潤滑添加劑主要是增強或改善潤滑基礎油之潤滑效應和耐磨特性。本研究採用自行開發的光學彈液動潤滑試驗機，探討不同的橢圓率之環試片、負荷、速度、潤滑添加劑濃度和顆粒、滑動率、對潤滑油膜厚度之影響。

在純滾動下，油膜厚度隨著速度增加或者負荷的減少而增厚，但速度的效應較負荷效應明顯。潤滑添加劑的油膜厚度在濃度為1%及3%時變化不大，而在7%時則有顯著的提升；濃度效應在高速及低負荷下才能發揮好的潤滑功能。顆粒較小的二硫化鉬之潤滑效果比顆粒較大的二硫化鉬佳。潤滑接觸區內的二硫化鉬顆粒數之分佈會隨濃度的增加而增多。隨著橢圓率k值的增加，油膜厚度會變厚。


隨著滑動率的增加，最小油膜厚度和中央油膜厚度會隨之減小，亦即滑動率與油膜厚度成反比關係，且中央油膜厚度隨滑動率增加而急遽下降， 最小油膜厚度下降的趨勢較平緩。而顆粒較小時在滾-滑狀態下仍然有潤滑的效果。在純滑動狀況下，顆粒越大，越容易堆積在進口區，使潤滑油不易進入接觸區。

The prime function of lubricating additives are to strength or improve the effect of lubrication and the unti–wear capability of lubricating base oil. This research use the self-development EHL tester to explore the effects of ellipticity parameter of ring , load, speed, concentration and particle of lubricating additives and slip ratio on the film thickness..

During pure rolling, the film thickness increases with increasing speed, but decreases with increasing load, and the effect of speed on the film thickness is more obvious than the effect of load. The film thickness of lubricating additives varies insiginificant when the concentration of lubricanting additives are 1% and 3%, but it increases evidently at 7%. The effect of concentration developes good function of lubricant just under the condition of high speed and low load. Smaller particle of MoS2 has better lubricant effect than that it bigger. The number of particle of MoS2 distributed over lubricant contact zone increase with increasing concentration . The film thickness is getting thick when the ellipticity parameter increases.

The minimum film thickness and central film thickness will decrease when slip ratio increase. That means , slip ratio and film thickness have a inversive relationship. Furthermore, when slip ratio increases, the central film thickness will decrease rapidly, but the minimum film thickness will just have a gentle decrease. It still has lubricant effect under the roll-slip state when the particles are smaller. During pure slipping, the bigger the particles, the easier it piles up on the entering area, and it makes lubricating oil can not enter the contact area easily.

中文摘要 i
英文摘要 ii
目錄 iii
圖目錄 v
符號說明 xiii
第一章 緒論 1
1-1 潤滑添加劑概述 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 油膜厚度之量測方法 5
1-4 光干涉法試驗機之發展 6
1-5 研究目的及本文重點 8
第二章 實驗設備與實驗方法 12
2-1 實驗設備 12
2-1-1 負荷及潤滑系統 12
2-1-2 速度生成系統 13
2-1-3 光學顯微觀測系統 15
2-2 實驗條件 16
2-2-1 潤滑劑性質與試片尺寸 16
2-2-2 實驗條件 18
2-3 實驗步驟 19
2-4 光學干涉原理 20
2-4-1 薄膜產生的干涉 20
2-4-2 光的可見度 23
2-4-3 析光膜 25
第三章 實驗結果與討論 35
3-1 Hertz接觸直徑與Hertz壓力 35
3-1-1 Hertz接觸直徑 35
3-1-2 Hertz壓力 37
3-2 純基礎油下之純滾動彈液動潤滑油膜厚度 38
3-3 油中含添加劑在純滾動下之彈液動潤滑油膜厚度 57
3-3-1 負荷對油膜厚度的影響 58
3-3-2 速度對油膜厚度的影響 59
3-3-3 潤滑添加劑濃度對油膜厚度的影響 60
3-3-4 滑動率對油膜厚度的影響 82
3-3-5 純滑動下MoS2顆粒大小對油膜厚度的影響 108
3-3-6 113
第四章 結論 116
參考文獻 118

