第四章 流体润滑原理

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流体动压润滑理论

流体动压润滑理论

流体动压润滑理论(简介)在摩擦副两表面间被具有一定粘度的流体完全分开。

将固体间的外摩擦转化为流体的内摩擦。

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,这就是流体润滑。

它的发展与人们对滑轮和摩擦的研究密切相关发展简史1.流体动压现象)当动环回转时,由于静环表面有很多微孔,动环的转动使其表面与静环表面上的微孔形成收敛缝隙流体膜层,使每一个孔都像一个微动力滑动轴承。

也就是说,当另一个表面在多孔端面上滑动时,会在孔的上方及其周边产生流体动压力,这就是流体动压效应。

(实例)流体动压润滑——流体动压润滑是依靠运动副两个滑动表面的形状,在其相对运动时,形成产生动压效应的流体膜,从而将运动表面分隔开的润滑状态。

特点)a.流体的粘度,一般遵循粘性切应力与切应变率成比例规律b.楔形润滑膜,依靠运动副的两个滑动表面的几何形状,在相对运动时产生收敛型流体楔,形成足够的承载压力,以承受外载荷。

形成动压润滑的条件:a.润滑剂有足够的粘度b.足够的切向运动速度(或者轴颈在轴承中有足够的转速)c.流体楔的几何形状为楔形(轴在轴承中有适当的间隙)2.流体动压润滑理论)在摩擦副两表面间被具有一定粘度的流体完全分开。

将固体间的外摩擦转化为流体的内摩擦。

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。

滑动轴承运动副间要现成流体薄膜,必须使运动副锲形间隙中充满能够吸附于运动副表面的粘性流体,并且运动副表面相对运动可以带动润滑流体由大端向间隙小断运动,从而建立起布以承受载荷。

它的发展与人们对滑轮和摩擦的研究密切相关。

流体润滑具有极低的摩擦阻力,摩擦系数在0.001~0.008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。

第四章第六讲流体润滑原理简介

第四章第六讲流体润滑原理简介

第六讲 流体润滑原理简介
设计机械零
流体静力润滑是靠液压泵(或其他压力流体源)将件的时基应本加满要足求足 压后 的流体送入摩擦表面之间,利用流体静压力平衡外载荷。下图 典型的流体静力润滑系统示意图。
流体静力润滑的承载能力对两摩擦表面形状、相对运动情况、 以及流体粘度等没有要求。
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第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第六讲
流体润滑原理简介
第六讲 流体润滑原理简介
设计机械零
根据摩擦面间油膜形成的原理,将流体润滑分件的时基为应本满要足求流足 体动 力润滑(利用摩擦副表面形状和相对运动形成承载油膜)和 流体静力润滑(从外部将有压润滑油送入摩擦面间,强制形 成承载油膜)。 当摩擦面间接触压力较大,产生的弹性变形与油膜的数 量级相同,这种流体动力润滑特别地称为弹性流体动力润滑。
第六讲 流体润滑原理简介
设计机械零 件时应满足足 的基本要求
从弹性流体动力润滑的数学描述来讲,除考虑了雷诺方程
外,还需要联立表面弹性变形方程、计入变形的油膜厚度方程、
粘度—压力方程(有时还有密度—压力方程)等。
问题1:由于任何零件表面都有一定的粗糙度,当弹性流体动力润 滑的流油体膜动很力薄润时滑,与接弹触性表流面体的动粗力糙润度滑对的润本滑质性区能别影有响哪很些大?。因一
流体动力润滑简介
弹性流体动力润滑简介
流体静力润滑简介
第六讲 流体润滑原理简介
两个作相对运动物体的摩擦表面,借助于相对速度设件计时而机应械满零足足产生的 的基本要求
粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开,由流体膜产生的压力平衡外 载荷,称为流体动力润滑。粘性流体可以是液体——液体动力润 滑,也可以是气体——气体动力润滑。 流体动力润滑中的楔效应承载机理

