润滑与润滑理论课件.ppt

1、 摩擦学基础知识摩擦学基础知识润滑及润滑理论润滑及润滑理论国国IVIV标准将成为润滑油战场导火索标准将成为润滑油战场导火索 “国国标准正式实施后将有可能成为润滑油标准正式实施后将有可能成为润滑油战场的导火索，虽然距离实施还有一段时间，但战场的导火索，虽然距离实施还有一段时间，但这场战役已经提前打响。这场战役已经提前打响。”东风润滑油董事长。东风润滑油董事长。环保部发布公告称，环保部发布公告称，自自2013年年7月月1日起，日起，所有生产、进口、销售和注册登记的车用压燃式所有生产、进口、销售和注册登记的车用压燃式发动机与汽车，都必须符合国发动机与汽车，都必须符合国排放标准的要求排放标准的要求。受

2、去年受去年PM2.5事件的影响，北京市环保局宣事件的影响，北京市环保局宣布北京市将在全国率先实施国布北京市将在全国率先实施国IV机动车排放标准，机动车排放标准，时间表确定在时间表确定在今年下半年今年下半年。润滑的重要性！润滑的重要性！国国IVIV标准将成为润滑油战场导火索标准将成为润滑油战场导火索n随着国随着国排放标准日程表的推进，所带来的震荡不仅仅排放标准日程表的推进，所带来的震荡不仅仅体现在汽车生产和制造行业，同时也让汽车维修、养护体现在汽车生产和制造行业，同时也让汽车维修、养护等行业面临巨大冲击。面对更高的标准和更严格的要求，等行业面临巨大冲击。面对更高的标准和更严格的要求，中国汽车后市

3、场也在加快优胜劣汰的脚步，各类产品面中国汽车后市场也在加快优胜劣汰的脚步，各类产品面临着升级换代的处境。临着升级换代的处境。n根据最新报告显示，未来几年全球润滑油需求将以根据最新报告显示，未来几年全球润滑油需求将以年均年均2.6%的速度增长的速度增长，到，到2015年全球润滑油需求将达到年全球润滑油需求将达到4170万吨万吨/年年。其中亚太地区将从。其中亚太地区将从1353万吨增加至万吨增加至1650万吨，年均增速为万吨，年均增速为4%。n东风润滑油的掌门人东风润滑油的掌门人梁冰梁冰表示：表示：“目前我国的汽车保有目前我国的汽车保有量已经突破量已经突破1亿辆，乐观的估计，到亿辆，乐观的估计，到

4、2015年，国内汽车年，国内汽车后市场的规模将超过美国，成为全球汽车售后第一大国，后市场的规模将超过美国，成为全球汽车售后第一大国，所以润滑油市场是一块所以润滑油市场是一块黄金蛋糕黄金蛋糕。”n 润滑的经济价值！润滑的经济价值！国国IVIV标准将成为润滑油战场导火索标准将成为润滑油战场导火索n未知是最大的恐惧。未知是最大的恐惧。润滑油行业将面临国际油价未知的挑战。国际能源市润滑油行业将面临国际油价未知的挑战。国际能源市场价格波动是润滑油行业的晴雨表，据某位长期研究国际经济的权威观察场价格波动是润滑油行业的晴雨表，据某位长期研究国际经济的权威观察家分析，业内对今年的国际油价看法不一，考虑到地缘政

5、治因素的一方认家分析，业内对今年的国际油价看法不一，考虑到地缘政治因素的一方认为中东地区局势非常不稳定，一旦发生冲突供应渠道中断，国际油价的大为中东地区局势非常不稳定，一旦发生冲突供应渠道中断，国际油价的大幅度上升会挑战各行各业的忍耐力。而另一方认为欧洲经济的疲软将带来幅度上升会挑战各行各业的忍耐力。而另一方认为欧洲经济的疲软将带来需求量的降低，预言油价将会下跌。需求量的降低，预言油价将会下跌。n机遇是留给有准备的人机遇是留给有准备的人。自环保部公布国。自环保部公布国IV标准时间表后，具有前瞻性眼标准时间表后，具有前瞻性眼光的企业也在加快研发符合新标准的产品。光的企业也在加快研发符合新标准的产

6、品。“东风润滑油东风润滑油正在全力研发符正在全力研发符合国合国IV标准的产品，范围涵盖了汽油机、柴油机以及工程机械等特殊要求标准的产品，范围涵盖了汽油机、柴油机以及工程机械等特殊要求的润滑产品。的润滑产品。整装待发，准备充分；顺势而行，早做准备整装待发，准备充分；顺势而行，早做准备。东风润滑油的。东风润滑油的这种敏锐的嗅觉将在未来的产品竞争上占据有利立足点。这种敏锐的嗅觉将在未来的产品竞争上占据有利立足点。”n竞争白热化、政策标准的提升、经济全球化等各方面因素都对润滑油竞争白热化、政策标准的提升、经济全球化等各方面因素都对润滑油行业带来了巨大的挑战，但是毫无疑问，绝不会有人轻易放弃这块行业带来

