第一章 摩擦学基础知识(润滑)

三、润滑脂及其主要性能 • 组成：基础油+稠化剂+添加剂+澎润土 • 润滑脂的性能指标主要有针入度、滴点、析 油量、机械杂质、灰分、水分等
1）针入度 软硬程度 H(mm)/0.1
h
阻力大小、流动性强弱
标准锥体，150g，25 ℃ ，5s
2）滴点----固体 流体的温度转折点，表示耐热性 3）防水性能； 4）静音性能； 5）种类 A)钙基脂：抗水，适于轻中重载荷； B)钠基脂：高温，但不抗水； C)锂基脂：多用途，最好； D)铝基脂：高度耐水性，航运机械 E)其它特种润滑脂（特种合成油、添加剂、 稠化剂等）
五、添加剂 • 作用越来越大，在润滑脂、合成油中不加添加剂，
六、对润滑剂的要求
较低的摩擦系数 良好的吸附和渗入能力 有一定的黏度 有较高的纯度和抗氧化性 没有腐蚀性 有良好的导热性和较大的热容量
七、润滑装置 单体供油装置 油壶， 油杯，
油枪
油杯
压配式油杯
滴油式油杯
油芯式油杯
油环
油链
• 集中供油装置 a) 简单的少数点位集中供油 b) 设备中心、车间及工厂级集中供油 泵站+(稳压+冷却)+过滤+分配器+工位润滑
η t = η0 ( t0 / t )
m
2、润滑油的粘压特性
• 粘度和压力的关系近 似表示为:
η = η0 e
ap
粘温关系曲线
3、油性—反映在摩擦表面的吸附性能 油性 （边界润滑和粗糙表面尤其重要） 4、闪点—瞬时燃烧和碳化的温度； 闪点 燃点—长时间连续燃烧的温度（高温性能）； ； 燃点 5、凝点—冷却，由液体转变为不能流动的临界 凝点 温度； (低温启动性能) 6、极压性（EP）, 在重压下表面膜破裂的最大 极压性（EP） 接触载荷，用PB表示，(极限载荷） 7、酸值—限制润滑剂变质后对表面的腐蚀 酸值
第一章 摩擦学基础知识 润滑） （润滑）
润滑的原理
润滑的原理是给滑动的负荷提供一个减摩的油膜
概述
一、润滑的分类
按 形 态 分 润 滑 剂 的 物 质 按 滑 形 态 分 摩 擦 面 间 的 润 固体润滑 边界润滑 流体润滑 液体润滑 脂润滑 固体润滑 气体润滑 流体动力润滑 流体静力润滑 弹性流体动力润滑
2、运动粘度υ 、 将同一温度下某液体的动力粘度和该液体的密度之比 定义为运动粘度ν。 定义为运动粘度 。
η ν= ρ
或 η = νρ
式中ρ 流体密度， 运动粘度， 式中 流体密度，g/cm3；ν 运动粘度，m2/s； ； 斯托克斯） 。 沲（斯托克斯）St。 1St=10-4m2/s=100cSt（厘沲） （厘沲） 1cSt=10-6 m2/s 一般润滑油的密度ρ＝ 一般润滑油的密度 ＝0.85～0.95g/cm3。 ～
三、润滑状态的转化
h=R
h≥R
h→0
h—间隙，F—压力； 间隙， 压力； 间隙 压力 R—表面粗糙度 表面粗糙度
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无关。 流体润滑的优点：摩擦阻力低，摩擦系数低 流体润滑的优点 （0.001～0.008），磨损降低。 流体润滑的分类：流体静压润滑 流体动压润滑。 流体静压润滑和流体动压润滑 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。
O
油压分布曲线
F
υ
pmax
A
x
y
B
流体动力润滑原理2
形成动压油膜的条件：
流体动力润滑的基本原理
1）两摩擦表面之间必须能形成收敛的楔形间隙； 2）两表面之间必须连续充满具有一定粘度的液体； 3）两表面之间必须有一定的相对运动速度。 二、雷诺润滑方程 从动压油 x 方向
O
p
x
υ
pmax
A
h0
x
∂p 与油膜厚度 h 之间关系 的变化率 ∂x 的方程：
h
(h − h0 ) ∂p =6 υ η ∂x h3
y
B
流体动力润滑原理3
流体动力润滑的基本原理
式中： h0 为油压最大处的油膜厚度；
p 、h 分别为油膜中某截面处的（坐标为x）油压和油膜厚度。
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。
流体粘度分类
1、动力粘度η 、
v X u F y
η=1N·s/m2或 1Pa·s （SI制） 制
V=1m/s
F=1N
h 1m
F ∂u τ = = −η A ∂y
牛顿流体粘性定律
1m Y
1m
式中η为粘度系数（动力粘度或绝对粘度）。其物理意义为： 式中η为粘度系数（动力粘度或绝对粘度）。其物理意义为： ）。其物理意义为 两个面积各为1m 的平行液面，相距1m 1m， 1m/s的速度作相 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，此时产生的阻力为该液体的动力粘度， 表示。 对运动，此时产生的阻力为该液体的动力粘度，以η表示。 当阻力为1N 牛顿） 1N（ 动力粘度为1P 1P（ 当阻力为1N（牛顿）时，动力粘度为1P（泊）。
四、固体润滑剂
•用途 用途：真空、辐射、重载等恶劣环境； 用途 •种类 种类：MoS2，PTFE，石墨，氟化石墨， WS2、 种类 纳米材料 •应用方法 应用方法：涂镀，沉积，粘贴，嵌入，添加剂 应用方法