圖 目 錄
圖1.1 顆粒在入口區的摩擦力；(a)純滾動，(b)滑動 9
圖1.2 Cameron-Gohar試驗機 9
圖1.3 Foord試驗機 10
圖1.4 Wedeven試驗機 10
圖1.5 Sliney試驗機 11
圖1.6 Cusano-Sliney試驗機 11
圖2.1 (a)光學彈液動潤滑試驗機；(b)環試片與圓盤接觸實體圖 28
圖2.2 光學彈液動潤滑試驗機示意圖 29
圖2.3 負荷與潤滑系統 29
圖2.4 Load cell之校正曲線 30
圖2.5 皮帶輪未呈水平時之狀況 31
圖2.6 環試片之示意圖 32
圖2.7 光干涉原理示意圖 32
圖2.8 複振幅合成法 33
圖2.9 無析光膜時，干涉條紋之可見度 33
圖2.10 有析光膜時，干涉條紋之可見度 34
圖3.1 (i)k=0.77；(ii)k=1.20負荷為(a)84.5N；(b)134.3N；(c)184.0N；(d)233.6N之Hertz接觸區。 46
圖3.1 (i)k=0.77；(ii)k=1.20負荷為(a)85.4N；(b)134.3N；(c)184.0N；(d)233.6N之Hertz接觸區。 47
圖3.2 環試片對圓盤之Hertz接觸示意圖 48
圖3.3 Hertz接觸直徑之實驗值與理論值比較(I)Dx；(II)Dy 48
圖3.3 Hertz接觸直徑之實驗值與理論值比較(I)Dx；(II)Dy 49
圖3.4 潤滑油HN，環試片速度為0.15m/s下不同負荷之干涉條紋：(i)試片一，k=0.77；(ii)試片二，k=1.20負荷為(a)84.5N；(b)134.3N；(c)184.0N；(d)233.6N。 50
圖3.4 潤滑油HN，環試片速度為0.15m/s下不同負荷之干涉條紋：
(i)試片一，k=0.77；(ii)試片二，k=1.20負荷為(a)84.5N；(b)134.3N；(c)184.0N；(d)233.6N。 51
圖3.4.1 (i)橢圓率k=0.77的環試片在滾動速度為0.15m/s、下，油膜厚度之等高線圖：(a) 負荷為86.26N；(b) 負荷為233.6N。 52
圖3.4.2 (ii)橢圓率k=1.20的環試片在滾動速度為0.15m/s、下，油膜厚度之等高線圖：(a) 負荷為86.26N；(b) 負荷為233.6N 53
圖3.5 潤滑油HN，環試片速度為0.30m/s下不同負荷之干涉條紋：
(i)試片一，k=0.77；(ii)試片二，k=1.20負荷為(a)84.5N； (b)134.3N；(c)184.0N；(d)233.6N。 54
圖3.5 潤滑油HN，環試片速度為0.30m/s下不同負荷之干涉條紋：
(i)試片一，k=0.77；(ii)試片二，k=1.20負荷為(a)84.5N；(b)134.3N；(c)184.0N；(d)233.6N。 55
圖3.5.1 (i)橢圓率k=0.77的環試片在滾動速度為0.30m/s、下，油膜厚度之等高線圖：(a) 負荷為86.26N；(b) 負荷為233.6N。 56
圖3.5.2 (ii)橢圓率k=1.20的環試片在滾動速度為0.30m/s、下，油
膜厚度之等高線圖：(a) 負荷為86.26N；(b) 負荷為233.6N。 57
圖3.6 潤滑油HN，於不同速度下，負荷對最小油膜厚度的影響：
(I) 0.15m/s；(II) 0.30m/s 58
圖3.6 潤滑油HN，於不同速度下，負荷對最小油膜厚度的影響：
(I) 0.15m/s；(II) 0.30m/s 59
圖3.7 潤滑油HN，於不同速度下，負荷對中央油膜厚度的影響：
(I) 0.15m/s；(II) 0.30m/s 60
圖3.7 潤滑油HN，於不同速度下，負荷對中央油膜厚度的影響：
(I) 0.15m/s；(II) 0.30m/s 61
圖3.8 (a)平均1μｍ的二硫化鉬固體潤滑添加劑之SEM照片 (x500) 67
圖3.8 (b)平均1μｍ的二硫化鉬固體潤滑添加劑之光譜分析 67
圖3.9 (i)橢圓率k=0.77、MoS2濃度3％、環試片滾動速度為(A)0.15m/s；(B)0.30m/s，負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 68
圖3.9 (i)橢圓率k=0.77、MoS2濃度3％、環試片滾動速度為(A)0.15m/s；(B)0.30m/s，負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋。 69
圖3.9 (ii)橢圓率k=1.20、MoS2濃度3％、環試片滾動速度為(A)0.15m/s；(B)0.30m/s，負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋。 70
圖3.9 (ii)橢圓率k=1.20、MoS2濃度3％、環試片滾動速度為(A)0.15m/s；(B)0.30m/s，負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋。 71
圖3.9.1 (i)橢圓率k=0.77的環試片在滾動速度為0.15m/s、下，油膜厚度之等高線圖：(a) 負荷為84.5N；(b) 負荷為233.6N。 72
圖3.9.2 (ii)橢圓率k=1.20的環試片在滾動速度為0.15m/s、下，油膜厚度之等高線圖：(a) 負荷為84.5N；(b) 負荷為233.6N。 73
圖3.9.3 (i)橢圓率k=0.77的環試片在滾動速度為0.30m/s、下，油膜厚度之等高線圖：(a) 負荷為84.5N；(b) 負荷為233.6N。 74
圖3.9.4 (ii)橢圓率k=1.20的環試片在滾動速度為0.30m/s、下，油膜厚度之等高線圖：(a) 負荷為86.26N；(b) 負荷為233.6N。 75
圖3.10 (i)橢圓率k=0.77、MoS2濃度7％、環試片滾動速度為(A)0.15m/s；(B)0.30m/s，負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋。 76
圖3.10 (i)橢圓率k=0.77、MoS2濃度7％、環試片滾動速度為(A)0.15m/s；(B)0.30m/s，負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋。 77
圖3.10 (ii)橢圓率k=1.20、MoS2濃度7％、環試片滾動速度為(A)0.15m/s；(B)0.30m/s，負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋。 78
圖3.10 (ii)橢圓率k=1.20、MoS2濃度7％、環試片滾動速度為(A)0.15m/s；(B)0.30m/s，負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋。 79
圖3.10.1 (i)橢圓率k=0.77的環試片在滾動速度為0.15m/s、下，油
膜厚度之等高線圖：(a) 負荷為84.5N；(b) 負荷為233.6N。 80
圖3.10.2 (ii)橢圓率k=1.20的環試片在滾動速度為0.15m/s、下，油
膜厚度之等高線圖：(a)負荷為84.5N；(b)負荷為233.6N。 81
圖3.10.3 (i)橢圓率k=0.77的環試片在滾動速度為0.30m/s、下，油
膜厚度之等高線圖：(a)負荷為84.5N；(b)負荷為233.6N。 82
圖3.10.4 (ii)橢圓率k=1.20的環試片在滾動速度為0.30m/s、下，油