摩擦、磨损与润滑概述

摩擦、磨损与润滑概述

1、摩擦是引起能量损耗的主要原因。
2、摩擦是造成材料失效和材料损耗的主要原因。
3、摩擦学:
关于摩擦、磨损与润滑的学科(Tribology)
4、润滑是减小摩擦和磨损的最有效的手段。
§4-2 摩 擦
一、摩擦的概念:
正压力作用下,相互接触的两物体受切向外力的影 响而发生相对位移,或有相对滑动的趋势时,在接触 表面上就会产生抵抗滑动的阻力-摩擦。
Ff Ar B
Ar Ari A a b
干摩擦理论:
机械理论: 摩擦力是两表面凸峰的机械啮合力的总和。
分子理论: 产生摩擦的原因是表面材料分子间的吸引力作用。
分子-机械理论: 摩擦力是由两表面凸峰的机械啮合力和表
面分子相互吸引力两部分组成。
粘附理论:
阿蒙顿摩擦定律:
第一定律:摩擦力与法向载荷成正比。
R —0.4两粗糙面3.的0 综合不平混度合摩擦
3~4
流体摩擦
( 1 时,不平度凸峰为总载荷的30%)
流体摩擦:
1、定义:
当两摩擦面间的油膜厚度大到足以将两表面的不平凸峰完全 分开,这种摩擦叫液体摩擦。
2、特点:
3~4
①、油分子大都不受金属表面的吸附作用的支配,而能完全移动。
件上。润滑脂还可以用于简单的密封。
常用的润滑装置
常用润滑装置
一、间歇润滑装置
常用润滑装置
一、间歇润滑装置
常用润滑装置
二、间歇润滑装置
§4-5 流体润滑原理简介
英国的雷诺于1886年继前人观察到的流体动压现象流,体润总滑1 结出流体动压润滑理 论。20世纪50年代普遍应用电子计算机之后,线接触弹性流体动压润滑的理论开 始有所突破。

弹性流体动力润滑的机理

弹性流体动力润滑的机理

弹性流体动力润滑的机理
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,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。

第4章 磨擦 磨损及润滑

第4章 磨擦 磨损及润滑
具体说明
工程中常用运动粘度,单位是:St(斯)或 cSt(厘斯);
润滑油的牌号与运动粘度有一定的对应关系,如:牌号为LAN10的油在40℃时的运动粘度大约为10 cSt。
润滑脂 :润滑油+稠化剂 润滑脂的主要质量指标是:锥入度,反映其稠度大小。 滴点,决定工作温度。
固体润滑剂 :石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。
二、添加剂
为了提高油的品质和性能,常在润滑油或润滑脂中加入一些 分量虽小但对润滑剂性能改善其巨大作用的物质,这些物质叫添 加剂。
添加剂的作用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
提高油性、极压性 延长使用寿命 改善物理性能
添加剂的种类
油性添加剂 极压添加剂 分散净化剂 消泡添加剂 抗氧化添加剂 降凝剂 增粘剂
三、润滑方法
润滑油润滑在工程中的应用最普遍,常用的供油方式有: 滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等
具体说明
三、流体静压润滑 流体静压润滑是指借助外部供入的压力油形成的流体膜来承
受外载荷的润滑方式。
具体说明
采用流体静压润滑可在两个静止且平行的摩擦表面间形 成流体膜,其承载能力不依赖于流体粘度,故能用粘度极低 的润滑剂,且既可使摩擦副有较高的承载能力,又可使摩擦 力矩降低。
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详细说明
在设计或使用机器时,应该力求缩短磨合期,延长稳定磨损 期,推迟剧烈磨损的到来。为此就必须对形成磨损的机理有所了 解。
二、磨损的分类
关于磨损机理与分类的见解颇不一致,大体上可概括为:
磨粒磨损 也简称磨损,是外部进入摩擦表面的游离硬颗粒或 硬的轮廓峰尖所引起的磨损。
疲劳磨损
粘附磨损 运
也称点蚀,是由于摩擦表面材料微体积在交变的摩 擦力作用下,反复变形所产生的材料疲劳所引起的 磨损。 也称胶合,当摩擦表面的轮廓峰在相互作用的各点 处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后,在相对

