流体动压润滑理论

1、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 关发展简史时间人物经典理论及现象1883 年塔瓦（Tower）流体动压现象1886 年雷诺（Reynold）流体动压润滑理论及雷诺方程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

2、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

3、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 0.0010.008或更低（气体润 滑），并能有效地降低磨损。流体流体润滑的分类：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。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

4、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。液体动压轴承靠液体润滑剂动压力形成的液膜隔开两摩擦表面并承受载荷的滑动轴承。液体润滑*枪囱裤強力輔I衔號承祝两表面间的间隙是收敛的（这一隙实际很小，在图1油楔承载中是夸大画的），在相剂是被两摩擦面的相对运动 带入两摩擦面之间的。产生 液体动压力的条件是：两 摩擦面有足够的相对运动速 度；润滑剂有适当的粘度;对运动中润滑剂从间隙的大口流向小口，构成油楔。这种支承载荷的现象通常称为油楔承载（见润滑）。机械加工后的两摩擦表面微观是凹凸不平的，如图1油楔承载中局部放大图。在正常运输的液体动压轴承中，油膜最薄 （即通称最

5、小油膜厚度）处两表面的微观凸峰不接触， 因而两表面没有磨损。这时的摩擦完全属于油的内摩擦，摩擦系数可小至0.001。油的粘度越低，摩擦系数越小，但最小油膜厚度也越薄。 因此，油的最低粘度受到最小油膜厚 度的限制。当最小油膜厚度处两表面的微观凸峰接触时，油膜破裂,摩擦和磨损都增大。摩擦功使油发热而降低油的粘度。为使油的粘度比较稳定，一般采用有冷却装置的循环 供油系统或在油中加入能降低油对温度敏感的添加剂（见润滑剂）。液体动压轴承在启动和停车过程中，因速度低不能形成足够隔开两摩擦表面的油膜，容易出现磨损，所以制 造轴瓦或轴承衬须选用能在直接接触条件下工作的滑动轴承材料。液体动压轴承要求轴颈和轴瓦表

6、面几何形状正确而且光滑，安装时精确对中。液体动压径向轴承又分单油液体动压轴承分液体动压径向轴承和液体动压推力轴承。楔和多油楔两类（见表液体动压径向轴承类液体动压径向報承关型准 ft?擀崑& 利嵐畫戦号軸球fl>J甲心存切心洋申I黑与納*儿恻中匕帕心海 爲爭讣希？！单油楔液体动压径向轴承 轴颈周围只有一个承载油楔的轴承。图2 单油楔轴承的几 何参数 冲是剖分式的单油楔轴承。0为轴承几何中心，0为承受载荷F后的轴颈中心。 这两中心的连线称为连心线。连心线与载荷作用线所夹锐角oiLT称为偏位角。受载瓦面包围轴颈的角度称为轴承包角。0与0之间的距离-称为偏心距。轴承孔半径R与轴颈半径&#

7、39;之差称为半径间隙。与之比4 *称为相对间隙。-与 之比 称为偏心率 最小油膜厚度min ；“='=（1-），所在方位由o1F I确定。轴承宽度B（轴向尺寸）与占2雄歯申軸承的儿何毀i<轴承直径之比称为宽径比。油楔只能在轴承包角内生成。当=0时，0与0重合，轴承则不能（靠油楔）承载。载荷越大偏心率也越 大。当口=1时，最小油膜厚度为零，轴颈与轴承即直接 接触，这时会出现严重的摩擦和磨损。在液体动压润滑的 数学分析中，将油的粘度b、载荷（单位面积上的压力）、 轴的转速 和轴承相对间隙4卜I合并而成的无量纲数-/ '4 > （称为轴承特性数。对给定包角和宽径比的轴承

8、，轴承特性数只是偏心率的函数。对已知工作状况的轴承， 可由此函数关系求其偏心率和最小油膜厚度，进而核验该轴承能否实现液体动压润滑；也可按给定的偏心率或最小油膜厚度确定轴承所能承受的载 荷。轴承特性数反映液体动压润滑下载荷、速度、粘度和相对间隙之间的相互关系：对IB 3草油恢枷祇峯參數对相对问陳的关呆载荷大、速度低的轴承应选用粘度大的润滑 油和较小的相对间隙；对载荷小、速度高的 轴承，则应选用粘度小的润滑油和较大的相 对间隙。相对间隙对轴承性能的影响很大， 除影响 轴承的承载能力或最小油膜厚度外，还影响 轴承的功耗、温升和油的流量（图3单油楔 轴承各参数与相对间隙的关系）。对不同尺寸和工作状况的

