第五章 边界润滑
润滑相关理论
8.油膜的粘度和油膜内压力沿着膜厚方向不变。
26
5.3.3 雷诺方程的推导
推导雷诺方程有两种方法，第一是有实际流体的运动方程 和连续性方程直接导出；第二是由微元体平衡分析法推导。 这里给大家介绍微元体平衡分析法，这中方法可以加深我 们对雷诺方程物理意义的理解。
（5-7）
将牛顿粘性公式：
U Z
图5-3微元体受力
28
5.3.3 雷诺方程的推导
代如上式得
U p z Z x
根据假设P沿着膜厚方向Z不变，上式两端对Z进行两次积 分得：
u p p dz C1 z x x
2
u (
摩擦学设计
第五章 润滑理论基础
Ｌubrication
1
5.1概述
一、润滑的定义 润滑是人们向摩擦、磨损斗争的一种手 段。一般来说，在摩擦副之间加入某种物 质用来控制摩擦、降低磨损，以达到延长 设备使用寿命的措施叫润滑。
2
5.1概述
二、润滑理论的形成与发展 第一阶段：从Reynolds方程的提出到第二 次世界大战以前。 第二阶段：二战以后到20世纪60年代。 第三阶段：20世纪60年代到现在
3
5.1概述
三、润滑的作用 降低摩擦系数 减少磨损 降低温度 防止腐蚀、保护金属表面 清洁冲洗作用 密封作用
4
5.1概述
四、润滑的分类 1、根据润滑剂的物质形态分类 气体润滑 液体润滑 半固体润滑 固体润滑 常见润滑剂种类见表5-1.
流体润滑原理
3. Navier-Stocks方程
纳维-斯托克斯方程是流体力学的基本方程，建立了流体力学中速度与压力之间关系。
把粘性流体看作连续介质，取一个无限小的质点来研究其应力与速度之间的关系。如右图表示了一个质点在三维坐标中的受力情况。 通过每一点的三个相互垂直的平面上各有三个应力，共有九个应力分量。
。这两个力作用于单元体的质点中心。
式中：x 单位质量在x方向所受的体积力； u 流体在x方向的速度分量。
3. Navier-Stocks方程
作用于单元体上所有力的平衡条件为：体积力-惯性力+六个表面力＝0。
则有：
式（S-4）为力的平衡方程。 式中：u、v、w分别为x、y、z方向的速度分量。
流体润滑原理
2. 雷诺方程
3. Navier-Stocks方程
4. 雷诺方程应用
5. 弹流体动力润滑简介
1. 概述
1. 概述
润滑：用具有润滑性的一层膜把相对运动的两个表面分开，以防止这些固体表面的直接接触，并使滑动过程中表面间的摩擦阻力尽可能减小，表面的损伤尽量减低，这就是润滑。
一、润滑的分类
3. Navier-Stocks方程
把式（S-1）、（S-2）（τ）、（S-3）（σ）代入（S-4）式中：
式中：
3. Navier-Stocks方程
代入（S-4）的三个方向:
式（S-5）为纳维-斯托克斯方程，是速度与压力关系的方程。
3. Navier-Stocks方程
3. Navier-Stocks方程
各种润滑状态的基本特征
各种润滑状态的基本特征【摘要】润滑状态在机械运行中起着至关重要的作用。
干摩擦状态是指在没有润滑油膜的情况下，摩擦产生的状态，表现为摩擦力大，易产生磨损。
润滑状态是指润滑油膜完全覆盖在摩擦表面，减少摩擦力和磨损。
边界润滑状态是指在摩擦接触表面上只有很薄的润滑膜，摩擦和磨损较大。
混合润滑状态是指在滑动摩擦过程中，润滑膜和摩擦表面均参与摩擦。
较大黏滞摩擦状态是指在高速、高温下，黏滞性润滑油的重要作用。
不同的润滑状态具有各自独特的特征，了解并正确应用润滑状态对于机械设备的正常运行至关重要。
【关键词】润滑状态、干摩擦、边界润滑、混合润滑、黏滞摩擦、重要性、基本特征、总结。
1. 引言1.1 润滑状态的重要性润滑状态在机械工程中起着非常重要的作用。
润滑的基本作用是减少摩擦和磨损，从而延长机械设备的使用寿命，提高运行效率。
在机械运转的过程中，由于摩擦而产生的热量会导致设备的部件温度升高，从而影响设备的性能和寿命。
润滑状态的选择对于设备的寿命和性能至关重要。
干摩擦状态是指在没有任何润滑剂的条件下，摩擦表面直接接触导致的摩擦状态。
这种情况下，摩擦表面之间会产生较大的摩擦力，容易导致磨损和热损失，从而降低设备的效率和寿命。
边界润滑状态是指在摩擦表面通过少量的润滑剂形成局部的润滑膜，减少摩擦和磨损。
这种状态下，摩擦表面之间的直接接触减少，摩擦力和磨损也相应减小。
2. 正文2.1 干摩擦状态的基本特征干摩擦状态是指在两个表面直接接触时，没有润滑剂的情况下产生的摩擦状态。
其基本特征包括以下几点：1. 高摩擦力：在干摩擦状态下，由于缺乏润滑剂的作用，表面之间的摩擦力会显著增加。
这会导致摩擦表面的磨损加剧，增加动力学上的能量损耗。
2. 高温度：干摩擦状态下的摩擦会产生大量的热量，导致摩擦表面的温度升高。
高温度会对材料的性能造成不利影响，加剧表面的磨损和疲劳。
3. 表面磨损：由于干摩擦状态下的摩擦力较大，表面会发生磨损，产生磨粒和磨损颗粒。
BoundaryLubrication(边界润滑)
