润滑相关理论讲解
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常见润滑剂种类见表5-1.
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表5-1． 常用润滑剂的种类
液 体 润 润滑
动植物油 矿物油 合成油 水基油
茶油、菜籽油、蓖麻油、鲸鱼油等。 馏分矿物油、含添加剂馏分矿物油、残渣润滑油等。 脂类油、合成烃、聚醚、硅油、氟油、磷酸脂等 水、乳化液、水乙二醇等
润 滑 滑脂
皂基脂 烃基脂 无机脂 有机脂
锂基脂、钙基脂、钠基脂、铝基脂等。 工业凡士林等 膨润土脂、硅胶脂等 酰胺脂、聚脲脂等
2)运动粘度ν 是指动力粘度η与流体密度的比值，即：
（5-4）
常用单位有：沱（st）即cm2/S、厘沱（Cst）即mm2/S，1沱 （st）=100厘沱（Cst）。 运动粘度可以直接测量。我国机械油以厘沱为单位来表示运 动粘度。如10号机械油，表示在150℃时，ν=10 Cst。
16
5.2 流体润滑的特点与流体的性质
固 体 剂润 滑
软金属 金属化合物
无机物 有机物
Pb、Sn、Zn、Ag、Au、Cd等 氧化铅、氟化钙。二硫化钼等 石墨、氮化硼等 聚四氟乙烯、尼龙、酚醛树脂等
气体润滑剂
空气、氮气、氦气、氢气等
磁性流体润滑
6
7
5.1概述
2、根据润滑膜在摩擦表面的分布状态分类 ✓ 全膜润滑 ✓ 非全膜润滑
8
5.1概述
可得：
du
dz
（5-3）
η 定义为流体的动力粘度。
14
5.2 流体润滑的特点与流体的性质
式5-3即为牛顿内摩擦力定律。 根据这个定律将流体划分为两大类： 牛顿流体－τ与dU/dZ呈线性关系，一般情况下的大
多数润滑油都是牛顿流体； 非牛顿流体——τ与dU/dZ呈非线性关系。 式中的比例系数η为流体的粘度，它是指流体内部分
子抵抗减切变形的能力，也就是通常所说的粘滞性 的大小。
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5.2 流体润滑的特点与流体的性质
（三）粘度的度量方法
粘度是润滑油最重要的一项理化指标，是选用润滑油牌号的 主要依据。度量粘度的方法有以下几种。
１)动力粘度η 是指流体以1m/s的速度相对运动时，单位面 积上所需要的力。常用单位有：Pa·s(帕·秒)、P(泊)即n/㎝2或 cP厘泊。
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5.1概述
2. 润滑状态的判别方法
润滑膜的厚度直接影响着润滑状态，但是不能只根据润滑膜的厚度来判断润滑状态， 还必须考虑表面的粗糙度，只有当润滑膜的厚度大于表面上的微凸体高度时，才能起 到润滑效果。
1) 用膜厚比判断 膜厚比λ：是指最小油膜厚度hmin与综合表面粗糙度σ之比，λ=hmin/σ。 当λ<1时，边界润滑状态； 当1≤λ≤3时，混合润滑状态； 当3<λ时，流体润滑状态。 2) 用摩擦系数μ值判断 当μ=0.008～0.08时，流体润滑状态； 当μ=0.08～0.15时，混合润滑状态； 当μ=0.01～0.35时，边界润滑状态； 当μ>0.3时，无润滑。
五、润滑状态及判别方法
1. 润滑状态 工程上一般采用流体润滑。根据润滑膜的形成机理和特征，润滑状态可 以分为五种基本类型，见表5-2。
表5-2 各种润滑状态的对比
润滑状态 润滑膜厚度
1～100μm 流体动压
润滑
润 滑 膜形成方法
应用范围
由摩擦表面的相对运动所产生 中高速下的面接触摩擦副， 的动压效应或挤压效应形成流 如滑动轴承。 体润滑膜。
3) 相对粘度（或条件粘度）
相对粘度是用特定的粘度计在规定的条件下直接测量的粘度。各国所采 用的相对粘度不同，主要有以下几种：
恩氏粘度0ET：下标T表示测定温度，如20℃、50℃、100℃。采用国家 中、俄、德。
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5.2 流体润滑的特点与流体的性质
一、流体润滑的特点 在流体润滑状态下，润滑剂将两摩擦表面隔开，摩擦发生在润滑膜流
层内，显著减小磨损。因而流体润滑被广泛应用于滑动轴承、滚动轴 承、齿轮传动、链传动、螺旋传动、动密封等摩擦副中。
干摩擦条件下磨损形貌
油润滑条件下磨损形貌
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5.2 流体润滑的特点与流体的性质
流体静压 1～100μm 润滑
弹性流体 0.1～1μm 动压润滑
通过外界压力将流体送到摩擦 所有速度下的面接触，如 表面之间，强制地形成润滑膜。 滑动轴承、导轨等.
