流体润滑(弹流润滑)

润滑的定义：将一种具有润滑性能的物质加入到摩擦副表面之间，以达到抗磨减摩的作用。润滑的作用：降低摩擦，减少磨损(mósǔn)降温冷却：采用液体润滑剂循环润滑系统，可以将摩擦时产生的热量带走，降低机械发热。防止腐蚀冲洗作用：随着润滑剂的流动，可将摩擦表面上污染物、磨屑等冲洗带走。密封作用：防止冷凝水、灰尘及其他杂质的侵入。减振作用：将冲击、振动的机械能转变为液压能，起阻尼、减振或缓冲作用共二十二页润滑(rùnhuá)的分类：按润滑剂的物质(wùzhì)形态分液体润滑脂润滑固体润滑气体润滑按摩擦面间的润滑形态分

流体动力润滑流体静力润滑弹性流体动力润滑固体润滑边界润滑流体润滑共二十二页润滑(rùnhuá)状态的转化

斯特里贝克(Stribeck)曲线：德国学者斯特里贝克(Stribeck)对滚动轴承与滑动轴承的摩擦进行了试验，研究运动速度、法向载荷和润滑剂的粘度等参数与摩擦系数之间的关系(guānxì)，并将它们间的关系绘制成一条曲线，称为斯特里贝克曲线。由斯特里贝克曲线可知，润滑类型随着转速、裁荷和润滑剂粘度的变化而变化，润滑状态可以从一种润滑状态转变到另一种润滑状态。共二十二页边界润滑状态，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1-50nm时，摩擦(mócā)表面微凸体接触增多，润滑剂的粘度对降低摩擦(mócā)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。共二十二页混合润滑状态，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(ɡékāi)，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。共二十二页流体润滑状态，平均润滑膜厚h与摩擦副表面的复合粗糙度的比值λ大于3。流体动压和静压润滑状态下，典型(diǎnxíng)膜厚约在1-100μm，对于弹性流体动压润滑，典型膜厚约为0.1-1μm。此时摩擦副的表面被连续流体膜隔开，因此用流体力学来处理这类润滑问题，摩擦阻力完全决定于流体的内摩擦(粘度)。在这个区域中工作的摩擦副表面没有直接接触，没有机械磨损(磨粒、粘着磨损)产生，但可以产生表面疲劳磨损、气蚀磨损和流体浸蚀。共二十二页几种(jǐzhǒnɡ)摩擦的界限常以膜厚比来大致估计：式中：hmin——最小公称油膜厚度，

mRq1——接触表面轮廓的均方根偏差，

mRq2——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(hùnhé)摩擦；

＞3，流体摩擦共二十二页不同(bùtónɡ)润滑状态下的摩擦因数共二十二页膜厚比对滚动轴承(gǔndòngzhóuchéng)疲劳寿命的影响共二十二页干摩擦(mócā)——最不利边界(biānjiè)摩擦——最低要求混合摩擦——比较好流体摩擦——最好共二十二页流体润滑定义：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(xíngchéng)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，共二十二页

静压润滑轴承的轴瓦内表面上有四个对称的油腔，使用一台油泵，经过四个节流器分别调整(tiáozhěng)油的压力，使得四个油腔的压力相等。当轴上无载荷时，油泵使四个油腔的出口处的流量相等，管道内的压力相等，使轴颈与轴瓦同心。当轴受载后，轴颈向下移动，油泵使上油腔出口处的流量减小，下油腔出口处的流量增大，形成一定(yīdìng)的压力差。该压力差与载荷保持平衡，轴颈悬浮在轴瓦内。使轴承实现液体摩擦。适用范围广，供油装置复杂。共二十二页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(jǐhé)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(sùdù)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。FFF设计：潘存云FAB两平形板之间不能形成压力油膜！共二十二页