Boundary LubricationDefinition: Campbell [1]"Boundary lubrication is lubrication by a liquid under conditions where the solid surfaces are so close together that friction and wear in boundary lubrication are determined predominantly by interaction between the solids and betweenplay little or no part in the friction and wear behavior. " Stribeck CurveCharacteristics•Liquid-solid interactions•Contact between asperities−Increased friction−Wear•Friction & wear determined by properties of solid surfaces as well as properties of lubricant •Shear of thin surface films−Lubricant films < 100 nm thick−Several to hundreds of molecules thick−Solid or liquid−“Lubricant starved” contact•Load sharing−Asperity-asperity contacts−Lubricant pressures generated bySqueeze filmsSliding•"Oiliness" of surfaces determines friction−Lubricant film thickness < 100 nm thickExamplesEngines: Piston rings & liner @ TDC & BDCBiologicalo Synovial joints, e.g., knee with synovial fluido Teeth/saliva during chewingOiled gun barrel & bulletStart up & shut down of equipment:o Engineso Bearingso CamsLubricated metal cutting or machiningProtective Films•Chemical interactions form (protective) films−Surface absorption−Surface reactions•Diamond like (protective) films−Very low (dry) friction µ ≈ 0.001−Chemically inert, very hard−Ali Erdemir: "Near-Frictionless Carbon…….ultra-hard coating many times slicker than Teflon."−Hydrogenated carbon bonded to surface, unreactive.•Design of protective boundary films (hydrocarbons)−Film absorbs to surface−Bodies don't touch−Class of oil additives for bonding to surfaces(surfactants)GREASESMOLECULAR DYNAMICS OF FILMS FLOW THROUGH ROUGH SURFACES ADHESION OF LUBRICANTGOOD BOUNDARY LUBRICANTSBOUNDARY LUBRICATED CONTACT MODELS•Rough surfaces contact:•Asperity forces P i support load @ discrete points •Hydrodynamic fluid pressures p fluid support load elsewhere•Total load supportP = Σasperities P i + ∫area p fluid dA≈ N ⌡⌠d ∞P i (z) F(z) dz + ∫A p fluid dANotes:• Real contact area A real << A, apparent contact area.Thus∫(A - A real ) p fluid dA ≈ ∫A p fluid dA• Many asperities of many heights, thusΣasperities P i ≈ N ⌡⌠d∞P i (z) F(z) dz•References1.W.E. Campbell, Boundary Lubrication, Boundary Lubrication, an Appraisal ofWorld Literature, ASME, 1969, pp. 87-117..2.N.K Myshkin, Chung Kyun Kim, Mark I Petrokovets, Introduction to Tribology,Cheong Moon Gak, 1997.。
