第四章流体润滑原理Word文件下载.docx

1、这种状态称为流体润滑。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性质无关。 流体润滑的优点：流体润滑具有极低的摩擦阻力，摩擦系数在0.0010.008或更低（气体润滑），并能有效地降低磨损。流体润滑的分类：根据液体压力形成的方式可分为流体静压润滑和流体动压润滑。流体静压润滑是从外部供给具有一定压力的流体来平衡外载荷。流体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动态压力，用此润滑膜的动压来平衡外载荷。这里着重介绍流体动压润滑原理及流体润滑基本方程。根据摩擦表面的几何形状、尺寸、间隙、流体粘度、相对运动速度和载荷等条件，运用（粘性）流体力学的方法，分析流

2、体润滑膜的压力分布、厚度、流量、摩擦力、发热量和温升等。以便正确设计和选择参数，确保形成流体润滑。4.1流体粘度在流体润滑理论中，流体（润滑油）的粘度是表征润滑油性质的重要指标。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，也就是流体分子彼此流过时所产生的一种内摩擦阻力。粘性的大小以粘度表示。4.1.1动力粘度（绝对粘度）可将流动的液体看作是无限多的极薄的液层组成，液体的内摩擦就是各液层之间相对滑动引起的剪切应力，的方向在运动较快一层与运动方向相反，在较慢一层则与运动方向相同。其示意图见图4.1。yux图4.1 液体内摩擦示意图剪应力（流体作切向运动的单位面积阻力）与速度梯度成正比。（

3、牛顿粘性公式）式中： 为粘度系数（动力粘度或绝对粘度）。其物理意义为：两个面积各为1m2的平行液面，相距1m，以1m/s的速度作相对运动，如此时产生的阻力为1N（牛顿）时，动力粘度为1Pas。动力粘度的单位为Pas（帕斯卡秒）；量纲为ML-1T-1（质量长度-1时间-1）。 实用时,采用P（泊）为动力粘度的单位。1P=1dyns/cm2=0.1Pas 1P=0.1Pas=100cP 1cP=10-2P=103Pas； cP 厘泊水的1103Pa 空气的0.02 润滑油的2400 在英制中，动力粘度称为雷恩（Reyn）。 1Reyn69000P4.1.2运动粘度将同一温度下某液体的动力粘度和该液

4、体的密度之比定义为运动粘度 。 流体密度，单位 g/cm3；（一般润滑油的密度0.850.95g/cm3） 运动粘度，单位m2/s；实用时因为的单位太大，用沲（斯托克斯）St作为运动粘度的单位，令1 St1cm2/s1St=10-4m2/s=100cSt 1cSt=10-6 m2/smm2/s cSt（厘沲）4.1.3影响粘度的因素 温度的影响流体的粘度受温度影响明显。温度升高，流体膨胀，分子间的距离增大，吸引力减小，粘度降低。通常50以下，粘度随温度变化十分显著，特别是当溶解于油中的烃类的析出，和极性分子的相互吸引，使粘度明显增大，甚至失去流动性。而50以上粘度变化缓慢。如图4.2所示。粘度

5、cP50温度图4.2 典型的粘温曲线据实验结果归纳出一个经验公式： 粘-温系数；t 温度为温度t的多项式。如果只取第一项，则上式可化为： 称雷诺粘度方程k 常数； t 测试温度（）；t0 室温（）此式比较简单，但不够精确。适用于温度变化较小的情况下。如果取前两项或三项，则得 斯洛特（Slotte）方程或 福格尔（Vogel）方程。用这些方程计算繁复，但比较精确。通常，人们用相对值来表示粘度随温度变化的程度，如粘度比，粘度-温度系数，及粘度指数等。a.粘度比同一润滑油在低温下的运动粘度与高温下的运动粘度之比值，称为该油的粘度比。通常用来表示粘度比。此值越小（接近1），表示粘温性能越好。b.粘度-

6、温度系数同一润滑油在0和100时的运动粘度之差与该油在50时的运动粘度之比。粘-温系数。该系数的值越小，表示润滑油的粘温性能越好，即粘度随温度变化越小。此系数是用于评定温度使用范围较大的高粘度润滑油。c.粘度指数 粘度指数是衡量润滑油粘度随温度变化程度的指标.粘度指数高,表示其粘度随温度的变化小,即粘温曲线平缓,粘温性能好。粘度指数的大小分成四段：低粘度指数 110。根据我国石油产品国家标准GBT199588规定，粘度指数VI值按以下方法计算： 当粘度指数100时， L 与试样100时的运动粘度相同，粘度指数为0的石油产品在40时的运动粘度， mm2/s； H 与试样100时的运动粘度相同，粘