机械设计第四章:摩擦、磨损与润滑概述

机械设计第四章:摩擦、磨损与润滑概述

化学吸附膜(化学键)
度影响较大
反应膜:比较稳定
§4-1 摩擦
三、流体摩擦
流体摩擦:指运动副的摩擦表面被流体膜隔开(λ>3~4) 摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。 摩擦系数最小(f=0.001-0.008),无磨损产生,是理想的 摩擦状态。
四、混合摩擦
混合摩擦:摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状 态(=1~3) 。 混合摩擦能有效降低摩擦阻力,其摩擦系数比边界摩擦时 要小得多。 边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分,常统称为 不完全液体摩擦。
汽车的磨合期如同运动员在参赛前的热身运动
目的:汽车磨合也叫走合。汽车磨合期是指新车
或大修后的初驶阶段。机体各部件机能适应环境的 能力得以调整提升。新车、大修车及装用大修发动 机的汽车在初期使用阶段都要经过磨合,以便相互 配合机件的磨擦表面进行吻合加工,从而顺利过渡
到正常使用状态。汽车磨合的优劣,会对汽车寿命、
滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等 用于低速 用于高速
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑办法
三、润滑方法
滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等
用于低速
用于高速
浸油与飞溅润滑
喷油润滑
油脂润滑常用于运转速度较低的场合,将润滑脂涂抹于需润 滑的零件上。润滑脂还可以用于简单的密封。

思考题:
4—1 4—5 4—10 4—11
§4-1 摩擦
滑动摩擦分为:
干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦
一、干摩擦 表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。通 常将未经人为润滑的摩擦状态当作“干摩擦”处理。
§4-1 摩擦
二、边界摩擦

《流体动力润滑》课件

《流体动力润滑》课件
促进社会发展:提高生产效率,降低成本,提高产品质量, 促进社会发展
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汇报人:
润滑系统的设计
润滑油选择:根据设备类型、工作环境等因素选择合适的润滑油 润滑油量控制:根据设备需求,控制润滑油量,避免过多或过少 润滑油温度控制:保持润滑油在适宜的温度范围内,避免过高或过低 润滑油过滤:定期更换或清洗润滑油过滤器,保持润滑油清洁 润滑油监测:定期检查润滑油质量,及时更换或补充润滑油 润滑油维护:定期进行润滑油维护,确保润滑系统正常运行
流体动力润 滑可以促进 可持续发展, 实现绿色制 造目标
流体动力润滑技术的经济价值与社会效益
提高生产效率:减少设备磨损,提高生产效率
降低成本:减少润滑油消耗,降低生产成本
环保:减少废油排放,降低环境污染
提高产品质量:提高产品精度,提高产品质量
提高企业竞争力:提高生产效率,降低成本,提高产品质 量,提高企业竞争力
倾点:润 滑剂在低 温下的流 动性能, 影响低温 启动性能
抗氧化性: 润滑剂的 抗老化性 能,影响 使用寿命
抗磨性: 润滑剂的 抗磨损性 能,影响 机械设备 的使用寿 命
抗泡性: 润滑剂的 抗泡沫性 能,影响 润滑效果 和设备运 行稳定性
05
流体动力润滑的实践应用
流体动力润滑在机械工业中的应用
流体动力润滑在机械工业中的 重要性
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流体动力润滑PPT课件
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目录
01 02 03 04 05 06
添加目录项标题 流体动力润滑的基本概念
流体动力润滑的要素 流体动力润滑的理论基础 流体动力润滑的实践应用 流体动力润滑的发展趋势与挑战
01
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02
流体动力润滑的基本概念