7、了巨大的挑战，但是毫无疑问，绝不会有人轻易放弃这块“黄金黄金蛋糕蛋糕”。由此润滑油市场战幕已经拉开。由此润滑油市场战幕已经拉开。n抓住机遇，竞争中生存！抓住机遇，竞争中生存！润滑的原理润滑的原理是给滑动的负是给滑动的负荷提供一个减摩的油膜。荷提供一个减摩的油膜。润滑的定义：润滑的定义：将一种具有润滑性能的物质加入到摩擦副表面之间，以达到抗磨减摩将一种具有润滑性能的物质加入到摩擦副表面之间，以达到抗磨减摩的作用。的作用。为什么需要润滑？为什么需要润滑？第一节第一节 概概 述述润滑的作用润滑的作用l降低摩擦，减少磨损降低摩擦，减少磨损l降温冷却：降温冷却：采用液体润滑剂循环润滑系统，可以将摩擦时产

8、生的热量带走，采用液体润滑剂循环润滑系统，可以将摩擦时产生的热量带走，降低机械发热。降低机械发热。l防止腐蚀防止腐蚀l冲洗作用：冲洗作用：随着润滑剂的流动，可将摩擦表面上污染物、磨屑等冲洗带走。随着润滑剂的流动，可将摩擦表面上污染物、磨屑等冲洗带走。l密封作用：密封作用：防止冷凝水、灰尘及其他杂质的侵入。防止冷凝水、灰尘及其他杂质的侵入。l减振作用：减振作用：将冲击、振动的机械能转变为液压能，起阻尼、减振或缓冲作用将冲击、振动的机械能转变为液压能，起阻尼、减振或缓冲作用一、一、润滑体系研究现状润滑体系研究现状n对于润滑的系统研究约在对于润滑的系统研究约在19世纪末逐渐展开。世纪末逐渐展开。n1

9、883年年塔瓦塔瓦（Tower）发现了轴承中的流体动压现象。）发现了轴承中的流体动压现象。n彼得洛夫彼得洛夫（）研究了同心圆柱体的摩擦及润滑。）研究了同心圆柱体的摩擦及润滑。n雷诺雷诺（Reynold）应用了数学和流体力学的原理对流体动压现象进行了分析，）应用了数学和流体力学的原理对流体动压现象进行了分析，发表了著名的发表了著名的雷诺方程雷诺方程，为流体动力润滑奠定了基础。后来一些科学家，为流体动力润滑奠定了基础。后来一些科学家，在求解雷诺方程，以及将雷诺方程应用于工程实际中作出了贡献，并解决在求解雷诺方程，以及将雷诺方程应用于工程实际中作出了贡献，并解决了很多雷诺方程假设以外的问题。了很多雷

10、诺方程假设以外的问题。n20世纪中叶，世纪中叶，格鲁宾格鲁宾（）提出了著名的）提出了著名的弹性流体动力润滑的计算公弹性流体动力润滑的计算公式式。n道松道松（Dowson）郑绪云郑绪云（Cheng）温诗铸温诗铸等的进一步发展，使弹性流体动等的进一步发展，使弹性流体动力润滑理论日趋成熟。力润滑理论日趋成熟。n 随着科学技术的发展，流体润滑中的紊流、惯性、热效应以及非牛顿流随着科学技术的发展，流体润滑中的紊流、惯性、热效应以及非牛顿流体润滑等问题也展开了研究。自从体润滑等问题也展开了研究。自从1886 年年O.Reynolds 在在B.Tower的实验基的实验基础上，建立润滑理论以来，流体润滑理论经

11、历了础上，建立润滑理论以来，流体润滑理论经历了流体润滑流体润滑（1886）、）、弹性弹性流体润滑流体润滑（1949）、）、薄膜润滑薄膜润滑（1988）与）与分子润滑分子润滑（1991）的发展阶段。）的发展阶段。二、润滑的分类二、润滑的分类按润滑剂的物质按润滑剂的物质形态分形态分 液体润滑液体润滑脂润滑脂润滑固体润滑固体润滑气体润滑气体润滑 流体动力润滑流体动力润滑流体静力润滑流体静力润滑弹性流体动力润滑弹性流体动力润滑固体润滑固体润滑边界润滑边界润滑流体润滑流体润滑三、润滑状态的转化三、润滑状态的转化 斯特里贝克斯特里贝克(Stribeck)曲线：曲线：德国学者斯特里贝克德国学者斯特里贝克(S

12、tribeck)对对滚动轴承与滑动轴承的摩擦进行滚动轴承与滑动轴承的摩擦进行了试验，了试验，研究运动速度、法向载研究运动速度、法向载荷和润滑剂的粘度等参数与摩擦荷和润滑剂的粘度等参数与摩擦系数之间的关系系数之间的关系，并将它们间的，并将它们间的关系绘制成一条曲线，称为斯特关系绘制成一条曲线，称为斯特里贝克曲线。里贝克曲线。边界润滑状态边界润滑状态，平均润滑膜厚，平均润滑膜厚h与与表面的复合粗糙度表面的复合粗糙度 的比值的比值趋于趋于0(小小于于0.41)，典型膜厚在，典型膜厚在1-50nm时，摩时，摩擦表面微凸体接触增多，润滑剂的粘擦表面微凸体接触增多，润滑剂的粘度对降低摩擦所起作用很小，几乎