膜厚度之等高線圖：(a)負荷為84.5N；(b)負荷為233.6N。 83
圖3.11 (a)潤滑油HN與添加濃度3％、7％之MoS2，在速度0.15m/s
時，負荷對最小油膜厚度的影響。 84
圖3.11 (b)潤滑油HN與添加濃度3％、7％之MoS2，在速度0.30m/s
時，負荷對最小油膜厚度的影響。 85
圖3.12 (a)潤滑油HN與添加濃度3％、7％之MoS2，在速度0.15m/s
. 時，負荷對中央油膜厚度的影響。 86
圖3.12 (b)潤滑油HN與添加濃度3％、7％之MoS2，在速度0.30m/s
時，負荷對中央油膜厚度的影響。 87
圖3.13 橢圓率k=0.77的環試片添加不同濃度MoS2 及不同負荷下， 對V=0.3m/s之最小膜厚和V=0.15m/s之最小膜厚比的影響。 88
圖3.14 (i)橢圓率k=0.77的環試片，在速度為(A)0.15m/s； (B)0.30m/s，添加不同濃度MoS2之負荷對最小油膜厚度的影響。 89
圖3.14 (i)橢圓率k=0.77的環試片，在速度為(A)0.15m/s；(B)0.30m/s，添加不同濃度MoS2之負荷對最小油膜厚度的影響。 90
圖3.14 (ii)橢圓率k=1.20的環試片，在速度為(A)0.15m/s；(B)0.30m/s，添加不同濃度MoS2之負荷對最小油膜厚度的影響。 91
圖3.14 (ii)橢圓率k=1.20的環試片，在速度為(A)0.15m/s；(B)0.30m/s，添加不同濃度MoS2之負荷對最小油膜厚度的影響。 92
圖3.15 潤滑油在入口區的流場：(a)純滾動；(b)純滑動。 94
圖3.16 (A)試片一k=0.77在速度為0.15m/s，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 95
圖3.16 (A)試片一k=0.77在速度為0.15m/s，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 96
圖3.16 (A)試片一k=0.77在速度為0.15m/s，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 97
圖3.16 (A)試片一k=0.77在速度為0.15m/s，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 98
圖3.16 試片二k=1.20在速度為0.15m/s，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；
(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；
(d)233.6N之干涉條紋 99
圖3.16 (B)試片二k=1.20在速度為0.15m/s，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 100
圖3.16 (B)試片二k=1.20在速度為0.15m/s，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 101
圖3.16 (B)試片二k=1.20在速度為0.15m/s，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 102
圖3.17 (A)試片一k=0.77在速度為0.15m/s、MoS2濃度3%，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 103
圖3.17 (A)試片一k=0.77在速度為0.15m/s、MoS2濃度3%，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 104
圖3.17 (A)試片一k=0.77在速度為0.15m/s、MoS2濃度3%，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 105
圖3.17 (A)試片一k=0.77在速度為0.15m/s、MoS2濃度3%，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 106
圖3.17 (B)試片二k=1.20在速度為0.15m/s、MoS2濃度3%，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 107
圖3.17 (B)試片二k=1.20在速度為0.15m/s、MoS2濃度3%，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 108
圖3.17 (B)試片二k=1.20在速度為0.15m/s、MoS2濃度3%，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 109
圖3.17 (B)試片二k=1.20在速度為0.15m/s、MoS2濃度3%，滑動率為(I)0.3；(II)0.6；(III)1.2；(IV)2.0；負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋 110
圖3.18 潤滑油HN，於不同負荷下，滑動率對最小油膜厚度的影響：(a)試片一k=0.77；(b)試片二k=1.20 111
圖3.18 潤滑油HN，於不同負荷下，滑動率對最小油膜厚度的影響：試片一(a)k=0.77；(b)試片二k=1.20 112
圖3.19 潤滑油HN，於不同負荷下，滑動率對中央油膜厚度的影響：(a)試片一k=0.77；(b)試片二k=1.20 113
圖3.19 潤滑油HN，於不同負荷下，滑動率對中央油膜厚度的影響：(a)試片一k=0.77；(b)試片二k=1.20 114
圖3.20 MoS2濃度3％，於不同負荷下，滑動率對最小油膜厚度的影響：(a)試片一k=0.77；(b)試片二k=1.20 115
圖3.20 MoS2濃度3％，於不同負荷下，滑動率對最小油膜厚度的影響：(a)試片一k=0.77；(b)試片二k=1.20 116
圖3.21 MoS2濃度3％，於不同負荷下，滑動率對中央油膜厚度的影響：(a)試片一k=0.77；(b)試片二k=1.20 117
圖3.21 MoS2濃度3％，於不同負荷下，滑動率對中央油膜厚度的影響：(a)試片一k=0.77；(b)試片二k=1.20 118
圖3.21 顆粒大小為40∼62μｍ之MoS22堆積在進口區之情形，
(a) →(b)表示堆積之顆粒越來越多 120
圖3.22 橢圓率k=1.20、MoS2濃度3％、顆粒大小為(A)25∼40μｍ；(B) 40∼62μｍ，負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋。 121
圖3.22 橢圓率k=1.20、MoS2濃度3％、顆粒大小為(A)25∼40μｍ；(B) 40∼62μｍ，負荷為(a)84.5N；(b)134.3N； (c)184.0N；(d)233.6N之干涉條紋。 122
圖3.23 濃度3%之MoS2 顆粒大小在不同負荷下對油膜厚度之影響 123
圖3.24 不同橢圓率下之赫茲接觸面幾何形狀：(a) k < 1；(b) k = 1；(c) k > 1。 124
圖3.25 (i)速度0.15m/s下，橢圓率k對(a)最小油膜厚度(b)中央
油膜厚度之影響 125
圖3.25 (ii)速度0.30m/s下，橢圓率k對(a)最小油膜厚度(b)中央
油膜厚度之影響 126