流体动压润滑理论【最新】

流体动压润滑理论【最新】

流体动压润滑理论(简介)在摩擦副两表面间被具有一定粘度的流体完全分开。

将固体间的外摩擦转化为流体的内摩擦。

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,这就是流体润滑。

它的发展与人们对滑轮和摩擦的研究密切相关发展简史1.流体动压现象)当动环回转时,由于静环表面有很多微孔,动环的转动使其表面与静环表面上的微孔形成收敛缝隙流体膜层,使每一个孔都像一个微动力滑动轴承。

也就是说,当另一个表面在多孔端面上滑动时,会在孔的上方及其周边产生流体动压力,这就是流体动压效应。

(实例)流体动压润滑——流体动压润滑是依靠运动副两个滑动表面的形状,在其相对运动时,形成产生动压效应的流体膜,从而将运动表面分隔开的润滑状态。

特点)a.流体的粘度,一般遵循粘性切应力与切应变率成比例规律b.楔形润滑膜,依靠运动副的两个滑动表面的几何形状,在相对运动时产生收敛型流体楔,形成足够的承载压力,以承受外载荷。

形成动压润滑的条件:a.润滑剂有足够的粘度b.足够的切向运动速度(或者轴颈在轴承中有足够的转速)c.流体楔的几何形状为楔形(轴在轴承中有适当的间隙)2.流体动压润滑理论)在摩擦副两表面间被具有一定粘度的流体完全分开。

将固体间的外摩擦转化为流体的内摩擦。

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。

滑动轴承运动副间要现成流体薄膜,必须使运动副锲形间隙中充满能够吸附于运动副表面的粘性流体,并且运动副表面相对运动可以带动润滑流体由大端向间隙小断运动,从而建立起布以承受载荷。

它的发展与人们对滑轮和摩擦的研究密切相关。

流体润滑具有极低的摩擦阻力,摩擦系数在0.001~0.008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。

流体动力润滑

流体动力润滑

流体润滑的基本原理之流体动力润滑流体润滑研究和发展机器在运动时,运动的零部件之间必定会发生摩擦从而造成磨损,而润滑是减小摩擦、减轻甚至避免磨损的直接措施。

人类进入工业社会以后,润滑已逐渐发展成为一门重要的技术,井已成为工业部门和学术机构重要的研究领域。

19世纪未流体润滑现象被首次发现,几乎同时流体润滑理论也被提出来了。

二战期间军事装备的需求促使润滑技术高速发展,也对润滑理论,持别是流体润滑理论提出了更高的要求。

战后各工业国立即投入大量人力物力,开展有关方面的研究。

现在比较成熟的流体润滑原理主要包括三个方面内容,它们是:1.流体动力润滑2.流体静压润滑3.弹性流体动力润滑流体动力润滑原理1.1:定义流体动力润滑是利用流体的黏附性,使流体黏附在摩擦表面,并在摩擦副做相对运动时被带入两摩擦副的摩擦表面之间。

如果两摩擦副的表面形成收敛的楔形空间,则被带入摩擦副的两摩擦表面中的流体就会形成一定的压力,这种压力会随着摩擦副的运动速度和流体的粘度发生改变。

当流体的粘度一定时,摩擦副的运动速率越大,则流体形成的压力就越大;当摩擦副的运动速率一定时,流体的粘度越大,则流体形成的压力就越大。

进入摩擦表面的流体会像一个楔子,由于摩擦副在不断的做相对运动,所以会产生一定的压力,迫使流体向楔子一样楔入两摩擦表面,从而将两摩擦表面分隔开来,阻止两摩擦表面直接接触。

简单地说,流体动力润滑是利用相对运动的摩擦表面间的相对速度、流体的粘滞行和摩擦副之间的楔形墙体,迫使流体压缩而产生压力膜将两表面完全分隔开,并依靠流体产生的压力来平衡外载荷。