13、完度对降低摩擦所起作用很小，几乎完全不起作用，全不起作用，载荷几乎全部通过微凸载荷几乎全部通过微凸体以及边界润滑膜承担。体以及边界润滑膜承担。*由斯特里贝克曲线可知，润滑类型随着由斯特里贝克曲线可知，润滑类型随着转速、裁荷和润滑剂粘度的变化转速、裁荷和润滑剂粘度的变化而变化而变化，润滑状态可以从一种润滑状态转变到另一种润滑状态。，润滑状态可以从一种润滑状态转变到另一种润滑状态。h间隙，间隙，N压力；压力；复合粗糙度复合粗糙度Rh 混合润滑状态，混合润滑状态，平均润滑膜厚平均润滑膜厚h与摩与摩擦副表面的复合粗糙度擦副表面的复合粗糙度 的比值的比值约为约为3，典型膜厚在典型膜厚在1m以下，此时摩擦

14、表面的以下，此时摩擦表面的一部分被流体润滑膜隔开一部分被流体润滑膜隔开，承受部分载，承受部分载荷，也荷，也会发生部分表面微凸体的接触，会发生部分表面微凸体的接触，以及有边界润滑膜承受部分载荷。以及有边界润滑膜承受部分载荷。流体润滑状态，包括流体润滑状态，包括流体动压润流体动压润滑、流体静压润滑和弹性流体动压润滑、流体静压润滑和弹性流体动压润滑滑。平均润滑膜厚平均润滑膜厚h与摩擦副表面的与摩擦副表面的复合粗糙度复合粗糙度 的比值的比值大于大于3。流体动压和静压润滑状态下，典流体动压和静压润滑状态下，典型膜厚约在型膜厚约在1-100m，对于弹性流体，对于弹性流体动压润滑，典型膜厚约为动压润滑，典型

15、膜厚约为0.1-1m。此时摩擦副的表面被此时摩擦副的表面被连续流体膜隔开，连续流体膜隔开，因此用流体力学来处理这类润滑问题，因此用流体力学来处理这类润滑问题，摩擦阻力完全决定于流体的内摩擦摩擦阻力完全决定于流体的内摩擦(粘度粘度)。在这个区域中。在这个区域中工作的摩擦副表面没有工作的摩擦副表面没有直接接触，没有机械磨损直接接触，没有机械磨损(磨粒、粘着磨损磨粒、粘着磨损)产生，产生，但可以产生表面疲劳磨损、气但可以产生表面疲劳磨损、气蚀磨损和流体浸蚀。蚀磨损和流体浸蚀。四、流体润滑定义：在适当条件下，摩擦副的摩擦表面由一层具有一定厚度的粘性流体在适当条件下，摩擦副的摩擦表面由一层具有一定厚度的

16、粘性流体完全分开，由流体的压力来平衡外载荷，流体层中的分子大部分不受金完全分开，由流体的压力来平衡外载荷，流体层中的分子大部分不受金属表面离子、电子场的作用而可以自由地移动。这种状态称为属表面离子、电子场的作用而可以自由地移动。这种状态称为流体润滑流体润滑。流体润滑的摩擦性质完全取决于流体的粘性，而与两个摩擦表面的材料流体润滑的摩擦性质完全取决于流体的粘性，而与两个摩擦表面的材料无关。无关。n流体润滑的优点：流体润滑的优点：摩擦阻力低，摩擦系数低（摩擦阻力低，摩擦系数低（0.0010.008），磨损降低。），磨损降低。n流体润滑的分类：流体润滑的分类：流体静压润滑、流体动压润滑流体静压润滑、流

17、体动压润滑和和弹性流体动压润滑弹性流体动压润滑。n流体静压润滑：流体静压润滑：流体静压润滑流体静压润滑又称外供压润滑又称外供压润滑，是，是用外部的供油装置用外部的供油装置，将具有一定压力的润滑剂输送到支承中去，在支承油腔内形成具有足够将具有一定压力的润滑剂输送到支承中去，在支承油腔内形成具有足够压力的润滑油膜，将所支撑的轴或滑动导轨面等运动件浮起，承受外力压力的润滑油膜，将所支撑的轴或滑动导轨面等运动件浮起，承受外力作用。作用。因此运动件在从静止状态直至在很大的速度范围内都能承受外力因此运动件在从静止状态直至在很大的速度范围内都能承受外力作用，这是流体静力润滑的主要特点作用，这是流体静力润滑的

18、主要特点。u 流体动压润滑：流体动压润滑：在两个做相对运动物体的摩擦表面上，借助于摩擦表在两个做相对运动物体的摩擦表面上，借助于摩擦表面的面的几何形状几何形状和和相对运动相对运动而产生具有一定而产生具有一定压力的粘性流体膜压力的粘性流体膜，将两摩，将两摩擦擦表面完全隔开表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷。，由流体膜产生的压力来平衡外载荷。u 弹性流体动压润滑：弹性流体动压润滑：相对运动相对运动表面的弹性变形与流体动压作用表面的弹性变形与流体动压作用都对润都对润滑油的润滑性能起着重要作用的一种润滑状态。滑油的润滑性能起着重要作用的一种润滑状态。n 流体静压润滑流体静压润滑是从外部供给具