与流体动压润滑相同
中高速下的点接触摩擦副， 如滚动轴承、齿轮等
边界润滑 10-3～0.05μm 干摩擦 10-3～10-2μm
润滑油与金属表面产生物理或 化学作用形成润滑膜
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 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
Z
T
dZ h
U+dU
U
U
Z
X
图5-1 流体流动模型
13
5.2 流体润滑的特点与流体的性质
牛顿提出了粘滞剪应力与剪应变率成正比的假设，称为牛顿粘性定律，即：
（5-1）
其中，τ为剪应力，即单位面积上的摩擦力，τ=F/A；
为剪切应变率，
du
dz
（5-2）
可知，剪切应变率等于流动速度沿流体厚度方向的变化梯度，
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
二、流体的粘度
（一）粘度的定义 流体流动时，由于流体与固体 表面的附着力和流体内部
分子间的作用，不断产生剪切变形，而流体的粘滞性就是 流体抵抗剪切变形的能力。粘度是流体粘滞性的度量，用 以描述流动时的内摩擦。
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5.2 流体润滑的特点与流体的性质
（二）牛顿内摩擦定律
流体的流层之间的相对运动如图5-1所示。当上面的平板在牵引力F的作 用下，相对于下平板于速度U 相对滑动时，两平板之间的流体也产生相 对运动。但是，由于流体内部分子内聚力(内摩擦力)的作用，将运动依次 传递到各流层，使得各流层之间的流度U 不同，存在着一个速度梯度， 而且存在着粘性剪切阻力。
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表5-1． 常用润滑剂的种类
液 体 润 润滑
动植物油 矿物油 合成油 水基油
茶油、菜籽油、蓖麻油、鲸鱼油等。 馏分矿物油、含添加剂馏分矿物油、残渣润滑油等。 脂类油、合成烃、聚醚、硅油、氟油、磷酸脂等 水、乳化液、水乙二醇等
润 滑 滑脂
皂基脂 烃基脂 无机脂 有机脂
锂基脂、钙基脂、钠基脂、铝基脂等。 工业凡士林等 膨润土脂、硅胶脂等 酰胺脂、聚脲脂等
2)运动粘度ν 是指动力粘度η与流体密度的比值，即：
（5-4）
常用单位有：沱（st）即cm2/S、厘沱（Cst）即mm2/S，1沱 （st）=100厘沱（Cst）。 运动粘度可以直接测量。我国机械油以厘沱为单位来表示运 动粘度。如10号机械油，表示在150℃时，ν=10 Cst。
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5.2 流体润滑的特点与流体的性质
固 体 剂润 滑
软金属 金属化合物
无机物 有机物
Pb、Sn、Zn、Ag、Au、Cd等 氧化铅、氟化钙。二硫化钼等 石墨、氮化硼等 聚四氟乙烯、尼龙、酚醛树脂等
气体润滑剂
空气、氮气、氦气、氢气等
磁性流体润滑
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5.1概述
2、根据润滑膜在摩擦表面的分布状态分类 ✓ 全膜润滑 ✓ 非全膜润滑
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5.1概述
可得：
du
dz
（5-3）
η 定义为流体的动力粘度。
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5.2 流体润滑的特点与流体的性质
式5-3即为牛顿内摩擦力定律。 根据这个定律将流体划分为两大类： 牛顿流体－τ与dU/dZ呈线性关系，一般情况下的大
多数润滑油都是牛顿流体； 非牛顿流体——τ与dU/dZ呈非线性关系。 式中的比例系数η为流体的粘度，它是指流体内部分
子抵抗减切变形的能力，也就是通常所说的粘滞性 的大小。
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5.2 流体润滑的特点与流体的性质
（三）粘度的度量方法
粘度是润滑油最重要的一项理化指标，是选用润滑油牌号的 主要依据。度量粘度的方法有以下几种。
１)动力粘度η 是指流体以1m/s的速度相对运动时，单位面 积上所需要的力。常用单位有：Pa·s(帕·秒)、P(泊)即n/㎝2或 cP厘泊。
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5.1概述
2. 润滑状态的判别方法