两个作相对运动物体的摩擦表面,用借助于相对速度和流体的粘滞性而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开,由流体膜产生的压力来平衡外载荷,称为流体动力润滑。

所用的粘性流体可以是液体(如润滑油)也可以是气体(如空气等),相应地称为液体动力润滑和气体动力润滑。

流体动力润滑是依靠表面运动而产生的动力学效应。

流体润滑

流体润滑

(一)流体润滑在摩擦副对偶表面之间,有一层一定厚度(一般在1. 5~2μm以上)的粘性流体润滑膜,由这层润滑膜的压力平衡外载荷,使两对偶表面不直接接触,在两对偶表面作相对运动时,只在流体分子间产生摩擦,这就是流体润滑。

在流体润滑中,根据润滑膜压力产生的方法,润滑方式可分为以下几种。

1.流体动压润滑流体动压润滑,系由摩擦副对偶表面的几何形状和相对运动,并借助粘性流体的内摩擦力作用而产生润滑膜压力,从而平衡外载。

雷诺在1886年应用流体力学中纳维一斯托克斯方程推导出计算流体润滑膜压力分布的方程,以后称为雷诺方程,该方程成功地揭示了润滑膜压力的形成机理,从而为流体动压润滑奠定了理论基础。

流体动压润滑膜压力,通常由以下四个效应决定。

(1)动压效应图1a可说明流体动压润滑膜的形状特征及所产生的动压效应。

当下表面相对上表面以速度u运动时,沿运动方向的间隙逐渐减小,剪切流动引起的润滑剂从大口流向小口的流量也逐渐减小,不符合流量连续条件,只有产生如图所示的润滑膜压力分布,由压差流动减小大口流入流量和增大小口流出流量,才能保证流过各断面的流量相等,从而满足流量连续条件。

(2)伸缩效应图1b可以说明伸缩效应。

当对偶表面由于弹性变形或其它原因使其速度沿运动方向逐渐减小时,剪切流动引起的流量沿运动方向也逐渐减小,因流量连续必然会产生如图所示的润滑膜压力分布(在通常的润滑间题中,伸缩效应并不显著)。

(3)变密度效应图1c可以说明变密度效应。

当润滑剂密度沿运动方向逐渐降低时,即使各断面的体积流量相同,其质量流量沿运动方向仍是逐渐减小的,因质量守恒,则必然产生如图所示的润滑膜压力分布。

密度的变化可以是润滑剂通过间隙时由于温度逐渐升高而造成的,也可以是外加热源使表面温度变化而产生的。

虽然变密度效应产生的润滑膜压力并不高,但是这种作用可以使相互平行的对偶表面具有一定的承载能力。

(4)挤压效应图1d表示两个平行表面在法向力作用下相互接近,使润滑膜厚度逐渐减小而产生压差流动,此称挤压效应。

流体润滑(弹流润滑)

流体润滑(弹流润滑)

A
F F F F
B
设计:潘存云
两平形板之间不能形成压力油膜!
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,且 板A有载荷。 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 种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。这种由于粘性的流体润滑介 质流入楔形润滑收敛间隙而造成的动压力效应就叫流体动力润滑的楔形 效应。
2.流体动压润滑 在两个做相对运动物体的摩擦表面上,借助于摩擦表面的几何形状和 相对运动而产生具有一定压力的粘性流体膜,将两摩擦表面完全隔开, 由流体膜产生的压力来平衡外载荷。 流体动压润滑膜压力,通常由以下四个效应决定: 动压效应(主要) 挤压效应 伸缩效应 变密效应 平行板。板B静止,板A以速度v向左运 动,板间充满润滑油,无载荷时, 液 体各层的速度呈三角形分布,进油量 与出油量相等,板A不会下沉。但若板 A有载荷时,油向两边挤出,板A逐渐 下沉,直到与B板接触。
边界润滑状态,平均润 滑膜厚h与表面的复合粗 糙度 的比值λ趋于0(小于 0.4~1),典型膜厚在150nm时,摩擦表面微凸 体接触增多,润滑剂的 粘度对降低摩擦所起作 用很小,几乎完全不起 作用,载荷几乎全部通 过微凸体以及边界润滑 膜承担。
混合润滑状态,平均润 滑膜厚h与摩擦副表面 的复合粗糙度 的比值λ 约为3,典型膜厚在 1μm以下,此时摩擦表 面的一部分被流体润滑 膜隔开,承受部分载荷, 也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。