19、有一定压力的流体来平衡外载荷。是从外部供给具有一定压力的流体来平衡外载荷。流体流体动压润滑动压润滑是由摩擦表面几何形状和相对运动，借助粘性流体的动力学产生是由摩擦表面几何形状和相对运动，借助粘性流体的动力学产生动态压力，用此润滑膜的动压来平衡外载荷，动态压力，用此润滑膜的动压来平衡外载荷，弹性流体动压润滑弹性流体动压润滑理论是研理论是研究在点、线接触条件下，两弹性物体间的流体动力润滑膜的力学性质。究在点、线接触条件下，两弹性物体间的流体动力润滑膜的力学性质。n 在流体润滑理论中，流体（润滑油）的粘度是评价润滑油性质的重要指标。在流体润滑理论中，流体（润滑油）的粘度是评价润滑油性质的重要指标。n

20、 流体的粘性流体的粘性是流体内部对抗相对运动或变形的一种物理性质，也就是流体是流体内部对抗相对运动或变形的一种物理性质，也就是流体分子彼此流过时所产生的一种分子彼此流过时所产生的一种内摩擦阻力内摩擦阻力。粘性的大小以粘度表示。粘性的大小以粘度表示。流体粘度流体粘度n粘度是润滑油的主要技术指标粘度是润滑油的主要技术指标。绝大多数润滑油的牌号，是根据其粘度确。绝大多数润滑油的牌号，是根据其粘度确定的，粘度是各种机械设备选油的主要依据。定的，粘度是各种机械设备选油的主要依据。n粘度的度量方法，分为粘度的度量方法，分为绝对粘度和相对粘度两大类绝对粘度和相对粘度两大类。绝对粘度分为动力粘绝对粘度分为动力

21、粘度、运动粘度两种度、运动粘度两种；相对粘度有恩氏粘度、赛氏粘度和雷氏粘度等几种表；相对粘度有恩氏粘度、赛氏粘度和雷氏粘度等几种表示方法。示方法。、流体粘度的主要分类、流体粘度的主要分类牛顿最先提出粘性流体的流动模型，他认为牛顿最先提出粘性流体的流动模型，他认为流体的流动是许多极薄的流体的流动是许多极薄的流体层之间的相对滑动流体层之间的相对滑动，如图所示。，如图所示。在厚度为在厚度为h的流体表面上有一块面积为的流体表面上有一块面积为A的平板，在力的平板，在力F的作用下以速度的作用下以速度v运动。此时，由于流体的粘滞性，在相互滑动的各层之间将产生切应力即运动。此时，由于流体的粘滞性，在相互滑动的

22、各层之间将产生切应力即流体的内摩擦力，由它们将运动传递到各相邻的流体层，使流体的内摩擦力，由它们将运动传递到各相邻的流体层，使各层流速各层流速u 按直按直线分布线分布。动力粘度动力粘度vFXYhuy牛顿提出了粘滞切应力与切应变率成正比的假牛顿提出了粘滞切应力与切应变率成正比的假设，称为设，称为牛顿粘性定律牛顿粘性定律，即：，即：；其中，其中，为切为切应力应力，即单位面积上的摩擦力即单位面积上的摩擦力，即，即=F/A;为切应为切应变率变率，等于流动速度沿流体厚度方向的变化梯度，等于流动速度沿流体厚度方向的变化梯度，即即=du/dh；比例常数比例常数定义为流体的动力粘度定义为流体的动力粘度。所。所

23、以，以，A1m1m1mF=1NV=1m/s 动力粘度的物理意义：动力粘度的物理意义：在流体中取两个面积各在流体中取两个面积各为为1m2，相距，相距1m的单元流体，在相对运动速度为的单元流体，在相对运动速度为1m/s的时，所产生的阻力，称为该的时，所产生的阻力，称为该液体的动力粘液体的动力粘度，以度，以表示表示。当阻力为当阻力为1N(牛顿牛顿)时，动力粘度为时，动力粘度为1Pas(帕斯帕斯卡卡 秒秒)。工程中常采用。工程中常采用(泊泊)或或cP(厘泊厘泊)为单位。为单位。1Pas1Ns/m210P=103cP*凡是服从牛顿粘性定律的流体统称为凡是服从牛顿粘性定律的流体统称为牛顿流体，牛顿流体，而

24、不符合牛顿定律的流而不符合牛顿定律的流体为体为非牛顿流体非牛顿流体。实践证明实践证明:在一般工况条件下的在一般工况条件下的大多数润滑油特别是矿物油均属于牛顿流体大多数润滑油特别是矿物油均属于牛顿流体性质性质。运动粘度运动粘度或将同一温度下流体的动力粘度和该液体的密度之比将同一温度下流体的动力粘度和该液体的密度之比定义为运动粘度定义为运动粘度。式中式中为流体密度，单位为流体密度，单位g/cm3；为运动粘度，单位为运动粘度，单位m2/s，工程上常用，工程上常用厘斯厘斯(cSt)作为单位作为单位，1cSt=10m m2/s 通常润滑油的密度通常润滑油的密度=0.7-1.2g/cm3，而矿物油密度的典