机械设计基础润滑与密封课件
机械设计基础润滑与密封课件END * 第五章润滑与密封一、摩擦与润滑状态滑动摩擦和滚动摩擦第一节润滑摩擦的分类：滑动摩擦是指两个物体的表面相互接触并相对滑动时产生的摩擦。
滑动摩擦是面接触。
例如，发动机活塞与气缸壁的摩擦。
滚动摩擦是指球形或圆形物体沿另一物体表面滚动时所产生的摩擦。
滚动摩擦是点接触或线接触。
例如，滚珠轴承和滚柱轴承的摩擦。
润滑―向承载的两个摩擦表面引入润滑剂，是减少摩擦力及磨损等表面破坏的有效措施之一。
1、降低摩擦功耗、节约能源； 2、减少或防止机器摩擦副零件的磨损； 3、防锈4、缓冲、吸振 5、清洗摩擦表面，密封和防尘 6、降低工作温度等润滑的主要作用为：润滑状态的类型无润滑状态边界润滑状态液体润滑状态混合润滑状态二. 润滑剂：航空润滑油和航空润滑脂 1 黏度评价润滑油流动性的指标，有动力黏度、运动黏度和条件黏度表示平行板间油的层流流动贴近静止板的油层速度各油层以不同速度移动贴近移动板的油层速度油层间剪应力与速度梯度油层成正比比例常数，即动力黏度 O Y X 移动件静止件 F v u h y 设长宽高各为 1m 的流体，若上下两面发生 1m/s 的相对滑动，所需施加的力为 1N 时，则该流体的粘度为 1 个国际单位制的动力粘度记为 Pa.s 动力黏度与同温下该流体密度的比值用于流体动力学计算润滑油的粘度单位换算国际单位制物理单位称为 St 斯常用单位 cSt 厘斯动力黏度运动黏度温度压力黏度黏度 2 常用润滑油查得运动粘度再用公式转换为动力粘度用于流体动力学计算 3 润滑油的选择外载大―难形成油膜―选粘度高的油速度高―摩擦大―选粘度低的油温度高―油变稀―选粘度高的油比压大―油易挤出―选粘度高的油粘度－温度曲线 40 °C时运动黏度的平均值。
运动粘度/cSt 40°c 牌号名称 9.00～11.00 13.5～16.5 19.8～24.2 28.8～35.2 41.4～50.6 L-FC10 L-FC15L-FC22 L-FC32 L-FC46 轴承油（SH0017―90） 9.00～11.00 13.5～16.5 19.8～24.2 28.8～35.2 41.4～50.6 61.2～74.8 90.0～110135～165 L-AN10 L-AN15 L-AN22 L-AN32 L-AN46 L-AN68L-AN100 L-AN150 全损耗系统用油（GB443―89）润滑油牌号一般为（4）润滑脂：稠化的润滑油航空润滑脂按其基本作用与使用范围，可分为减摩润滑脂、防护润滑脂和密封润滑脂三类。
5-边界层及流体润滑
流体润滑的分类：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。
5.2.5 流体润滑的基本方程
5.1.3 曲面边界层分离现象
当不可压缩粘性流体流过平板时，在边界层外边 界上沿平板方向的速度是相同的，而且整个流场和边 界层内的压强都保持不变。
当粘性流体流经曲面物体时，边界层外边界上沿曲 面方向的速度是改变的，所以曲面边界层内的压强也 将同样发生变化，对边界层内的流动将产生影响，发 生曲面边界层的分离现象。
Re x K
= V∞ xK ν
= ( 3 .5 ~ 5 .0 ) × 10 5
5.1.2 边界层的描述
在平板的前部边界层呈层流状态，随着流程的增加，边界 层的厚度也在增加，层流变为不稳定状态，流体的质点运动变 得不规则，最终发展为紊流，这一变化发生在一段很短的长度 范围，称之为过渡区，过渡区的开始点称为转折点。过渡区下 游边界层内的流动为紊流状态。
D Fd度上的油膜压力；
C’为取决于宽径比和偏心 率的系数;
B
z
对于有限宽度轴承，油膜的总承载能力为
∫ F
=
+B/2 −B / 21
p'y
dz
=
ηωdB ψ2
Cp
或
CP
= Fψ 2 ηωdB
=
Fψ 2 2ηvB
解释这些参数的含义
式中Cp为承载量系数，计算很困难，工程上可查表确定。
两板之间充满润滑油。
平行间隙不能形成动压油膜。 O
摩擦磨损及润滑
三、混合摩擦（润滑）
膜厚比
hlim /(Ra1 Ra2 )
(b)
λ越大，油膜承载比例大，，f越小
四、流体摩擦（润滑） 膜厚比λ >5 全液体摩擦
§2—2 磨损
一、典型的磨损过程 1、跑合磨损过程
磨合磨 损阶段
I
稳定磨损阶段
II
剧烈磨损阶段
III
磨损量q q
