6.4流体润滑简介

1、润滑与润滑设计112020041 樊是星润滑的直接目的是在摩擦表面润滑的直接目的是在摩擦表面间形成低剪切强度的润滑膜，间形成低剪切强度的润滑膜，以防止破坏发生在材料表层深以防止破坏发生在材料表层深处。处。润滑设计的目的：一是建立流润滑设计的目的：一是建立流体润滑；二是在摩擦表面形成体润滑；二是在摩擦表面形成边界保护膜。边界保护膜。工程上起码要保证边界润滑或工程上起码要保证边界润滑或混合润滑状态。混合润滑状态。一、流体动压润滑18661866年年O.ReynoldsO.Reynolds提出的流体润滑基本方程。提出的流体润滑基本方程。流体动压润滑设计主要是雷诺方程的应用与求解，以形成足够的润滑流体

2、动压润滑设计主要是雷诺方程的应用与求解，以形成足够的润滑剂膜厚为最终目的。剂膜厚为最终目的。1.1.雷诺方程雷诺方程 雷诺方程是在一些列假定下的简化形式，这些假定是：雷诺方程是在一些列假定下的简化形式，这些假定是： （1 1）忽略体积力；（）忽略体积力；（2 2）与流体粘性力相比，忽略流体惯性力（高速）与流体粘性力相比，忽略流体惯性力（高速大型轴承除外）；（大型轴承除外）；（3 3）润滑剂是牛顿流体，即流体剪应力正比于切）润滑剂是牛顿流体，即流体剪应力正比于切应力；（应力；（4 4）流动为层流；（）流动为层流；（5 5）由于膜厚很薄，认为沿膜厚方向，流）由于膜厚很薄，认为沿膜厚方向，流体的压力

3、不变；（体的压力不变；（6 6）沿膜厚方向流体的粘度不变。（）沿膜厚方向流体的粘度不变。（7 7）与膜厚相比，）与膜厚相比，轴承表面的曲率半径很大，因此忽略润滑膜曲度的影响，并用平移代轴承表面的曲率半径很大，因此忽略润滑膜曲度的影响，并用平移代替转动。（替转动。（8 8）流体在固体表面无滑动。（）流体在固体表面无滑动。（9 9）仅考虑膜厚方向上的速）仅考虑膜厚方向上的速度梯度。根据以上假设用流体力学的一般方法推导雷诺方程。度梯度。根据以上假设用流体力学的一般方法推导雷诺方程。 pdydzdydzdxxpp)（dxdzdxdzdyy)（ 普遍形式的雷诺方程：hVVUUxhxhUUzphzxphx

4、12)(12)(6)()(6)()(21212133（3-52a）hxUUhVVUUxhxhUUzphzxphx12)()(6)(12)(6)()( 6)()(2121212133（3-52b）应用方程（应用方程（3-523-52）得：）得：（1 1）对于移动副：）对于移动副：（2 2）对于转动副：）对于转动副：thxhUUzphzxphx)(12)()(6)()(2133thxhUUzphzxphx)(12)()(6)()(21332.2.压力边界条件：压力边界条件：（1 1）Sommerfeld Sommerfeld 边界条件边界条件（2 2）Gumbel Gumbel 边界条件边界条件（

5、3 3）Reynolds Reynolds 边界条件边界条件 0,0 , 0p时0dxdp00,0和种植边：时起始边：pp0,2 , 0p时3.3.承载量、流量与摩擦承载量、流量与摩擦（1 1）承载量）承载量F F（2 2）流量）流量PdxdyFxxp12h-2xq2QQ22hUUxp12h-2q2QQxp12h-dyq2hUUxp12h-dyuqZXqq3z2B/20213B/20 x113h0z213h0 xzxdddzdz为轴承两侧端泄流量）（为油膜终止边流出流量）（方向单位宽度流量，则方向和分别为设（3 3）摩擦力）摩擦力4.4.线接触摩擦副的流体动压润滑线接触摩擦副的流体动压润滑 英

6、国英国H.M.Martin H.M.Martin 于于19161916年首先分析了这一润滑问题。可以采年首先分析了这一润滑问题。可以采用无线长近似的一维流动的雷诺方程：用无线长近似的一维流动的雷诺方程：dxdzUUxphhydxdzUUxphyh2Fh2F012f012f0）（表面上的摩擦力为在）（表面上的摩擦力为在FL4.9R9.4LFF/L0.,);0,)0UU21U1200213UhhRUpdxdxdppxxbpxadxdphhhhUdxdpX或：量单位接触线长度的承载油膜终止边：油膜起始边：压力边界条件采用：处的膜厚为），（式中，二、弹性流体动压润滑 在高副中，特别是重载条件下，接触压