25、型值为，而矿物油密度的典型值为0.85 g/cm3,因此运动粘度与动力粘度的近似换算式可采用：因此运动粘度与动力粘度的近似换算式可采用：=0.852 2、影响润滑油粘度的主要因素、影响润滑油粘度的主要因素 （1）温度）温度 润滑油的粘度随着温度的升高而降低，随着温度的降低而增大，这就是润润滑油的粘度随着温度的升高而降低，随着温度的降低而增大，这就是润滑油的滑油的粘温特性粘温特性。要求润滑油的粘温特性要好，即油品粘度随工作温度的变化越小越好。要求润滑油的粘温特性要好，即油品粘度随工作温度的变化越小越好。例如：发动机润滑油的粘温特性不好，低温时，粘度过大，发动机启动困例如：发动机润滑油的粘温特性不

26、好，低温时，粘度过大，发动机启动困难；启动后润滑油不易流到摩擦面上，会造成机械零件的磨损。温度过高，难；启动后润滑油不易流到摩擦面上，会造成机械零件的磨损。温度过高，粘度变小，不易在摩擦而上形成适当的油膜，失去润滑作用，使机械零件的粘度变小，不易在摩擦而上形成适当的油膜，失去润滑作用，使机械零件的摩擦面产生擦伤和胶合等故障。摩擦面产生擦伤和胶合等故障。评价各种润滑油的粘温特性，普遍采用评价各种润滑油的粘温特性，普遍采用粘度指数粘度指数()来表示。粘度指数高来表示。粘度指数高的润滑油表示它的粘度随温度的变化小，因而粘温性能好。的润滑油表示它的粘度随温度的变化小，因而粘温性能好。*流体的粘度值必须

27、对应测试的温度。流体的粘度值必须对应测试的温度。（2）压力）压力 当液体或气体所受的压力增加当液体或气体所受的压力增加时，分子之间的距离减小而分子间的引时，分子之间的距离减小而分子间的引力增大，因而力增大，因而粘度增加粘度增加。通常通常,当矿物油所受压力超过当矿物油所受压力超过0.02GPa 时时,粘度随压力的变化就十分显著。粘度随压力的变化就十分显著。3、粘度的测量、粘度的测量 测量粘度采用粘度计。按照它们的工作原理可以归纳为测量粘度采用粘度计。按照它们的工作原理可以归纳为3 类，即旋转式、类，即旋转式、落体式和毛细管式粘度计。落体式和毛细管式粘度计。(1)旋转式粘度计旋转式粘度计 旋转式粘

28、度计的两个元件之间充满待测液体旋转式粘度计的两个元件之间充满待测液体,其中一个固定而另一个旋转。其中一个固定而另一个旋转。通过测定相对旋转时，用液体受剪切的阻力矩来计算液体的动力粘度。它的通过测定相对旋转时，用液体受剪切的阻力矩来计算液体的动力粘度。它的主要形式有转筒粘度计主要形式有转筒粘度计(图图(a)和锥板粘度计和锥板粘度计(图图(b)，前者由两个同心圆筒组，前者由两个同心圆筒组成，后者由一平面和一圆锥面组成。成，后者由一平面和一圆锥面组成。这些粘度计能在不同的速度下旋转，这些粘度计能在不同的速度下旋转，可以测量不同切应变率时的粘度，可以测量不同切应变率时的粘度，特别特别适用于非牛顿流体的

29、测量适用于非牛顿流体的测量。(2)落体式粘度计落体式粘度计 最常用的落体式粘度计是用一个钢球最常用的落体式粘度计是用一个钢球在充满待测流体的管子中下落的速度来在充满待测流体的管子中下落的速度来测定粘度。测定粘度。落体式粘度计的另一形式是落筒粘度计，它由两个立式同心圆筒组成，落体式粘度计的另一形式是落筒粘度计，它由两个立式同心圆筒组成，两圆筒之间灌满待测流体，外筒固定，内筒下落。落筒粘度计主要用以测两圆筒之间灌满待测流体，外筒固定，内筒下落。落筒粘度计主要用以测量高粘度的流体。量高粘度的流体。(3)毛细管式粘度计毛细管式粘度计 毛细管式粘度计是以一定容积的液毛细管式粘度计是以一定容积的液体，依靠

30、压力差或者自身的质量，流体，依靠压力差或者自身的质量，流过一根标准毛细管所需的时间来测定过一根标准毛细管所需的时间来测定液体的粘度。液体的粘度。如图所示，已知毛细管式粘度计的如图所示，已知毛细管式粘度计的常数常数c,在某温度下测量一定流量的液在某温度下测量一定流量的液体流出毛细管的时间体流出毛细管的时间t(即图中即图中A、B 间间椭球所含的流体的液面从椭球所含的流体的液面从A降至降至B所需所需的时间的时间)，就可求出该液体此时的运动，就可求出该液体此时的运动粘度为：粘度为：=ct；若测得该液体的密度若测得该液体的密度，其动力粘度则为：其动力粘度则为：=一、动压润滑的形成原理和条件一、动压润滑的