在一定载荷作用下形成
一个稳定的表面粗糙度，
且在以后过程中，此粗糙
t
度不会继续改变，所占时
间比率较小
O
时间t
2、稳定磨损阶段
经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳定的表面粗糙度，摩擦
条件保持相对稳定，磨损较缓,该段时间长短反映零件的寿命
3、急剧磨损阶段 经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大→动载振动
→润滑状态改变→温升↑→磨损速度急剧上升→直至零件失效
4）闪点和燃点 5）极压性能
3）凝点 6）氧化稳定性
2、润滑脂 钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂
性能指标：
1）针入度
2）滴点
3）安定性
3、固体润滑剂 石墨、二硫化钼、氮化硼 、蜡、 聚氟乙烯、 酚醛树脂
4、润滑剂的添加
二、粘性定律与润滑油的粘度
1、粘性定律
u
y
u=v O
牛顿粘性定律 η——流体的动力粘度
合理地选择材料及材料的硬度(硬度高则抗疲劳磨 损能力强)，选择粘度高的润滑油，加入极压添加剂或 MoS2及减小摩擦面的粗糙度值等，可以提高抗疲劳磨 损的能力。
4、腐蚀磨损
在摩擦过程中，摩擦面与周围介质发生化学或电化学反应而 产生物质损失的现象，称为腐蚀磨损。腐蚀磨损可分为氧化 磨损、特殊介质腐蚀磨损、气蚀磨损等。腐蚀也可以在没有 摩擦的条件下形成，这种情况常发生于钢铁类零件，如化工 管道、泵类零件、柴油机缸套等。
摩擦学原理-边界和分子膜润滑
如极性分子与金属表面形成金属皂，
CnH2n+1COOM
金属
特点： 化学吸附是不可逆的。
3. 边界润滑模型
• 自1922年Hardy提出边界润滑的概念以来边界 润滑理论已有了较大的发展；
• 先 后 出 现 了 Bowden 模 型 、 Adamson 模 型 、 Kingsbury模型、Cameron模型、Cobblestone模 型、混合模型等；
存在问题： • 没有考虑压力对润滑分子的影响; • 没有考虑吸附分子排列方式的影响; • 没有考虑结构影响，如分子长链、大小等。
3.5 Cameron模型
英国三大家： ➢建桥：Bowden, Tabor, Jonhsm, 结合（固体润滑） 流变特性； ➢理国理工：Cameron, Spikes, EHL测试； ➢Leads, Dowson, Talyer 计算。
2. 物理吸附与化学吸附
物理吸附：
当固体表面依靠范德华（Van der Waals）力与介质 中的液体或气体分子相结合而形成定向排列的吸附 层，这种吸附称为物理吸附。
特点： • 吸附分子与固体表面间不发生电子交换； • 物理吸附是可逆的。
2. 物理吸附与化学吸附
化学吸附: 固体表面与液体求气体中的吸附分子间的
一、边界润滑
1. 边界润滑定义 2. 物理吸附与化学吸附 3. 边界润滑模型
1. 边界润滑定义
• 采用不具有流体效应的表面膜进行润滑的 工况叫边界润滑。
• 表面吸附膜或反应膜进行润滑的工况叫边 界润滑。
• 由于润滑分子与固体表面的相互作用而形成 一层具有润滑作用的界面膜在摩擦过程起主 要润滑作用，该种润滑状态叫边界润滑。
润滑系统润滑方式
润滑系统润滑方式润滑系统是机器设备的忠实伴侣，通过润滑系统可以为机器设备提供足够的润滑油，避免因缺油而导致的设备发生故障，延长设备的使用寿命。
在润滑系统中，润滑方式是其重要的组成部分之一。
润滑系统中的润滑方式主要分为三种，分别是油膜润滑、边界润滑和混合润滑，下面将对这三种润滑方式进行详细阐述。
一、油膜润滑油膜润滑是传统的润滑方式，也是润滑系统中最常用的润滑方式之一。
该润滑方式是在两个物体之间形成一层润滑油膜，从而实现物体相互滑动，并减少物体之间的摩擦，进而延长机器设备的使用寿命。
油膜润滑适用于低速、高精度的机器设备。
油膜润滑的优点是能够减少机器设备在高速摩擦过程中产生的热量，保证机器设备的正常运转。
同时，油膜润滑也能够减少机器设备的噪音，并且流体的粘性能够降低机器设备之间的接触表面的磨损。
未来，随着技术的不断创新和改进，油膜润滑技术还将不断发展。
二、边界润滑边界润滑是一种特殊的润滑方式，主要适用于某些高速、高负荷的机器设备。
该润滑方式是将润滑油和摩擦表面之间形成的一层涂料混合在一起，从而形成一个粘稠性较高、防止金属表面直接接触的润滑油膜，以达到降低机器设备磨损的目的。
边界润滑通常用于轴承、齿轮以及导轨等部件平面上，可以有效地防止机器设备在高速突然负荷的情况下产生骨架点磨损。
此外，边界润滑也可以用于涂覆在摩擦部件的表面上，能够有效提高机器设备的摩擦系数和耐久性。
三、混合润滑混合润滑是油膜润滑和边界润滑的混合体，主要适用于工作条件复杂、速度变化大的机器设备。
混合润滑的特点是在高速运转时可以采用油膜润滑，在承受高负荷时可以采用边界润滑。
在实际应用中，混合润滑更多的是在机器设备的集成系统中使用。