流体润滑(弹流润滑)

流体润滑(弹流润滑)

两个弹性圆柱的接触,可等效于一当量圆柱和一刚性平面的接触问题,因此 在弹流润滑的研究中,可以将接触区视为平面。
等效圆柱
刚性平面
为了分析弹性流体动压润滑机理,首先观察一下对偶表面干接触时的情况。 如图所示模型是弹性圆柱体与一刚性平面干接触的情况。在载荷作用下,弹性 圆柱体发生弹性变形,使线接触变成了小面积接触,载荷所造成的接触压力常 称为赫兹压力,其分布情况是在接触区域内成抛物线形分布,中间的压力最高 而至边缘降低为零。
几种摩擦的界限常以膜厚比来大致估计:

hmin R R
2 q1 2 q2
式中:hmin——最小公称油膜厚度,m
Rq1 ——接触表面轮廓的均方根偏差,m
Rq2 ——接触表面轮廓的均方根偏差,m
≤0.4,干摩擦 ≤1,边界摩擦; =1~3,混合摩擦; >3,流体摩擦
不同润滑状态下的摩擦因数
膜厚比对滚动轴承疲劳寿命的影响
干摩擦——最不利
弹性变形
边界摩擦——最低要求
弹性变形
塑性变形 塑性变形
混合摩擦——比较好
边界膜 边界膜
流体摩擦——最好

边界膜
液体
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(0.001~0.008),磨损降低。
流体润滑的分类:流体静压润滑、流体动压润滑和弹性流体动压润滑。
1.流体静压润滑
流体静压润滑又称外供压润滑,是用外部的供油装置,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。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,

第四章流体润滑原理

第四章流体润滑原理

第四章流体润滑原理概述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。

根据分隔固体表面的材料不同,润滑可分为以下三类:①流体润滑:摩擦副两表面间被具有一定粘度的流体完全分开。

将固体间的外摩擦转化为流体的内摩擦。

②边界润滑:摩擦界面上存在着一层具有良好润滑性的边界膜,但不是介质的膜。

相对于干摩擦来说,边界润滑具有比较低的摩擦系数,能有效地减轻接触表面的磨损。

③固体润滑:广义来说,固体润滑也是一种边界润滑。

就是用摩擦系数比较低的材料(固体润滑剂或固体润滑材料),在摩擦界面上形成边界膜,以降低接触表面的磨损和摩擦系数。

对于流体润滑的系统研究约在19世纪末逐渐展开。

1883年塔瓦(Tower)发现了轴承中的流体动压现象。

彼得洛夫(Петров)研究了同心圆柱体的摩擦及润滑。

随即雷诺(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,发表了著名的雷诺方程。

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,并解决了很多雷诺方程假设以外的问题,。

对于线接触及点接触的滚动件,在重载条件下的润滑问题,考虑了接触零件表面间的弹性变形及润滑剂的粘-压效应。

于20世纪中叶,格鲁宾(Грубин)提出了著名的弹性流体动力润滑的计算公式。

以后的道松(Dowson)郑绪云(Cheng)温诗铸等的进一步发展,使弹性流体动力润滑理论日趋成熟。

随着科学技术的发展,流体润滑中的紊流、惯性、热效应等以及非牛顿流体润滑等问题也展开了研究。

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性质无关。

流体静压润滑

流体静压润滑

流体润滑的基本原理之流体静压润滑流体静压润滑定义,什么是流体静压润滑流体静压润滑是利用专用外界的流体装置,是流体产生压力,并将具有压力的流体输入到摩擦表面,将两摩擦表面用一层静压流体膜分开以支持外载荷的润滑。