31、形成原理和条件FFF设计：潘存云F 平行板平行板。板。板B静止，板静止，板A以速度以速度v向向左运动，板间充满润滑油，无载荷左运动，板间充满润滑油，无载荷时，时，液体各层的速度呈三角形分布，液体各层的速度呈三角形分布，进油量与出油量相等，板进油量与出油量相等，板A不会下沉。不会下沉。但若板但若板A有载荷时，油向两边挤出，有载荷时，油向两边挤出，板板A逐渐下沉，直到与逐渐下沉，直到与B板接触。板接触。两平形板之间不能形成压力油膜！两平形板之间不能形成压力油膜！v 第二节第二节 流体动压润滑流体动压润滑 流体动压润滑是指借助于两个摩擦表面的相对运动产生流体动压润滑是指借助于两个摩擦表面的相对运动产

32、生动压油膜动压油膜，靠，靠油膜的压力将两摩擦表面完全隔开，实现流体润滑。油膜的压力将两摩擦表面完全隔开，实现流体润滑。AB v vvh1aah2cc 如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布收敛楔形分布，且板且板A有载荷。有载荷。当板当板A运动时，两端速度若程虚线分布，则必然进油多而出油少。由于运动时，两端速度若程虚线分布，则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内

33、凹，出油度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内凹，出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力与外载端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力与外载荷平衡，板荷平衡，板A不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油膜称为而产生的压力油膜称为动压油膜动压油膜。各截面的速度图不一样，从凹三角形过。各截面的速度图不一样，从凹三角形过渡到凸三角形，中间必有一个位置呈三角形分布。渡到凸三角形，中间必有一个位置呈三角形分布。vvh0bbFOxyABFmaxp油压分布曲线油压分布曲线

34、动压油膜动压油膜-因运动而产生的压力油膜。流体动力润滑原理2形成动压油膜的条件形成动压油膜的条件：1）两摩擦表面之间必须能形成收敛的楔形间隙；3）两表面之间必须有一定的相对运动速度。2）两表面之间必须连续充满具有一定粘度的液体；二、雷诺润滑方程二、雷诺润滑方程假设条件：假设条件：1.Z向无限长，润滑油在向无限长，润滑油在Z向没有流动；向没有流动；2.压力压力 p 不随不随 y 值的大小而变化；值的大小而变化；3.润滑油粘度润滑油粘度 不随压力而变化；不随压力而变化；4.润滑油处于层流状态。润滑油处于层流状态。B BA Axzy流体动力润滑原理3式中：为油压最大处的油膜厚度；、分别为油膜中某截面

35、处的（坐标为x）油压和油膜厚度。0hhp上式即为一维雷诺润滑方程。利用雷诺方程也可解释形成动压油膜的条件。306hhhxp 从动压油膜中取出一个微元体，从动压油膜中取出一个微元体，xp对其进行受力分析，经推导可得表对其进行受力分析，经推导可得表示示油膜压力在油膜压力在 x 方向的变化率方向的变化率 与与油膜厚度油膜厚度 h 之间关系的方程：之间关系的方程：OxyABmaxp0hhpx雷诺方程应用雷诺方程在实际摩擦件中的应用第三节第三节 弹性流体动压（力）润滑弹性流体动压（力）润滑 n弹性流体动力润滑是研究在相互滚动或滚动伴有滑动的两个弹性物体之间弹性流体动力润滑是研究在相互滚动或滚动伴有滑动的

36、两个弹性物体之间的流体动力润滑问题。的流体动力润滑问题。n大部分的机械运动副，大部分的机械运动副，载荷是通过较大的支承面来传递载荷是通过较大的支承面来传递的。如滑轨、滑动的。如滑轨、滑动轴承等。其单位面积受的压力比较小，通常为轴承等。其单位面积受的压力比较小，通常为1 110010010105 5PaPa。另一些运动。另一些运动副是副是通过名义上的线接触或点接触来传递载荷通过名义上的线接触或点接触来传递载荷的，如齿轮、滚动轴承等。的，如齿轮、滚动轴承等。因接触面积很小，平均单位面积压力很大，接触处的压力可达因接触面积很小，平均单位面积压力很大，接触处的压力可达10109 9PaPa以上。以上。

37、在这种苛刻条件下，用古典润滑理论计算的油膜厚度与实际情况不符。在这种苛刻条件下，用古典润滑理论计算的油膜厚度与实际情况不符。与古典理论不一致的原因是：与古典理论不一致的原因是：高的压力使油的粘度增大；已不是雷诺方程中假定的高的压力使油的粘度增大；已不是雷诺方程中假定的“粘度在间粘度在间隙中保持不变隙中保持不变”。重载使弹性体发生显著的局部变形，也不是雷诺方程假定的重载使弹性体发生显著的局部变形，也不是雷诺方程假定的“两两个固体表面是刚性的个固体表面是刚性的”。由于上述两个效应，剧烈地改变了油膜的几何形状，而油膜形状由于上述两个效应，剧烈地改变了油膜的几何形状，而油膜形状又反过来影响接触区的压力

38、分布。又反过来影响接触区的压力分布。因此，解决弹流润滑问题必须因此，解决弹流润滑问题必须同时满足流体润滑方程和固体弹性方同时满足流体润滑方程和固体弹性方程程。凡表面弹性变形量与最小油膜厚度处在同一量级的润滑问题，都属。凡表面弹性变形量与最小油膜厚度处在同一量级的润滑问题，都属于弹流问题。于弹流问题。弹性流体动压润滑理论，是研究相互滚动或滚动伴有滑动的条件下，弹性流体动压润滑理论，是研究相互滚动或滚动伴有滑动的条件下，两弹性物体间流体动压润滑膜的力学性质。与普通流体动压润滑理论的两弹性物体间流体动压润滑膜的力学性质。与普通流体动压润滑理论的区别在于：高接触应力；接触物体不假定其为刚体，而是弹性体