7、力很高，高压引起固体表面显著弹性变形，增大表面曲率半径，改变膜厚形状；高压还提高润滑油粘度，大体上压力每增加100MPa，粘度提高至10倍。考虑到弹性变形和粘压效应的流体动压润滑成为弹性流体动压润滑（Elastohydrodynamic Lubrication 简称EHL）1.线接触摩擦副的弹性流体动压润滑等温EHL问题目前只能用数值法求解。数值法有顺解法和逆解法两种。（1 1）Dowson-HigginsonDowson-Higginson最小膜厚公式最小膜厚公式（2 2）摩擦热对膜厚的影响）摩擦热对膜厚的影响13.07.054.0min13.003.0 13.048.07.0054.0mi

8、n65.265.2WUGRhFELRUh或）（20UQ （4）线接触润滑区域图之比。公式计算出的最小膜厚按算出的最小膜厚与表示按各种计算公式计”区：“”区：“”区：“”区：“artinhghIEghVhIRgghVEevveM01. 31.662R4.965. 208. 02/354. 006. 02.2.点接触摩擦副的弹性流体动压润滑点接触摩擦副的弹性流体动压润滑三、流体静压润滑1.1.流体静压润滑的特点与应用流体静压润滑的特点与应用 流体静压润滑（流体静压润滑（Hydrostatic lubricationHydrostatic lubrication）是利用外部供油系统将）是利用外部供油

9、系统将高压油强行输入摩擦副表面之间，依靠静压承载油膜把两表面完全隔高压油强行输入摩擦副表面之间，依靠静压承载油膜把两表面完全隔开，从而获得流体润滑。开，从而获得流体润滑。其主要优点：其主要优点：1 1）不受摩擦副速度限制；）不受摩擦副速度限制； 2 2）具有较高油膜刚度；）具有较高油膜刚度； 3 3）具有很低的摩擦系数。）具有很低的摩擦系数。主要应用于高精度设备、低速重载设备、低摩擦设备以及在较宽速度范主要应用于高精度设备、低速重载设备、低摩擦设备以及在较宽速度范围工作的重型精密设备等的轴承或滑轨中。围工作的重型精密设备等的轴承或滑轨中。2.流体静压润滑原理四、流体润滑最小膜厚限通常用膜厚比参

10、数滑；时一般可获得全弹流润时为部分弹流润滑区；范围内为边界润滑区；3311minqRh五、润滑剂的选择 润滑的主要目的是减少摩擦与磨损。此外还能起到防锈、冷却、冲洗润滑的主要目的是减少摩擦与磨损。此外还能起到防锈、冷却、冲洗杂质或密封的作用。杂质或密封的作用。 工程中所用的润滑剂有液体、气体和固体。一般工况广泛采用润滑油工程中所用的润滑剂有液体、气体和固体。一般工况广泛采用润滑油和润滑脂。和润滑脂。1.1.润滑油的选择润滑油的选择（1 1）粘度）粘度)/()()/(32mkgspasmvvdydu运动粘度流体的动力粘度润滑油的粘度随温度的升高而下降。润滑油的粘度随温度的升高而下降。（2 2）耐

11、磨减摩与极压性能）耐磨减摩与极压性能 耐磨减摩添加剂通常是一种有机酸，极压添加剂通常是含有磷、硫耐磨减摩添加剂通常是一种有机酸，极压添加剂通常是含有磷、硫和氯的活性合成有机化合物。和氯的活性合成有机化合物。（3 3）稳定性）稳定性 稳定性分为热稳定性与氧化稳定性。一般地，发生热分解的温度要稳定性分为热稳定性与氧化稳定性。一般地，发生热分解的温度要比氧化温度高得多，因此正是抗氧化性决定了润滑油最高使用温度。比氧化温度高得多，因此正是抗氧化性决定了润滑油最高使用温度。2.2.润滑脂的选择润滑脂的选择 润滑脂是在润滑油中加入稠化剂而制成的半固体状润滑剂。主要性能润滑脂是在润滑油中加入稠化剂而制成的半固体状润滑剂。主要性能指标是针入度和滴点。指标是针入度和滴点。3.3.固体润滑剂的选用固体润滑剂的选用 最常用的固体润滑剂有石墨、最常用的固体润滑剂有石墨、MoS2MoS2、聚四氟乙烯。、聚四氟乙烯。4.4.润滑剂类型的选用润滑剂类型的选用 两个主要因素通常是速度和载荷。两个主要因素通常是速度和载荷。六、建立边界保护膜1.1.表面物理吸附表面物理吸附 分子力作用而在固体表面形成的吸附膜。分子力作用而在固体表面形成的吸附膜。2.2.表