由于机器设备承受的负荷以及运转速度等因素的影响，混合润滑可以有效保护机器设备的正常运转，延长机器设备的使用寿命。
未来，混合润滑技术将正向着更成熟和完善的方向发展。
总之，在润滑系统中不同的润滑方式能够有效地解决机器设备在工作过程中的摩擦、磨损以及高温问题，从而延长机器设备的使用寿命。
柴油机的润滑PPT演示课件
2）抗氧化安定性
• 在规定温度（125 ℃ ）下，通入一定流速的空气或纯氧4h或8h，分别测 定油氧化后生成的沉淀物和酸值，沉淀物、酸值少抗氧化安定性好。
• 模拟液压油的工作条件，适用于液压油和透平油等。
船舶柴油机
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三、润滑油的性能指标
5. 腐蚀度
铝有腐蚀作用。 国外用总酸值TAN和强酸值SAN，单位为mgKOH/g。
船舶柴油机
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三、润滑油的性能指标
3、抗乳化度 乳化：
• 滑油中漏入水，经搅拌使滑油形成乳浊液并生成泡沫的过程。
影响：
• 乳浊液使油膜承载能力↓，滑油变质速度↑，且在分油机中难以分离；吸 附机械杂质、污损摩擦表面，磨粒磨损↑。
抗乳化度：
• 乳化后自动分层所需的时间（以分钟计），时间短，抗乳化度好，反之 则差。
船舶柴油机
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三、润滑油的性能指标
4. 热氧化安定性和抗氧化安定性
• 都是衡量滑油在使用条件下抵抗空气氧化的能力，仅是试验方法和应用 对象不同，而得到不同的指标。
1）热氧化安定性
• 在规定的高温（250℃）下，空气流过薄层试验油，油氧化生成50％漆状 物所需的时间来评定。时间长，热氧化安定性好。
• SAE (Society of Automotive Engineers美国汽车工程师学会)把滑油 分为10个等级，如表5－1。
• ISO（The International Standardization Organization）把滑油按40℃ 时的运动粘度的数值分成18个等级，如表5－2。
3）混合润滑 附近）。干摩擦+边界润滑=半干润滑。
无润滑（干摩擦）
第5章 流体动压润滑与静压润滑
3宽度方向无限短轴承
在Y方向的轴承宽度L远远小于X方向的长度B，在X方向的压 梯度远小于Y方向的，故在X方向上的压力变化可勿略不计。 Reynolds方程简化为：
3 p dh ,由于h通常不是y的函数.故 h 6U y y dx d 2 p 6U dh dp 3U dh 3U dh 2 3 3 y c1 p 3 y c1 y c2 2 dy h dx dy h dx h dx L 在轴承两端, 即y , p 0, 压力对称于y 0 2 dp 3U dh L2 当y 0, 0, c1 0.c2 3 dy h dx 4 3U dh 2 L2 L p 3 ( y )(当 0.25时, 计算结果比较准确.) h dx 4 B
2 (h1 h0 ) 6U B 最大压力 p Kh0 4h1h0 (h1 h0 ) _
压力无量纲方程
h p h p* , h* 6UB h0 h1 K h0 无量纲压力方程为: 1 K 1 1 h * ( K 2)h *2 K 2 K 最大无量纲压力p * 4( K 1)(K 2) 1 P* K
1886年Reynolds从流量平衡和力平衡原理推导 出流体动压润滑过程的数学表达式，它是流体 动压润滑的基本方程。
– 假设：流动不可压缩、层流、牛顿流体、略去体积 力和惯性、界面上无润滑动等。 – 三维Reynolds方程
h 3 p h 3 p 6 ( U U ) h ( V V ) h 2 ( w w ) 1 2 1 2 h 0 y y x x x y
边界润滑
存在问题： • 没有考虑压力对润滑分子的影响; • 没有考虑吸附分子排列方式的影响; • 没有考虑分子结构影响，如分子链长、大小等。
3.5 Cameron模型
英国三大摩擦学研究机构： 剑桥：Bowden, Tabor, Johnson, (固体润滑、流变 特性)； 帝国理工：Cameron, Spikes (EHL和测量技术)； University of Leads： Dowson, Tayler (EHL计算）， J. Fisher（生物润滑）。 1960年，Cameron根据分子统计规律，认为摩擦副表 面间的摩擦力主要由分子间的范德华引力造成，由此推 导出引力能。
Arthur W. Adamson (1919-2003)
He was founding editor of Langmuir, the ACS Journal of Surfaces and Colloids, and he was chairman of the ACS Division of Colloid and Surface Chemistry.