39、。区别在于：高接触应力；接触物体不假定其为刚体，而是弹性体。依靠润滑剂的粘附作用，两圆柱体相互滚动时将润滑剂带入间隙。由于依靠润滑剂的粘附作用，两圆柱体相互滚动时将润滑剂带入间隙。由于接触压力较高使接触面发生局部变形，接触面积增大，并形成了一个平行缝接触压力较高使接触面发生局部变形，接触面积增大，并形成了一个平行缝隙，在出油口处的接触面边缘出现了使间隙变小的突出部分，称为隙，在出油口处的接触面边缘出现了使间隙变小的突出部分，称为缩颈现象缩颈现象，此处形成了最小油膜厚度，出现了第二个峰值压力。此处形成了最小油膜厚度，出现了第二个峰值压力。弹性流体动力润滑的机理：弹性流体动力润滑的机理：潘存云教授

40、研制潘存云教授研制V2V1V1V2FV1V2F赫兹接触区赫兹接触区hminh0第二个峰值压力第二个峰值压力 V1V2F F干摩擦接触干摩擦接触赫兹接触区赫兹接触区 举例：举例：一弹性圆柱体与一刚性平面接触，如右一弹性圆柱体与一刚性平面接触，如右图所示。圆柱体在整个赫兹（图所示。圆柱体在整个赫兹（Hertz）压力）压力区中压平，如图（区中压平，如图（a）。当圆柱体在平面）。当圆柱体在平面上滚动时（其间有润滑油存在），两表面上滚动时（其间有润滑油存在），两表面各自带着吸附在其上的润滑油互相接近，各自带着吸附在其上的润滑油互相接近，并使油充满表面间的空隙。这时将产生流并使油充满表面间的空隙。这时将产

41、生流体动压力。图（体动压力。图（b）为（）为（a）的局部放大图。）的局部放大图。运用弹性流体动压润滑理论，可建立起弹性体表面几何形状、尺运用弹性流体动压润滑理论，可建立起弹性体表面几何形状、尺寸、材料性能、润滑流体粘度、表面速度、载荷与油膜厚度、压力寸、材料性能、润滑流体粘度、表面速度、载荷与油膜厚度、压力分布、摩擦力和温升等参数间的定量关系。在实际中最关心的是油分布、摩擦力和温升等参数间的定量关系。在实际中最关心的是油膜厚度。膜厚度。两种不同接触情况：两种不同接触情况：线接触下的油膜厚度与油膜压力线接触下的油膜厚度与油膜压力点接触下的挤压油膜形状点接触下的挤压油膜形状1.线接触；线接触；2.

42、点接触点接触弹性流体动力润滑的特点弹性流体动力润滑的特点:A.表面的弹性变形表面的弹性变形 B.黏度的大幅度增加黏度的大幅度增加 BALLOUTER RACE流体压力曲线流体压力曲线典型的弹性流体动力润滑典型的弹性流体动力润滑 齿轮齿轮 滚动轴承滚动轴承(滚珠和滚柱滚珠和滚柱)凸轮及其从动部件凸轮及其从动部件 活塞环活塞环/缸套缸套节节流流器器节流器节流器D工作原理：依靠供油工作原理：依靠供油装置，将高压油压入装置，将高压油压入轴承间隙中，强制形轴承间隙中，强制形成油膜。成油膜。特点：静压轴承在特点：静压轴承在任何工况下都能胜任何工况下都能胜任工作。任工作。d0d0常用节流器常用节流器关键器件

43、：关键器件：节流器节流器节流器作用：根据外载荷的变节流器作用：根据外载荷的变化自动调节各油腔内的压力。化自动调节各油腔内的压力。油台油台 起密封作用 第四节第四节 流体静压润滑流体静压润滑1.静压轴承静压轴承2.空气轴承空气轴承 空气也是一种流体润滑剂，其粘度只有空气也是一种流体润滑剂，其粘度只有L-AN7润滑油的润滑油的1/4000，摩擦力小到可忽略不计，因此可用于数十万转的超摩擦力小到可忽略不计，因此可用于数十万转的超高速轴承。高速轴承。空气轴承的工作原理与液体润滑轴承本质上是一样。空气轴承的工作原理与液体润滑轴承本质上是一样。分静压和动压两种。分静压和动压两种。气膜厚度气膜厚度 20 m

44、制造精度制造精度 严格过滤严格过滤 优点：优点：(1)不随温度变化，可用于高温或低温；不随温度变化，可用于高温或低温；(2)没有油污染的危险；没有油污染的危险；(3)回转精度高，运行噪音低。回转精度高，运行噪音低。缺点：承载能力不大，密封困难。缺点：承载能力不大，密封困难。第五节第五节 边界润滑边界润滑（Boundary lubrication）油膜厚度油膜厚度钢的钢的铋的。铋的。如图所示。如图所示。哈代根据以上结果提出了以下的边界润滑机理：哈代根据以上结果提出了以下的边界润滑机理：首先认为，固体面上的摩擦取决于作用在界面上首先认为，固体面上的摩擦取决于作用在界面上固体表面间的分子引力固体表面