则润滑很差或没有润滑作用 • 种类繁多： １）油性添加剂，极性分子结构； ２）抗磨／极压（EP）添加剂 ３）抗氧化／腐蚀添加剂； ４）洁净分散剂，汽车中 ５）防锈剂 ６）降凝剂 ７）增粘剂 ８）消泡剂－－液压油 9）纳米添加剂－－新材料
①粘度 ④闪点与燃点
②油性
2、润滑油的主 、 要性能指标 ③倾点（凝点） 倾点（凝点） ③其它
是衡量润滑油低温性能的尺度
是衡量润滑油高温性能的尺度
3、润滑剂的选用 、 ⑴工作条件； ⑵工作温度； ⑶周围环境； ⑷润滑部位和方式。
二、润滑油的特性
1、粘温特性
• 润滑油的粘度随温度的 变化存在指数关系:
手动润滑泵
电动润滑泵
流体动力润滑
流体动力润滑是指借助于两个摩擦表面 的相对运动产生动压油膜，靠油膜的压力将 两摩擦表面完全隔开，实现流体润滑。
§3-4流体动力润滑 基本原理
一、形成动压油膜的条件 先分析两个平行平板的情况， 两板之间充满润滑油。 平行间隙不能形成动压油膜。 再分析两板之间构成楔形间 隙的情况，如右图所示。 楔形间隙能够形成动压油膜。
二 润滑体系研究现状
1883年塔瓦（Tower）发现了轴承中的流体动压 年塔瓦（ 年塔瓦 ） 现象。 现象。 彼得洛夫（ 彼得洛夫（Петров）研究了同心圆柱体的摩擦 ） 及润滑。 及润滑。 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， 对流体动压现象进行了分析，发表了著名的雷诺 方程。 方程。 20世纪中叶，格鲁宾（Грубин）提出了著名的 世纪中叶， 世纪中叶 格鲁宾（ ） 弹性流体动力润滑的计算公式。 弹性流体动力润滑的计算公式。 道松（ 道松（Dowson）郑绪云（Cheng）温诗铸等的 ）郑绪云（ ） 进一步发展，使弹性流体动力润滑理论日趋成熟。 进一步发展，使弹性流体动力润滑理论日趋成熟。
五、润滑剂
1、分类 、 ②矿物油 钙基润滑脂
耐水不耐热
①动植物油 ⑴液体润滑 剂即润滑油 ⑵润滑脂 ⑶固体润滑剂
用以满足低温、高温、粘温性 能、化学安定性、真空和抗辐 射、阻燃性等条件
③合成油 钠基润滑脂
耐热不耐水
锂基润滑脂
耐水且耐高温
铝基润滑脂
耐水，可防锈
石墨、 石墨、MoS2、聚四氟乙烯
有粉剂、涂膜、粘结膜或喷涂膜等形式， 主要用于高温、超低温、真空等场合。
4.1 流体粘度
在流体润滑理论中，流体（润滑油） 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。 粘度是评价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， 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。 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。 粘性的大小以粘度表示。
4.4 流体润滑剂
润滑油的主要性质
2 润滑油的主要性质 1）油性：是润滑油吸附于摩擦表面形成边界膜的能力。油性越好， 吸附能力就越强。 2）粘度：是表示油液内部相对运动时产生内摩擦阻力大小的性能 指标。 （粘度是选择润滑油的主要依据）。
2、主要性质 、
粘度↑ → 内摩擦阻力↑ ，流动性↓ 吸附能力越强，油性越好
动力粘度的量纲为M L T 质量·长 动力粘度的量纲为M·L-1·T-1（质量 长 时间）。 度·时间）。 时间 Pa·s=100cP 厘泊） s=100cP（ 1P=10-1Pa s=100cP（厘泊） Pa·s 帕斯卡·秒 1cP=10-2P=10-3Pa s（帕斯卡 秒） 常用的液体中，水的η＝1cP；空气的η 常用的液体中，水的η 1cP；空气的η 0.02cP；润滑油的η 400cP。 ＝0.02cP；润滑油的η＝2～400cP。在 英制中，动力粘度称为雷恩（Reyn）。 英制中，动力粘度称为雷恩（Reyn）。 1Reyn≈69000P。 1Reyn≈69000P。
4.3 弹性流体动压（力）润滑 弹性流体动压（
弹性流体动力润滑是研究在相互滚动或滚动伴有滑动的 两个弹性物体之间的流体动力润滑问题。 两个弹性物体之间的流体动力润滑问题。 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 如滑轨、滑动轴承等。其单位面积受的压力比较小， 的。如滑轨、滑动轴承等。其单位面积受的压力比较小， 通常为1 100× Pa。 通常为1～100×105Pa。另一些运动副是通过名义上的 线接触或点接触来传递载荷的，如齿轮、滚动轴承等。 线接触或点接触来传递载荷的，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， 因接触面积很小，平均单位面积压力很大，接触处的压 以上。 力可达10 Pa以上 在这种苛刻条件下， 力可达109Pa以上。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。 论计算的油膜厚度与实际情况不符。 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。 问题，都属于弹流问题。