边界润滑和分子膜润滑
摩擦学原理
清华大学摩擦学国家重点实验室 2010年
目 录
一、边界润滑
边界润滑定义
物理吸附与化学吸附
边界润滑模型
二、分子膜润滑 三、摩擦控制
1. 边界润滑
1. 边界润滑
Luo JB,Wen SZ, and Huang P, Wear, 1996
1. 边界润滑定义
3.3 Adamson模型－1960年
• •
Adamson在Bowden模型的基础上，考虑了压力的影响，给出 了润滑膜的加压模型。 认为只有在小负荷时，Bowden模型才能成立。在正常压力下， 金属接触区几乎不变化，金属的表面变形不足以将润滑膜挤 走，但足以使其产生微量压缩，即施加机械压力于膜上。 在压力作用下，液体的逃逸趋势和蒸气压增加，使一部分长 链分子平躺着。
五章润滑系ppt课件
二、机油滤清器
• 作用：滤掉机械杂质和胶质，保持润滑 油的清洁，延长使用寿命。
• 分类；集滤器、粗滤器、细滤器。
1.集滤器：
• 一般是滤网式，装在机油泵之前，滤去 较大的机械杂质。
• 浮式集滤器：集滤器浮于油面上； 固定式集滤器：集滤器固定不动。
2.粗滤器：
• （2） 检查机油表、传感器是否失效； （3）检查限压阀弹簧，检查个轴承间隙 是否过小；
• （4）检查滤清器滤芯是否堵塞，旁通阀 弹簧是否过硬；
• （5）检查主油道是否堵塞。
三、机油变质
• 1. 现象 （1）颜色发生明显变化，失去粘性； （2）含有水分，机油乳化，乳浊状并有泡
沫。 • 2. 原因 • （1）活塞环漏气；
三、油散热器
• 冷却机油。有风冷、水冷两种
第三节 润滑系的维修
• 一、润滑系的维护
• 1. 日常维护 补给润滑油； 油压；
检查润滑油贮量和质量, 行车中注意观察指示
• 2. 一级维护 应检查离心式机油滤清 器的运转是否正常; 清洗粗滤器;更换 机油粗滤芯(滤纸)。
3.二级维护
• 1)更换机油 • 2)清洗机油虑清器，更换滤芯； • 3)应拆下细滤器壳体,清洗转子罩内壁沉
• 对策：材料、机油防腐剂、曲轴箱通风等。
2.润滑油的作用
• 1)润滑：干摩擦转变为液体摩擦； 2)冷却：通过循环带走高温零件热量； 3)清洗：通过循环冲走零件表面杂质； 4)密封：油液充满在配合间隙中，提高 了密封性。
3.润滑剂
• 1)润滑油（机油）：石油组份＋各种添 加剂。
• 主要性能指标： • 粘度－表示流动性； • 粘温特性－粘度随温度变化的规律；
第五章边界润滑
第五章 边界润滑 （Boundary lubrication ）概述当摩擦表面完全被粘性液体（或气体）分隔开时称为流体润滑，其摩擦系数与润滑剂的粘度有关.如果保持流体润滑状态,那末，摩擦表面（金属）间不会互相接触，也就不会产生磨损。
但事实上失效总是会发生的。
也就是说一般情况下很难长时间实现流体润滑状态.那么在难以保持流体润滑的时候如何来避免失效，这就是我们要研究的边界润滑状态。
边界润滑的特点是与润滑剂的物理性质没有直接联系,而与固体界面的化学性质有关。
边界润滑状态下的摩擦系数,只取决于摩擦表面的性质和边界膜的结构形式，而与润滑剂的粘度无关。
一般意义上的“干摩擦”，固体表面常因暴露在大气中而被氧化，覆盖其上的氧化膜也有一定的润滑作用，因此，实质上是边界润滑条件下的摩擦.从这个意义上讲，除了流体润滑之外的状态都可以认为是边界润滑状态。
边界膜包括：物理吸附膜 与表面的附着强度取决于吸附热。
与表面间的结合力为范德华力。
化学吸附膜 介质与表面间有电子交换，与表面间为化学键结合. 化学反应膜 介质与表面发生原子交换。
5。
1 边界润滑的特征斯特里贝克(Stribeck ）图（图5—1）表示了边界润滑与流体润滑的区别。
摩擦系数润滑剂粘度×滑动速度 载荷曲线的右侧部分，摩擦系数是其横坐标（润滑剂粘度×滑动速度）／载荷 ）这个变量的函数。
而将速度减小，载荷加大，按右面曲线的函数，应该画出如虚线所示指向坐标原点的直线。
但实际情况并非如此，而是摩擦系数增大,且与横坐标的变量无关。
基本上是定值.这种现象的发生，首先是因为发生了固体表面间的接触,然后摩擦面的一部分进入边界润滑状态。
于是曲线的左侧基本成为完全的边界润滑。
5.2边界润滑理论边界润滑不像流体润滑那样具有完整的理论体系,而是‘没有这样的理论体系’。
但是已经有一些学者从实验得出了一些理论。
现分别介绍于后：5.2.1哈代（Hardy ）的边界润滑理论及其试验哈代的实验是以直链状的石蜡、脂肪酸和酒精作为润滑剂，测量玻璃球、钢球和铋球与各自的这些平面相摩擦。
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第五章 边界润滑（Boundary lubrication ）概述当摩擦表面完全被粘性液体（或气体）分隔开时称为流体润滑，其摩擦系数与润滑剂的粘度有关。
如果保持流体润滑状态，那末，摩擦表面（金属）间不会互相接触，也就不会产生磨损。
但事实上失效总是会发生的。
也就是说一般情况下很难长时间实现流体润滑状态。
