润滑脂流变性

润滑脂流变性

润滑脂是在润滑油中加入稠化剂所制成的半固体胶状物质。常用的稠化剂是脂肪酸金属皂，这种皂纤维构成网状框架，期间储存润滑油。由于润滑脂是纤维组成的三维框架结构，它不能作层流流动，在润滑过程中呈现出复杂的宏观力学特性，妈表现为具有时间效应的黏塑性流体。图表示润滑脂的流变特性。其主要特点可归纳为：

图润滑脂流变特性

（1）通常润滑脂的黏度随剪应变率的增加而降低，因而剪应力与剪应变率呈现非线性关系。

（2）如图所示，润滑脂具有屈服剪应力s τ，只有当施加的剪应力s ττ>时，润滑脂才产生流动而表现出流体性质。当s ττ≤时，润滑脂表现为固体性质，并可具有一定的弹性变形。由于润滑脂具有屈服剪应力特性，使得润滑膜中剪应力s ττ≤的区域将出现无剪切流动层。在该流动层中，与流动速度垂直方向上的各点将具有相同的流速，即形成整体。

（3）润滑脂具有触变性。当润滑脂在一定的剪应变率下流动时，随着剪切时间的延长，剪应力逐渐减小，即黏度随着时间而降低。而当剪切停止以后，黏度将部分地恢复。由此可见，润滑脂状态是处于动态的变化过程，而所谓的稳态润滑只能是相对稳定状态。

描述润滑脂流变特性的本构方程目前主要采用以下三种：

（1）Oswald 模型

n τφγ=

（2）Bingham 模型

s ττφγ=+

（3）Herschel-Bulkley 模型

n s ττφγ=+

式中，n 为流变指数；φ为塑性黏度。

实践表明，Herschel-Bulkley 模型比较符合实验结果，在中低速范围时准确度更高。此外，当1n =时，它转变为Bingham 模型；而当0s τ=时，为Oswald 模型。因此，Herschel-Bulkley 模型具有普遍性。

严格地说，流变参数s τ、φ和n 都应是温度和压力的函数。对于等温润滑问题可以不考虑温度的影响。而流变参数与压力的关系通常按简化处理，即认为流变指数n 与压力p 无关，而屈服剪应力s τ和塑性黏度φ随压力p 按指数关系变化。故

00e e

p s s p ααττφφ⎫=⎪

⎬=⎪⎭ 式中，0s τ和0φ为润滑脂在常压下的屈服剪应力和塑性黏度；α为润滑脂所含基础油的

黏压系数。 建立脂润滑方程的思路与油润滑问题相类似，根据本构方程以及微元体平稳条件和流量连续条件推导雷诺方程。但是，由于润滑脂按Herschel-Bulkley 模型本构方程中含有屈服剪应力s τ，将润滑膜分割成无剪切流动层和剪切流动层两部分，必须分别处理，使推导过程复杂化。