表 目 錄

表1.1 潤滑添加劑分類及種類 2
表2.1 施加負荷與接觸面間之負荷對照表 13
表2.2 潤滑油HN之性質 17
表2.3 潤滑添加劑之性質 17
表2.4光學玻璃圓盤及環試片規格與性質 18
表2.5 實驗條件 18
表2.6 干涉條紋顏色與油膜厚度對照表 27
表3.1 Hertz壓力 38
表3.1(I) 理論與時實驗之最小油膜及中央油膜厚度 44
表3.1(II) 理論與時實驗之最小油膜及中央油膜厚度 45



符 號 說 明

c 光在真空中的速度
C 襯度比(degree of contrast)
Ct 滾/滑動最小油膜厚度之實驗值與純滾動最小油膜厚度之實驗值之比值
Dex 接觸面沿X軸方向之接觸直徑的實驗值(m)
Dey 接觸面沿Y軸方向之接觸直徑的實驗值(m)
Dtx 接觸面沿X軸方向之接觸直徑的理論值(m)
Dty 接觸面沿Y軸方向之接觸直徑的理論值(m)
Ea 環試片之彈性係數(Pa)
Eb 光學圓盤之彈性係數(Pa)
E' 等值彈性係數 (Pa)
F 正向負荷(N)
Fr 摩擦力(kg)
G 無因次材質參數 αE'
無因次最小油膜厚度
無因次中央油膜厚度
最小油膜厚度(m)
中央油膜厚度(m)
Ht,min 最小油膜厚度之理論值(

參 考 文 獻
1. A. J. Stock, Evaluation of Solid Lubricant Dispersion on a Four Ball Tester,Lubr.Eng.,22,pp.146-152(1966).
2. W. J. Bartz, Solid lubricant additives-effects of concentration and other additives on anti-wear performance,wear,17,pp.421-432(1971).
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