7、度指数为100的石油产品在40时的运动粘度， mm2/s； U 试样40时的运动粘度mm2/s；D 为LH, mm2/s。10040VI=0VI=100试样LUH运动粘度润滑油的粘温工作已经作过很多，L，H可以在已有的列表中查出，或经过计算得到。 当粘度指数100时，U 试样40时的运动粘度，mm2/s；Y 试样100时的运动粘度，mm2/s；H 与试样100时的运动粘度相同，粘度指数为100的石油产品在40时的运动粘度，mm2/s。压力的影响斜率1粘度压力p图4.3 典型的粘-压曲线流体受压时，分子间距离缩短，吸引力增加，粘度就增大。通常在压力低于0.5107Pa时，油的粘度变化可以忽略不计

8、，而当压力超过2107Pa时才需要考虑其影响。其粘-压系数如图4.3所示，为一指数函数。与的关系是一条直线，斜率接近于（略小于）1。当p（45）107Pa时，油的粘度约为大气压时的2倍。这种特性对弹性流体动力润滑有十分重要的作用。粘-压曲线的数学表达式为：p 油的压力p 压力为p时的动力粘度；0 大气压下的动力粘度； 粘度的压力系数。 但此式在压力（p）很高时，计算得到的p偏大。 矿物油和合成润滑油的粘度-压力系数在（530）10-9m2/N。4.2流体润滑的基本方程4.2.1雷诺方程（Reynolds） 流体动压润滑理论的基本方程之一润滑油压力分布的微分方程即雷诺方程。雷诺方程可以从粘性流体

9、力学的基本方程导出，也可以从纳维-斯托克斯方程导出。在推导之前必须先作以下假定，将问题简化：简化假定润滑剂的体积力（重力）与粘性力相比可忽略不计。即流体不受附加力的作用。润滑剂运动时的惯性力与粘性力相比，可忽略不计。润滑膜的厚度很小（与摩擦表面的轮廓尺寸相比），可认为润滑膜的压力沿膜厚方向是不变的。即。润滑剂在界面上无滑动。即润滑剂的速度与摩擦表面的速度一样。摩擦表面的曲率与润滑膜的厚度相比很大，可将摩擦表面展成平面。可不计表面运动速度方向的改变，即可将移动速度代替旋转速度。以上几点假定一般都是符合实际的。以下几点假定不一定符合实际（特别是在高速、重载条件下），计算时会有误差。只是为了把复杂的

10、问题进行简化，便于求解而提出的假定。润滑剂为牛顿流体，即粘度符合牛顿粘性公式。润滑剂在间隙中的流动为层流（非紊流），且不计其流动中的惯性效应。组成间隙的两个固体表面是刚性的（实际上是弹性或塑性的）。润滑剂是不可压缩的（对液体而言是正确的，但气体就是可压缩的了）。润滑剂的粘度在间隙中保持不变。即不计温度与压力对粘度的影响（其实是有影响的）。与、相比，其它方向的速度梯度都可略去不计。（u、w分别为x、XYZz方向的速度分量）。影响油膜压力分布的条件（a）h1BCh0Duc分布图 （b）ucx=Bx=0压力分布图（c）为正为负pmaxup分布图 （d）upupup=0x= uc+up速度分布图u=u

11、c+up （e）图2-4 楔形间隙中油压分布示意图Nh油楔效应压力与速度的分布：润滑剂（油）在两无限宽的平板之间形成收敛楔形的间隙中流动时会产生油膜压力。图4.4所示为楔形间隙中油压分布情况。（a）中所示D为固定板,C板以速度U沿x方向作切向运动（由大间隙h1向小间隙h0处流动）。假定润滑油在界面上无相对滑动（假定4），则粘附于D表面上的润滑油的速度为零。而粘附于C表面上的速度则为U。使间隙中的油膜受连续的剪切作用。即在任意y值处的油的速度为：当 y=h时， uc=0y=0时， uc =U其速度分布如（b）所示。这种流动称为剪切流动。uc为剪切流动的速度由于两表面的间隙是收敛的楔形，且流体是不可压缩的（假定9）。故通过间隙的流量是相等的（如仅有剪切流动，必然会导致间隙各截面处的流量不相等。而要保持连续流动，流量必须保持相等才行），因此在间隙中会建立起流动压力，并引起压力流动。其流动速度与压力间的相互关系为：up 由于压力引起的速度； 润滑油粘度； 沿x方向的压力梯度； 设为正值，则液体由高压流向低压处为负值。 压力分布如图（c）所示，是抛物线型。因为在板的两端（x=0及x=B处），P=0（大气压力）；则中间一定有某一位置（）处，其0，p=pmax。up（由压力引起的速度）分布如图（d）所示，为抛物线形状（y的二次方程），当y=0和y=h时，u