摩擦学原理第5章.ppt

第五章润滑理论与润滑设计 主讲：高诚辉 内容目录 一、润滑状态与流体性质 二、流体润滑理论基础 三、流体润滑计算的数值解法 四、典型机械零件的润滑设计 五、边界润滑 一、润滑状态与流体性质 1.润滑状态及其特征 2.润滑油的密度 3.流体的粘度 4.非牛顿流体 5.粘度的测量与换算 1.润滑状态及其特征 润滑状态 润滑的目的是在摩擦表面之间形成具有法向承载能力而剪切强度低的润滑膜，用它来减少摩擦阻力和降低材料磨损。润滑膜可以是由液体或气体组成的流体膜或者固体膜。根据润滑膜的形成原理和特征，润滑状态可以分为： (1)流体动压润滑； (2)流体静压润滑； (3)弹性流体动压润滑； (4)薄膜润滑； (5)边界润滑 (6)干摩擦 等六种基本类型状态。 各种润滑状态的基本特征 膜厚与粗糙度 各种润滑状态所形成的润滑膜厚度不同，但是单纯由润滑膜的厚度还不能准确地判断润滑状态，尚须与表面粗糙度进行对比图 5 — 1 列出润滑膜厚度与粗糙度的数量级。。 润滑状态与摩擦系数 根据润滑膜厚度鉴别润滑状态的办法虽然是可靠的，但由于测量上的困难，往往不便采用。另外，也可以用摩擦系数值作为判断各种润滑状态的依据。图 1 — 2 为摩擦系数的典型数值。 润滑状态与轴承特性数 随着工况参数的改变可能导致润滑状态的转化。图 1 — 3 是典型的 Streibeck 曲线，它示出滑动轴承的润滑状态转化过程以及摩擦系数随无量纲轴承特性数的变化。这里，η为润滑油粘度； U 为滑动速度； p 为轴承单位面积载荷。 应当指出： 研究各种润滑状态的特性及其变化规律所涉及的学科各不相同，处理问题的方法也不一样。对于流体润滑状态，包括流体动压润滑和流体静压润滑，主要是应用流体力学和传热学、振动力学等来计算润滑膜的承载能力及其它物理特性。在弹性流体动压润滑中，由于载荷集中作用，还要根据弹性力学分析接触表面的变形以及润滑剂的流变学性能。对于边界润滑状态，则是从物理化学的角度研究润滑膜的形成与破裂机理。而在混合润滑和干摩擦状态中，主要的问题是限制磨损，它将涉及到材料科学、弹塑性力学、传热学、化学和物理学等内容。 2.润滑油的密度 密度是润滑剂最常用的物理指标之一。在润滑分析中，通常认为润滑油是不可压缩的，并且忽略热膨胀的影响，因而将密度视为常量。事实上，润滑油的密度也是压力和温度的函数，在某些条件下，例如弹性流体动压润滑状态，必须考虑润滑油的密度变化，进行变密度的润滑计算。 润滑油所受压力增加时，其体积减小因而密度增加，研以密度随压力的变化可用压缩系数 C 来表示，即 这里， V 是已知质量 M 的体积．由此可得 ρp=ρ 0 [ 1 + C(p- p0)] 式中，ρ 0 和ρ p 分别为在压力 p0 和 p 下的密度。 2. 润滑油的密度（ 2 ） 对于润滑油可取 C 的表达式为 C ＝ (7.25 － lg η) × 10 － 10 （ m2 ／ N) 式中粘度的单位为 mPa · s 。 为了计算方便，也常采用如下的密度与压力关系式 式中 p 的单位用 GPa 。 温度对密度的影响是由热膨胀造成体积增加，进而使密度减小设润滑油的热膨胀系数为α t ，则。 ρt=ρ0 [ 1－αt(t- t0)] (5-1-3) 式中ρt 为温度 t 时的密度，而ρ0 为温度 t0 时的密度，αt的单位为℃－1 。 3.流体的粘度 粘度是润滑剂重要的物理性质。在一定工况条件下，其是决定润滑膜厚度的主要因素。虽然润滑剂的粘度不直接影响边界润滑膜厚度，但对于边界润滑下的粗糙表面，由于在接触峰点之间形成的油包也承受一部分载荷，而润滑剂的粘度与油包的承载能力密切相关。粘度还影响摩擦力，高粘度的润滑剂不仅引起很大的摩擦损失和发热，而且难以对流散热，使摩擦温度的升高，可能导致润滑膜破裂和表面磨损。所以，对于任何实际工况条件，都存在合理的粘度值范围。 润滑剂的粘度和密度是随温度、压力等工况参数而变化的。在以液体作润滑剂的流体动压润滑中，主要的问题是粘度性质及其与温度的关系。气体润滑时，润滑剂的可压缩性即密度随压力的变化将具有重要作用。而对于弹性流体动压润滑状态，温度和压力对粘度的影响以及润滑剂的压缩性都将成为不可忽视的问题。 (1)动力粘度与运动粘度 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。 ①动力粘度 牛顿认为流体的流动是许多