那么在难以保持流体润滑的时候如何来避免失效，这就是我们要研究的边界润滑状态。
边界润滑的特点是与润滑剂的物理性质没有直接联系，而与固体界面的化学性质有关。
边界润滑状态下的摩擦系数，只取决于摩擦表面的性质和边界膜的结构形式，而与润滑剂的粘度无关。
一般意义上的“干摩擦”，固体表面常因暴露在大气中而被氧化，覆盖其上的氧化膜也有一定的润滑作用，因此，实质上是边界润滑条件下的摩擦。
从这个意义上讲，除了流体润滑之外的状态都可以认为是边界润滑状态。
边界膜包括：物理吸附膜 与表面的附着强度取决于吸附热。
与表面间的结合力为范德华力。
化学吸附膜 介质与表面间有电子交换，与表面间为化学键结合。
化学反应膜 介质与表面发生原子交换。
5.1 边界润滑的特征 斯特里贝克（Stribeck ）图（图5-1）表示了边界润滑与流体润滑的区别。
曲线的右侧部分，摩擦系数是其横坐标（润滑剂粘度×滑动速度）／载荷 ）这个变量的函数。
而将速度减小，载荷加大，按右面曲线的函数，应该画出如虚线所示指向坐标原点的直线。
但实际情况并非如此，而是摩擦系数增大，且与横坐标的变量无关。
基本上是定值。
这种现象的发生，首先是因为发生了固体表面间的接触，然后摩擦面的一部分进入边界润滑状态。
于是曲线的左侧基本成为完全的边界润摩擦系数 润滑剂粘度×滑动速度 载荷 图5-1 斯特里贝克图滑。
5.2边界润滑理论边界润滑不像流体润滑那样具有完整的理论体系,而是‘没有这样的理论体系’。
但是已经有一些学者从实验得出了一些理论。
现分别介绍于后：5.2.1哈代（Hardy ）的边界润滑理论及其试验哈代的实验是以直链状的石蜡、脂肪酸和酒精作为润滑剂，测量玻璃球、钢球和铋球与各自的这些平面相摩擦。
结果是：玻璃、钢、铋的摩擦系数均随润滑剂分子量的增大而减小；玻璃、钢、铋各自的摩擦系数，不管在什么润滑剂的情况下都是依次递减的。
即玻璃的摩擦系数>钢的>铋的。
如图5-2。
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固体表面间的分子引力，即粘着。
其次，他认为存在着肉眼看不到的薄膜，这种固体表面间的薄润滑膜，受固体引力的影响沿一个方向整齐排列。
如图5.3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。
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。
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。
这就是最早的边界润滑理论。
5.2.2波登（Bowden ）的边界润滑理论及其实验 润滑剂分子量图5.2 润滑剂分子量与摩擦系数的关系球面／平面,球面半径1.8～14.7㎝,载荷约0.2～0.6N 范围内到摩擦系数不变 摩擦系数 玻璃 钢铋图5.3 哈代的模型波登和泰伯（Tabor ）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。
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实接触区内也仍有边界膜覆盖；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A r 中包括两部分（见图5.4）：①αA r ，为固体直接接触部分；②（1-α）A r 为其间有边界润滑膜存在的面积。
真实接触面积A r ＝N/σb式中：N 为法向载荷；σb 为材料发生塑性流动时所需的压力,即屈服极限。
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。
设接触区金属的剪切强度为τ，润滑膜的剪切强度为τf ，则摩擦力：F=αA r τ+（1-α）A r τfF=A r ｛ατ+（1-α）τf ｝从此式可以看出，如α小，即金属接触区小；如果τf 小，即边界膜的剪切强度低，则摩擦力就小。
边界润滑状态下α是很小的。
所以：F ≈τf A r因为τf 很小，摩擦力也就很小，这就是波登认为即使在高压下承受剪切的真实接触区内，固体面上仍有润滑膜覆盖。
而且这种润滑膜的剪切阻力很小。
波登的边界润滑理论强调了固体接触和润滑剂膜两个部分,即其表达式为数学方程中的二项式。
为了说明其理论，波登进行了实验。
他使用的实验装置为波登－列宾（Bowden-Лебин）试验机（即静摩擦试验机）。
见图5.5。
试样为图5.5 波登列宾式摩擦试验机图5.4 波登的边界润滑模型 A r αA r平板（A）对用弹簧圈加载的半球头（B）。
由于球－板为点接触，压力很大，平板作低速滑动，故可看作边界润滑状态。
由于平板滑动速度极低，测得的数据为静摩擦系数。
波登用不同的材料作摩擦平板，在平板上涂有加入十二烷酸的石蜡系润滑剂。
测量各种材料的摩擦系数。
结果列于表5.1。
由表可见，容易与酸反应的材料（前三种）摩擦系数低，酸引起的润滑效应明显；而下面一些难以与酸反应的材料，摩擦系数就高。
