润滑理论研究的进展与思考.PDFVIP

第27卷 第 6期 2007年 11月 摩 擦 学 学 报 TRIB0L0GY V0J 27． No 6 Nov，2007 润滑理论研究的进展与思考 温诗铸 (清华大学 摩擦学国家重点实验室 ，北京 100084) 摘要：全面阐述了润滑理论研究中关于各种润滑状态，包括流体润滑 、边界润滑、弹流润滑、薄膜润滑以及混合润滑等 的研究进展和存在的问题；并进而就今后的润滑理论研究提出了若干建议． 关键词：流体润滑；弹流润滑；边界润滑；薄膜润滑；混合润滑；进展 中图分类号：THll7．2 文献标识码 ：A 文章编号：1004-0595(2007)06-0497-07 在机械科学中，通常认为摩擦学是有关摩擦 、磨 损与润滑科学的总称．摩擦引起能量消耗；磨损导致 机械零件表面损伤，进而使得机械设备失效；而润滑 则是降低摩擦、控制磨损最有效的措施．因此，润滑 设计对于节约能源和原材料，延长机械设备使用寿 命和提高工作可靠性具有重要意义． 简言之，润滑技术通过在相互摩擦表面之间施 加润滑剂而形成润滑膜，藉以避免摩擦表面直接接 触，构建具有较高法向承载能力和尽可能低的切向 阻力的界面层，达到减少摩擦磨损的目的．同时，润 滑膜还具有散热、除锈、减振和降噪等作用． 人类很早以前就学会了在生产实践中利用润滑 技术．我国《诗经》中就有关于润滑的描述，西汉《淮 南子》中最早出现了“润滑”一词．早期人们采用动 植物油脂作为润滑剂．19世纪中叶以后，随着油井 开发和石油炼制技术的进步，石油润滑剂得到了广 泛的应用，从而推动了润滑理论和应用技术的发展． 近30年来，种类繁多而性能优越的润滑材料不断涌 现，有力地促进了润滑科学的迅速发展． 本文就润滑理论的各个发展阶段以及作者对今 后相关研究工作的若干思考进行阐述． 1 流体润滑 1883年，Tower对火车轮轴的滑动轴承进行试 验，首次发现轴承中的油膜存在流体压力．1886年， Reynolds针对 Tower发现的现象应用流体力学推导 出Reynolds方程，解释了流体动压形成机理，从而 奠定了流体润滑理论研究的基础．1904年，Sommer— feld求出了无限长圆柱轴承的 Reynolds方程的解析 解；1954年，Ocvirk建立了无限短轴承的解析解，促 使流体润滑理论得以应用于工程近似设计．随着电 子计算机和数值计算技术的发展，许多作者采用有 限差分、变分和有限元等方法求得各种结构和工况 条件下的有限长轴承数值解，得到了更为精确的结 果，使得流体润滑理论日趋成熟?． 流体动压润滑形成机理在于，摩擦表面的相对 运动将粘性流体带人楔形间隙，从而使得润滑膜产 生压力以承受载荷，这就是所谓的动压效应．润滑膜 为粘性流体膜 ，其厚度处于 I～100 m量级，属于 厚润滑膜；其理论基础是粘性流体力学．流体动压润 滑通常应用于面接触摩擦副，如机床和汽轮发电机 组等动力机械中的滑动轴承。 经过长期的实验与理论研究，总体来说迄今各 种结构的滑动轴承的静态润滑设计已达到相当完善 的境地．随着高速大容量动力机械的发展，以下问题 还有待于进一步研究． 1．1 油膜振荡与稳定性 在20世纪 70～80年代，由于滑动轴承油膜振 荡导致汽轮发电机组的断轴事故时有发生，这是因 为高速轻载轴承的轴心与轴承中心接近而处于不稳 定状态所致．人们针对滑动轴承动态性能进行了大 量分析计算和试验研究 J，主要涉及油膜刚度特性 和阻尼特性等 8个动态系数的确定，基于转子动力 学耦合的轴承一转子系统稳定性研究，以及失稳判据 基金项目：国家 自然科学基金资助项目50575123)． 收稿日期：2007-09-25；修回13期：2007—11-04／联系人温诗铸，e—mail：dpiwsz@mail．tsinghua．edu．(31 作者简介：温诗铸，男，1932年生，教授，中国科学院院士 ，目前主要从事润滑理论、摩擦磨损机理与控制、纳米摩擦学以及微机械学等研究 维普资讯 498 摩 擦 学 学 报 第27卷 的建立等．然而，迄今为止相关研究仍有待于进一步 完善，其中对转子动力学计算影响很大的多油楔轴 承油膜动态特性系数的计算还比较粗略，多跨度转 子系统的动力学计算也存在困难． 1．2 湍流润滑理论 大型水轮机推力轴承的雷诺数很高，在推力瓦 边缘的流态极可能达到超层流甚至湍流状态． 相对层流润滑而言，湍流润滑需要考虑流体运 动惯性和质点不规则运动产生的湍流附加应力．现 有的湍流润滑理论通常忽略了惯性的影响，同时近 似地采用湍流润滑系数来表示附加应力，故其在理 论上仍很不完备，有待于深入研究． 与层流润滑轴承相比较，湍流润滑轴承相当于 增加润滑油黏度，因而随着承载能力的增加，摩擦系 数和摩擦功耗增加；而流量略有减