流体静压润滑的特点主要优点是:(1)适用速度范围广由于流体静压润滑本身不需要相对运动的功能,因而在任何速度下包括很高速或很低速,启动或停车以及正反转都能建立—层完整的流体膜,并获得良好的工作性能。

(2)摩擦系数很小其一般摩擦系数μ只有0.0001~0.0008,例如采用32号机械油的静压导轨,其起动摩擦系数一般在0.0005,因而功耗小,效率高,并在低速条件下不会产生粘滑现象。

(3)使用寿命长因为两个相对运动的表面不直接接触、磨损很小、能长期保持精度,同时对摩擦副的材料没有特殊要求等,因而大大地延长了其使用寿命。

(4)运动精度高液体静压膜具有某种“平均误差”的作用,可以补偿制造误差的影响。

因而对轴颈或轴承的加工精度和表面粗糙度要求一般比液体动压润滑轴承为低。

这点同滚动元件支承相比尤为明显。

(5)适应性和抗振性能好静压润滑的适应性很广,能满足轻裁到重载,小型到大型,低速到高速的各种机床和机械设备的要求、同时,静压流体膜有良好的吸振性能,运动均匀平稳,振动、噪音都很小。

主要缺点:其缺点主要是工作时要一套可靠的高压供油装置,投资费和维护费较高,也增加了机器所占空间,而总效率较低,从这个角度分析.不如动压润滑机构简单,费用低。

因此.究竞选用何种润滑方式,应根据具体要求综合考虑,必要时也可设计成动静压联合润滑方式。

3.2:流体静压润滑支承原理流体静压支承的共同特点是各摩擦面都开有几个流体腔,每个流体腔的四周均有封流体的面,一般将一个流体腔及其封流体的面称为一个文承单元(或流体垫),若干个支承适当配置,便构成流体静压支承,整个摩擦副的承栽能力,是各支承单元承载能力的合成结果。

所以理解单个支承单元的工作原理,是全面了解整个支承的基础。

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第四章流体润滑原理概述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。

根据分隔固体表面的材料不同,润滑可分为以下三类:①流体润滑:摩擦副两表面间被具有一定粘度的流体完全分开。

将固体间的外摩擦转化为流体的内摩擦。

②边界润滑:摩擦界面上存在着一层具有良好润滑性的边界膜,但不是介质的膜。

相对于干摩擦来说,边界润滑具有比较低的摩擦系数,能有效地减轻接触表面的磨损。

③固体润滑:广义来说,固体润滑也是一种边界润滑。

就是用摩擦系数比较低的材料(固体润滑剂或固体润滑材料),在摩擦界面上形成边界膜,以降低接触表面的磨损和摩擦系数。

对于流体润滑的系统研究约在19世纪末逐渐展开。

1883年塔瓦(Tower)发现了轴承中的流体动压现象。

彼得洛夫(Петров)研究了同心圆柱体的摩擦及润滑。

随即雷诺(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,发表了著名的雷诺方程。

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,并解决了很多雷诺方程假设以外的问题,。

对于线接触及点接触的滚动件,在重载条件下的润滑问题,考虑了接触零件表面间的弹性变形及润滑剂的粘-压效应。

于20世纪中叶,格鲁宾(Грубин)提出了著名的弹性流体动力润滑的计算公式。

以后的道松(Dowson)郑绪云(Cheng)温诗铸等的进一步发展,使弹性流体动力润滑理论日趋成熟。

随着科学技术的发展,流体润滑中的紊流、惯性、热效应等以及非牛顿流体润滑等问题也展开了研究。

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0.001~0.008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τ,τ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。