润滑膜的厚度直接影响着润滑状态，但是不能只根据润滑膜的厚度来判断润滑状态， 还必须考虑表面的粗糙度，只有当润滑膜的厚度大于表面上的微凸体高度时，才能起 到润滑效果。
1) 用膜厚比判断 膜厚比λ：是指最小油膜厚度hmin与综合表面粗糙度σ之比，λ=hmin/σ。 当λ<1时，边界润滑状态； 当1≤λ≤3时，混合润滑状态； 当3<λ时，流体润滑状态。 2) 用摩擦系数μ值判断 当μ=0.008～0.08时，流体润滑状态； 当μ=0.08～0.15时，混合润滑状态； 当μ=0.01～0.35时，边界润滑状态； 当μ>0.3时，无润滑。
五、润滑状态及判别方法
1. 润滑状态 工程上一般采用流体润滑。根据润滑膜的形成机理和特征，润滑状态可 以分为五种基本类型，见表5-2。
表5-2 各种润滑状态的对比
润滑状态 润滑膜厚度
1～100μm 流体动压
润滑
润 滑 膜形成方法
应用范围
由摩擦表面的相对运动所产生 中高速下的面接触摩擦副， 的动压效应或挤压效应形成流 如滑动轴承。 体润滑膜。
3) 相对粘度（或条件粘度）
相对粘度是用特定的粘度计在规定的条件下直接测量的粘度。各国所采 用的相对粘度不同，主要有以下几种：
恩氏粘度0ET：下标T表示测定温度，如20℃、50℃、100℃。采用国家 中、俄、德。
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5.2 流体润滑的特点与流体的性质
一、流体润滑的特点 在流体润滑状态下，润滑剂将两摩擦表面隔开，摩擦发生在润滑膜流
层内，显著减小磨损。因而流体润滑被广泛应用于滑动轴承、滚动轴 承、齿轮传动、链传动、螺旋传动、动密封等摩擦副中。
干摩擦条件下磨损形貌
油润滑条件下磨损形貌
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5.2 流体润滑的特点与流体的性质
流体静压 1～100μm 润滑
弹性流体 0.1～1μm 动压润滑
通过外界压力将流体送到摩擦 所有速度下的面接触，如 表面之间，强制地形成润滑膜。 滑动轴承、导轨等.
与流体动压润滑相同
中高速下的点接触摩擦副， 如滚动轴承、齿轮等
边界润滑 10-3～0.05μm 干摩擦 10-3～10-2μm
润滑油与金属表面产生物理或 化学作用形成润滑膜
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
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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 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
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dZ h
U+dU
U
U
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X
图5-1 流体流动模型
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5.2 流体润滑的特点与流体的性质
牛顿提出了粘滞剪应力与剪应变率成正比的假设，称为牛顿粘性定律，即：
（5-1）
其中，τ为剪应力，即单位面积上的摩擦力，τ=F/A；
为剪切应变率，
du
dz
（5-2）
可知，剪切应变率等于流动速度沿流体厚度方向的变化梯度，
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。
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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
二、流体的粘度
（一）粘度的定义 流体流动时，由于流体与固体 表面的附着力和流体内部
分子间的作用，不断产生剪切变形，而流体的粘滞性就是 流体抵抗剪切变形的能力。粘度是流体粘滞性的度量，用 以描述流动时的内摩擦。
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5.2 流体润滑的特点与流体的性质
（二）牛顿内摩擦定律
流体的流层之间的相对运动如图5-1所示。当上面的平板在牵引力F的作 用下，相对于下平板于速度U 相对滑动时，两平板之间的流体也产生相 对运动。但是，由于流体内部分子内聚力(内摩擦力)的作用，将运动依次 传递到各流层，使得各流层之间的流度U 不同，存在着一个速度梯度， 而且存在着粘性剪切阻力。