9、轴承，都有最优的相对间隙 范围，通常为 0.0020.0002毫米。轴承宽径比是影响轴承性能的又一重要参数。宽径比越小，油从轴承两端流失越多，油膜中压力下降越严重， 这会显著降低轴承的承载能力。宽径比大时，要求轴的刚度大与轴承的对中精度高。通常取宽径比为0.41。单油楔轴承在高速轻载时偏心率小，容易出现失稳，产生油（气）膜振荡。油膜振荡 能引起设备损坏等重大事故。因此，单油楔轴承多用于中等以上速度或高速重载的机械 设备，如轧机和一般机床。多油楔液体动压径向轴承 轴颈周围有两个或两个以上油楔的轴承。多油楔径向轴承 承受载荷前，即轴颈中心与轴承几何中心重合时，相对各段瓦面曲率中心都存在偏心， 不过

10、偏心值相等，在各瓦面油膜中生成的压力相同，轴颈受力平衡。承受载荷后，这些 偏心值有的增大，有的减小，各瓦面上的油膜压力随之减小或增大，轴承的承载能力便 是这些油膜压力的向量和。多油楔轴承比单油楔轴承承载能力低，但在主承载瓦面的对 面附加有油膜压力，因而能提高轴承运转的稳定性。因此，多油楔径向轴承多用于高速轻 载的设备，如汽轮机、风力机和精密磨床等。多油楔径向轴承型式很多，而且还在不断 出现消振能力较高的新结构。液体动压推力轴承是由若干个油楔组成的推力轴承，其承载能力为各油楔油膜压力之和，常用于水轮机、汽轮机、压气机等中等以上速度的设备（见推力滑动轴承）。3. 雷诺方程（Reyn olds eq

11、uation）定义1 :对湍流流动，把纳维-斯托克斯方程的各项取时间平均值后的方程。应用学科：航空科技（一级学科）；飞行原理（二级学科）定义2 :黏性流体动量守恒和质量守恒的综合方程，是流体动力润滑的基本方程式。应用学科:机械工程（一级学科）；摩擦学（二级学科）；润滑（三级学科）以上内容由全国科学技术名词审定委员会 审定公布（雷诺方程）：雷诺方程式（Formula Renault ）是世界上著名及最普及的一种 方程式赛车， 该项赛事是由法国雷诺集团推广发展起来的，方程式赛车由 意大利TATUUS公 司制造，该类单座赛车的马力为 200HP,最高时速可达到一小时260公里。（雷诺赛车）雷诺方程式

12、2000赛车的良好性能和价钱的完美结合保证了其在全世界的普及程度，这种2000型的赛车每年制造超过700万辆。雷诺2000方程式赛车给全世界的热衷赛车运动的年轻人提供了一个驾驶技能和身体心理状态适应的学习及提高的环境，为他们走向该项运动的顶级赛事F1，成为未来之星做下铺垫。雷诺方程式2000赛事从2000年起举办至今（2004年），短短的四年里，已经成功地把雷克南(Kimi Raikkonen )、马萨(Felipe Massa ) 及克莱恩(Christian Klien )推向F1的大舞台。a. 底盘配套更可靠悬挂系统与其他方程式赛车大致相同，前悬挂使用单筒式吸震筒及弹簧，后 悬挂则为左右

13、独立吸震筒及弹簧。而“雷诺运动”在摇臂配搭位置作出新设计， 在调校上更为容易，而且当遇上意外时，对车身主体的损毁亦可同时减低。 制动 方面，四轮同时采用通风碟配 ALCON四活塞对向卡钳，并采用独立线路运作， 保障了制动力的功率，令制动系统更为可靠。b. 空气动力设计车身在车体上，“雷诺运动”特别以空气动力学的原理设计，再配合强大的 引擎马力输出，无论于直路飞驰或及高速攻弯，均能发挥其最佳稳定作用。 除此之外，其前翼的下昂式设计配合车尾复合式定风翼，与当今一级方程式 可谓同出一辙。c. 扭力分布平均动力是采用雷诺 F4RS型引擎发动，而该台引擎是根据“雷诺运动” ， 在三级方程式引擎技术开发，并配以Magneti Marelli的第四代电子引擎管理系统。最高马力及最大扭力分别为181ps/6,300rpm 及2