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(xíngchéng)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(xíngchéng)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。

v

vvh1aah2ccvvh0bbF共二十二页3.弹性流体(liútǐ)动压润滑

1916年Martin将Reynolds方程用到齿轮(线接触)中，假设为刚体等粘度，但所导出的最小油膜厚度比一般加工的表面粗糙度还要小。也就是说，按照流体动压润滑计算高副润滑时，不能产生有效的油膜厚度以将两个表面隔开，而属于混合润滑或边界润滑。但事实上并非如此。当时人们发现，横渡大西洋的QueenMary号邮船在使用多年后，齿轮表面上的加工痕迹仍然可见，证明有足够的油膜厚度。人们怀疑Martin公式，认为它只能用于轻载高速工况，不适宜于重载，并开始寻找解决问题的途径。人们发现，在重载接触(高副)情况下，由于点、线接触的接触面积的典型值为径向轴承的0.1％左右，因此，在载荷相同的情况下，点、线接触的平均应力将比滑动轴承大1000倍左右。这样高的压力，必然会影响其工作性能。对此，应用于滑动轴承的流体动压润滑理论已不再适用。人们发现，高压会使润滑剂的粘度增高，从而增大(zēnɡdà)油膜厚度；同时高压还会使接触体发生弹性变形。总结：粘压效应和弹性变形效应有利于提高润滑膜的承载能力。共二十二页定义一：相对运动表面的弹性变形与流体动压作用都对润滑油的润滑性能起着重要作用的一种润滑状态。定义二：弹性流体动力润滑是指流体进入在两个相互运动的固体摩擦接触表面后，受到接触表面产生的巨大接触压力而发生的性状改变，以分割固体摩擦接触表面，减少摩擦。从广义上说：凡是表面弹性变形量和最小油膜厚度处在同一量级上的润滑问题，都属于弹流问题。弹性流体动压润滑理论是流体动压润滑理论的重要发展，可以说弹性流体动力润滑是流体膜润滑的一种特殊(tèshū)形式。它主要研究名义上是点、线接触的摩擦副润滑问题（如齿轮副、滚动轴承等）。前面所讨论的流体(liútǐ)动压润滑理论及计算，是假定两个润滑表面相对运动时仍保持完全的刚性，未产生弹性变形，这在低副接触时是正确的。但是，对于高副接触，如齿轮、滚动轴承等，其比压很大，运用流体(liútǐ)动压润滑理论就不再合适了。低副（面接触）润滑表面刚性流体动压润滑理论高副（点、线接触）润滑表面弹性变形弹性流体动压润滑理论共二十二页两个弹性圆柱的接触，可等效于一当量圆柱和一刚性(ɡānɡxìnɡ)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。刚性(ɡānɡxìnɡ)平面等效圆柱共二十二页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(píngmiàn)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。

潘存云教授(jiàoshòu)研制V1V2FF干摩擦接触赫兹接触区共二十二页

赫兹接触条件是弹性流体动压润滑的主要特点，它建立了接触面的整个形状：先是一个非常狭长的收敛区(进口区），紧接着是赫兹区（平面区），最后是发散区（出口区）。收敛区的作用是产生流体动压力将两对偶表面隔开，因为对偶表面是收敛的，故对偶表面能带人润滑剂而产生流体动压力；随着收敛区压力增大，润滑剂的粘度也随之升高，粘度越高产生的流体动压力也就越大。当润滑剂到达赫兹区的前缘时，润滑剂的粘度便增加一个数量级，流体动压力便能达到(dádào)典型值0.14GPa。赫兹区的最高压力可高达典型值1.4GPa，远远高于收敛区能产生的流体动压力。尽管如此，流体动压力还是能将两对偶表面隔开，因为流体动压力能克服赫兹区前缘的压力而将前缘分开。润滑剂一旦进入赫兹区，其粘度将迅速增加若干数量级而变成玻璃体甚至固体，同时润滑膜又很薄，且通过赫兹区的时间又极短（以ms计），因此赫兹压力就没有足够的时间与能力将润滑剂挤压回去，从而达到由润滑膜将赫兹区两对偶表面隔开的目的。共二十二页结论：弹性变形和粘度变化的联合(liánhé)效应可