表5.1 摩擦系数和反应性据此结果，波登导出的结论是：润滑不只是由润滑剂（脂肪酸）本身完成的，而是金属与酸反应生成的膜（化学吸附膜）起着有效的作用。
因为可以以化学键吸附在固体表面上的只是第一层，所以他提出：在边界润滑中起有效作用的是润滑剂的单分子膜（虽说单分子膜不能长久地起润滑作用，但毕竟有了这单分子膜就能起润滑作用）。
5.2.3金斯伯里（Kingsbury）的润滑理论波登的边界润滑理论是建立在静态概念上的。
他没有考虑分子的运动。
而金斯伯里把“动”的要素引入边界润滑问题中。
他提出的滑动模型如图5.6所示。
物体Q在平面S上移动，小圆圈代表润滑剂分子。
紧贴在表面S上的6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他的位置上，而是在某个时间停留在该位置上。
停留图5.6 金斯伯里的边界润滑模型的时间t 取决于吸附能E ，即吸附分子与固体表面相互作用力的大小。
金斯伯里定义α为膜的破裂率：式中：N s 为总的吸附点数N 为实际吸附点数他认为：如果Q 慢慢地移动，被吸附分子有充分的时间逃脱,即N=0,则α≈1.即基本上没有吸附膜，Q 与S 直接接触。
而如果Q 以很快的速度运动，则被吸附的分子来不及逃脱而被压在Q 下面,被拉入到滑动面 ，则N ＝N s ，这时的α≈0。
即吸附膜的作用明显。
那末Q 要以多大的速度才能使α≈1和α≈0呢?弗兰克尔（Frenkel ）假设：t r =t 0e (E/RT)式中：t r 吸附分子停留的时间；t 0 吸附分子的热运动周期，大体为10-13～10-14秒的数量级； E 吸附能；R 气体常数；T 绝对温度。
如果Q 的滑动速度以走过两分子间距离Z 所需的时间t z 来表示，则当 t z >>t r 时（即Q 的速度很慢，吸附分子全逃脱了），则α≈1。
而当 t z <<t r 时（即Q 的速度很快，吸附分子全留下了），则α≈0。
此式能满足上述条件。
式中体现了吸附分子的动态特性，比波登的理论更接近实际一些。
但是只用气体吸附公式计算吸附量是不够的，因为液体分子的吸附情况与气体有很大差别。
关于这点，还需继续深入地加以研究。
5.2.4 福克斯（Fuks ）的实验波登提出化学吸附膜的单分子层起着边界润滑作用。
而实际上边界润滑状态下的膜往往比单分子膜要厚，而且是与流体膜性质不同的“中间”膜。
对于这种膜的研究，福克斯把两枚圆钢板放在润滑油中，在各种条件下测量s s N N N α-=rzt t e --=1α其间的电容，求得两个面间的油膜厚度。
试验结果如图5.7所示。
由图可见，用分子量小的环己烷，可以在压力下使油膜厚度变得几乎为零。
而分子量大的MS-20则在较大压力下仍有较厚的膜，特别是加上0.1%的硬脂酸后，膜厚能增加到300nm 左右，而硬脂酸的分子长度仅2nm ,说明不是单分子膜。
另一个实验测定了油膜厚度与压力的关系，见图5.8。
从图中可以看到，油膜厚度随压力的增加而变薄，同时又随压力的释放而恢复。
这说明两个圆板之间的油膜是可以流动的，也就是说，形成这个膜的是流体（液体润滑剂）。
这个膜（厚度在101～102nm ，即几十个分子层的范围内）的摩擦系数与厚度变化无关，基本上是定值，约为0.005～0.01的范围内。
比波登的化学吸附膜的摩擦系数小一个数量级。
说明边界润滑膜不仅是单分子层在起作用，而且还有与流体润滑膜相接近的摩擦系数。
3.2.5爱伦（Allen ）概念爱伦（Allen ）概念——边界膜可以是具有一定厚度的有规则的流体膜。
爱伦对福克斯实验中的具有一定厚度的膜，称之为有规则的流体膜（Orderedliquid ）。
形成这么厚的、排列又这么规则的膜，单凭吸附理论还不足以说明。
爱伦认为这种有规则的流体膜的模型如图 5.9 (实际上还要更厚，也不那末规整，还有缺陷，还有附近的基础油分子) 。
二量体 极性基甲基 双极子作用 图 5.9 有规则的流体膜模型 5 4 3 2 1 0 20 40 60 80 100油膜厚度100n m 时间，s图5.7 残余油膜厚度施加压力：环己烷0.02MPa ，其它0.41MPa 432 1油膜厚度100n m 0 5 10 15 时间,s 图5.8 油膜厚度与应力的关系 油品：MS-20+0.5%硬脂酸0.28 0.21 0.14 0.07 正压力M P a脂肪酸的长链分子的二量体靠分子间的相互作用，形成有向束，有向束朝着各个方向漂在溶剂中。
另外，由于分子的极性基与金属底材铁原子间产生永久的双极子作用，使化学吸附在表面的单分子膜建立起垂直于界面的场。
虽然这个力场不很强，但已足以使有向束垂直地排列在表面上，于是形成了有规则的厚膜。
极性基与金属面之间，以及形成二量体的极性基之间吸附的能量平均为105J /克分子；而分子另一端上的甲基间的能量只有平均103 J /克分子左右。
所以要剪断这种膜，就会在平行于表面的甲基与甲基间的某个面上产生滑移。
这与哈代边界润滑理论的出发点是相同的。
只是哈代假定表面只有一层单分子膜。