机评估、磨损机理分析、磨损部位确定、润滑剂性能变化等，从而实现摩擦学设计评定和提供后续抗磨性改进设计所需的信息。在摩擦学设计中应用油液监测技术，可以对摩擦学系统状态辨识，使摩擦学设计不断升级与优化，满足设备实际工作需求。
参考文献
[1] 张嗣伟.基础摩擦学[M].东营：石油大学出版社，2001：175.
[2] 杨俊杰，陆思聪，周亚斌.油液监测技术[M].北京：石油工业出版社，2009：1.
[3] 贺石中.全新的润滑理念及油液监测技术[J].润滑油，2006，21（3）：1-6.
[4] 周仲荣，雷源忠，张嗣伟.摩擦学发展前沿[M].北京：科学出版社，2007：144.
[5] 袁成清.磨损过程中的磨粒表面和磨损表面特征及其相互关系研究[D].武汉：武汉理工大学，2005：13-15.