45、间的分子引力，即，即粘着粘着。其次，他认为存在着肉眼看不到的薄膜，这种固体表面间的。其次，他认为存在着肉眼看不到的薄膜，这种固体表面间的薄润滑膜薄润滑膜，受，受固体引力的影响沿一个方向整齐排列。如下图所示。在受到切向应力时出现整齐固体引力的影响沿一个方向整齐排列。如下图所示。在受到切向应力时出现整齐定向排列的膜与膜之间的滑移。定向排列的膜与膜之间的滑移。哈代的模型哈代的模型 由于有这种膜的存在，作用在固体面上的分子间由于有这种膜的存在，作用在固体面上的分子间引力被削弱，使摩擦减小。这就是边界润滑作用。润引力被削弱，使摩擦减小。这就是边界润滑作用。润滑剂分子越大，减小摩擦的作用也明显，即摩擦力随

46、滑剂分子越大，减小摩擦的作用也明显，即摩擦力随润滑剂分子的增大而减小。润滑剂分子的增大而减小。同时，采用同样的润滑剂时，原来分子间引力大的，同时，采用同样的润滑剂时，原来分子间引力大的，摩擦系数也还是大的。摩擦系数也还是大的。这就是最早的边界润滑理论。这就是最早的边界润滑理论。（2）波登（波登（Bowden）的边界润滑理论及其实验）的边界润滑理论及其实验 波登和泰伯（波登和泰伯（Tabor）把哈代的想法与真实接触的概念联系）把哈代的想法与真实接触的概念联系起来研究边界润滑状态下的摩擦。起来研究边界润滑状态下的摩擦。在载荷作用下有润滑的金属在载荷作用下有润滑的金属表面相互接触，就会有足够的面积发

47、生塑性变形以承受载荷。表面相互接触，就会有足够的面积发生塑性变形以承受载荷。由于这些变形，使润滑膜被夹在金属中间，以致承受很大的压由于这些变形，使润滑膜被夹在金属中间，以致承受很大的压力，在压力最大的地方，润滑膜局部破裂而出现金属粘着。力，在压力最大的地方，润滑膜局部破裂而出现金属粘着。波登的边界润滑模型波登的边界润滑模型ArAr 波登的边界润滑观点是边界润滑膜有两个性质：波登的边界润滑观点是边界润滑膜有两个性质：1.在高压下承受大剪切力的真在高压下承受大剪切力的真实接触区内仍有边界膜覆盖；实接触区内仍有边界膜覆盖；2.膜本身的剪切阻力很小。因此他认为，受剪切力作膜本身的剪切阻力很小。因此他认

48、为，受剪切力作用时，既有边界润滑膜存在，也有固体间直接接触的地方用时，既有边界润滑膜存在，也有固体间直接接触的地方即产生在两相非均匀即产生在两相非均匀的界面上，而不像哈代说的产生在均匀的界面上。的界面上，而不像哈代说的产生在均匀的界面上。这样，产生滑移时，需要分开的真实接触总面积这样，产生滑移时，需要分开的真实接触总面积Ar中包括两部分（见上图）：中包括两部分（见上图）：Ar，为固体直接接触部分；为固体直接接触部分；（1-）Ar为其间有边界润滑膜存在的面积。为其间有边界润滑膜存在的面积。真实接触面积真实接触面积ArN/b式中：式中：N为法向载荷；为法向载荷；b为材料发生塑性流动时所需的压力为材

49、料发生塑性流动时所需的压力,即屈服极限。即屈服极限。根据波登的粘着摩擦理论，摩擦力根据波登的粘着摩擦理论，摩擦力F是剪切这种真实接触面积所需要的力。设是剪切这种真实接触面积所需要的力。设 接触区金属的剪切强度为接触区金属的剪切强度为，润滑膜的剪切强度为，润滑膜的剪切强度为f，则摩擦力：，则摩擦力：F=Ar+（1-）Arf F=Ar+（1-）f 从此式可以看出，如从此式可以看出，如小，即金属接触区小；如果小，即金属接触区小；如果f小，即边界膜的剪切强度小，即边界膜的剪切强度低，则摩擦力就小。边界润滑状态下低，则摩擦力就小。边界润滑状态下是很小的。所以：是很小的。所以：Ff Ar （3）金斯伯里（

50、金斯伯里（Kingsbury）的润滑理论）的润滑理论 波登的边界润滑理论是建立在静态概念上的。他没有波登的边界润滑理论是建立在静态概念上的。他没有考虑分子的运动。而金斯伯里把考虑分子的运动。而金斯伯里把“动动”的要素引入边界润的要素引入边界润滑问题中。他提出的滑动模型如图所示。滑问题中。他提出的滑动模型如图所示。物体物体Q在平面在平面S上移动，小圆圈为润滑剂分子。紧贴在表上移动，小圆圈为润滑剂分子。紧贴在表面面S上的上的6个圆圈是被吸附在表面上的分子。被吸附的分子个圆圈是被吸附在表面上的分子。被吸附的分子不是一直占据在它们的位置上，而是在某个时间停留在该不是一直占据在它们的位置上，而是在某个时