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摩擦副的稳定运行是维持机械设备正常运行的最关键因素之一，实时监测摩擦副的润滑状态对保证机械的正常运行、实现磨损故障的预警非常重要，但也是一个巨大的挑战。特别是在真空环境下，监测摩擦副的运行状态更加困难。常规通过检测声音、震动、油脂磨屑含量等判断润滑状态的方法，普遍存在工况依赖、技术复杂、实时监测困难，设备昂贵、特征信号提取复杂等问题。因此，亟需发展新技术与新方法以解决这一需求。目前，摩擦电电流已被证明与油润滑状态下摩擦界面的工作状态有关，使得在油润滑条件下利用摩擦电电流对摩擦副的运行状态进行原位监测变得可行。在工业机械中，润滑脂广泛应用于大型轴承、齿轮箱等关键润滑部件，特别是在一些低压封闭或真空室环境中，研究润滑脂润滑条件下摩擦电信号与摩擦磨损的关系，设计基于摩擦电信号的实时传感预警系统以防止润滑失效非常必要。
摩擦电信号作为摩擦过程中产生的电学信号，本身就是一种传感信号源，不需要进行额外的信号转化即可直接用于传感监测。与传统的摩擦磨损检测方法相比，摩擦电信号可直接作为传感信号，实现对磨损的原位监测。由于自供电摩擦电信号的灵敏度较高，能够更直接地反映摩擦副界面摩擦状态的变化。本研究通过将电流采集模块和摩擦系数采集模块集成到高真空油膜厚度测量仪中，探究脂润滑条件下摩擦起电、摩擦系数曲线以及油膜状态变化的内在关联，建立脂润滑条件下基于摩擦电的原位摩擦磨损传感机制，用于指导原位摩擦磨损监测系统的设计。
本文设计了一种新型润滑在线监测系统，通过摩擦起电技术监测摩擦副的润滑磨损状态。当发生严重磨损时，摩擦副界面油膜破损，摩擦副界面处积累的摩擦电荷击穿空气引起放电，摩擦电流从纳安级增加到微安级。钢球界面发生放电的时间节点与摩擦副发生磨损的时间节点具有很好的一致性，且在不同测试工况下都具有较高的重复性。当机械摩擦副出现磨损导致摩擦电流急剧增大时，预警系统会发出声光报警信号，并通过物联网向移动终端发送实时预警，为脂润滑机械摩擦磨损的实时监测提供了一种新的、可靠的方法。
本研究研发的新型的润滑传感监测系统，可实现检测硬件的微型化整合，对现有设备的嵌入式润滑监测，并将传感系统与物联网整合，实现脂润滑下摩擦副润滑状态的智能监测，对于预防摩擦副摩擦失效和磨损过度，降低因摩擦磨损而带来的经济损失具有重要的科学意义和实际应用价值。这种基于摩擦电的动态摩擦磨损传感监测系统可应用于常压或真空下密封轴承、齿轮等摩擦配副的实时润滑状态监测。
雷一鸣，武汉理工大学在读博士研究生。研究领域包括基于摩擦起电的润滑传感机制、摩擦电传感系统的设计。
冯雁歌，中国科学院兰州化学物理研究所项目研究员，中国机械工程学会摩擦学分会青年工作委员会委员。主要研究领域包括基于摩擦电的原位摩擦磨损监测系统的设计以及载流条件下的摩擦学行为研究。
王道爱，中国科学院兰州化学物理研究所研究员，润滑材料全国重点实验室副主任，中国机械工程学会摩擦学分会常务理事兼副秘书长。获甘肃省自然科学一等奖和国家自然科学二等奖（3/5），温诗铸枫叶奖，摩擦学青年学者奖；先后入选国家基金委“优青”，中组部“万人计划”科技创新领军人才计划，科技部重点领域创新团队负责人，山东省“泰山学者”特聘专家等。
编辑 | 徐军
审核 | 解国新
期刊简介
Friction（《摩擦（英文）》）是清华大学主办的国内首个摩擦学领域国际学术期刊，旨在发表和出版涵盖接触、摩擦、磨损、润滑、表面粘着和界面科学跨学科的创新性研究论文及专题性综述文章，致力于为国内外摩擦学和表面界面科学领域的学者搭建一流的国际学术交流平台，促进摩擦学在中国和国际学术界之间的交流和发展。其2023年影响因子为6.3，五年影响因子为6.7，在Web of Science核心合集数据库机械工程领域183种期刊中排名第9位(前5%)，稳居Q1区。现为月刊，年发文量160篇。2024年入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”领军期刊。2025年起，Friction正式转至自主科技期刊国际化数字出版平台SciOpen发布传播，实现完全独立运营，踏上中国科技期刊自主办刊新征程！
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