剪应力τ(流体作切向运动的单位面积阻力)与速度梯度成正比。

dudyτη=(牛顿粘性公式) 式中:η 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1m 2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η为1Pa ·s 。

s m kg s m s mkg s m N s Pa ms m Pa dy du •=••=•=•===222/τη图4.1 液体内摩擦示意图动力粘度的单位为Pa ·s(帕斯卡·秒);量纲为M·L -1·T -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=1dyn ·s/cm 2=0.1Pa ·s 1P=0.1Pa·s=100cP 1cP=10-2P=10-3Pa·s ; cP 厘泊水的η=1×10-3Pa·s ; 空气的η=0.02×10-3Pa·s ; 润滑油的η=2~400×10-3Pa·s 。

在英制中,动力粘度称为雷恩(Reyn )。

1Reyn≈69000P4.1.2运动粘度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 。

ηνρ=式中:ρ 流体密度,单位 g/cm 3;(一般润滑油的密度ρ=0.85~0.95g/cm 3)ν 运动粘度,单位m 2/s ;实用时因为ν的单位太大,用沲(斯托克斯)St 作为运动粘度的单位,令1 St =1cm 2/s1St=10-4m 2/s=100cSt1cSt=10-6 m 2/s =mm 2/s cSt (厘沲)4.1.3影响粘度的因素 ①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。

据实验结果归纳出一个经验公式:()βηη=-=t f dt d 11 式中:β 粘-温系数;t 温度()Λ+++=2ct bt a t f为温度t 的多项式。

如果只取第一项,则上式可化为:粘度c P50温度图4.2 典型的粘温曲线称雷诺粘度方程 式中:k’ 常数;t 测试温度(℃);t 0 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()msa t η=+ 斯洛特(Slotte )方程或 b t keθη⎛⎫⎪+⎝⎭= 福格尔(V ogel )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50100νν来表示粘度比。

此值越小(接近1),表示粘温性能越好。

b.粘度-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=010050ννν-。

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 <35;中粘度指数 35~80;高粘度指数 80~110;很高粘度指数 >110。

根据我国石油产品国家标准GB /T1995-88规定,粘度指数VI 值按以下方法计算:当粘度指数≤100时,100⨯--=H L U L VI 100⨯-=DU L VI()0't t e k --=βη式中: 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, mm 2/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, mm 2/s ;U 试样40℃时的运动粘度mm 2/s ;D 为L -H, mm 2/s 。

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,YUH N log log log -=U 试样40℃时的运动粘度,mm 2/s ; Y 试样100℃时的运动粘度,mm 2/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,mm 2/s 。

②压力的影响流体受压时,分子间距离缩短,吸引力增加,粘度就增大。

通常在压力低于0.5×107Pa 时,油的粘度变化可以忽略不计,而当压力超过2×107Pa 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。

d dpη与η的关系是一条直线,斜率接近于(略小于)1。

图4.3 典型的粘-压曲线10000715.01log +-=N VI反当p>(4~5)×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:0pp eαηη=式中:p油的压力ηp 压力为p时的动力粘度;η0 大气压下的动力粘度;α粘度的压力系数。

但此式在压力(p)很高时,计算得到的ηp偏大。

矿物油和合成润滑油的粘度-压力系数在α=(5~30)×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: ①简化假定⑴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。

⑵润滑剂运动时的惯性力与粘性力相比,可忽略不计。

⑶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0py∂=∂。

⑷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。

⑸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。

只是为了把复杂的问题进行简化,便于求解而提出的假定。

⑹润滑剂为牛顿流体,即粘度符合牛顿粘性公式dudyτη=。

⑺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。

⑻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)。

⑼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)。

⑽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)。

⑾与u y ∂∂、wy∂∂相比,其它方向的速度梯度都可略去不计。

(u 、w 分别为x 、z 方向的速度分量)。

②影响油膜压力分布的条件XYZ⑴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h 1向小间隙h 0处流动)。

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