摩擦学原理(第2章润滑剂).ppt

2.3.1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，将不断产生剪切变形，而流体的粘滞性就是流体抵抗剪切变形的能力。粘度是流体粘滞性的度量，用以描述流动时的内摩擦。Newton最先提出粘性流体的流动模型，他认为流体的流动是许多极薄的流体层之间的相对滑动,如图2.3所示。在厚度为h的流体表面上有一块面积为A的平板，在F力的作用下以速度U运动。此时，由于粘性流体的内摩擦力将运动依次传递到各层流体。由于流体的粘滞性，在相互滑动的各层之间将产生剪应力即流体的内摩擦力，由它们将运动传递到各相邻的流体层，使流动较快的层减速，而流动较慢的层加速，形成按一定规律变化的流速分布。当A、B表面平行时，对大部分流体介质来说流速u可视为沿z向直线分布。图2.3牛顿流体流动模型图2.4粘度定义Newton提出了粘滞剪应力与剪应变率成正比的假设，称为牛顿粘性定律，即:其中，?为剪应力，即单位面积上的摩擦力，?=F/A；为剪应变率，即剪应变随时间的变化率。可知，剪应变率等于流动速度沿流体厚度方向的变化梯度。这样，牛顿粘性定律可写成:式中，比例常数?定义为流体的动力粘度。各种不同流体的动力粘度数值范围很宽。空气的动力粘度为0.02mPa·s，而水的粘度为1mPa·s。润滑油的粘度范围为2mPa·s~400mPa·s，熔化的沥青可达700mPa·s。12345在工程中，常常将流体的动力粘度?与其密度?的比值作为流体的粘度，这一粘度称为运动粘度，常用?表示。运动粘度的表达式为:通常润滑油的密度?=0.7g/cm3~1.2g/cm3，而矿物油密度的典型值为0.85g/cm3，因此运动粘度与动力粘度的近似换算式可采用(cP)=0.85?(cSt) （2.8） 2.3.2粘度与温度的关系粘度随温度的变化（常称为粘-温关系）是润滑剂的一个十分重要的特性。如表2.1所示，矿物油和合成油的粘度随温度的升高而降低，通常润滑油的粘度越高，其对温度的变化就越敏感。从分子学的观点来看，流体是由大量的处于无规则运动状态的分子所组成，流体的粘度是分子间的引力作用和动量的综合表现。分子间的引力随着分子间的距离会发生明显改变，而分子的动量取决于运动速度。当温度升高时，流体分子运动的平均速度增大，而分子间的距离也增加。这样就使得分子的动量增加，而分子间的作用力减小。因此，液体的粘度随温度的升高而急剧下降，从而严重影响它们的润滑作用。大多数润滑油的粘度随温度会剧烈下降，它们之间的变化规律的次切线具有多项式形式。粘度与温度的关系式可以写成如下几种形式:上述式中，?0为温度为T0时的粘度；?为温度为T时的粘度；?为温粘系数，可近似取作0.031/?C；m=1,2,…；?表示“无限粘度”温度，对于标准矿物油，可取95；?、s、b均为常数。这些粘温方程中，Reynolds粘温方程在数值计算中使用起来较方便，而Vogel粘温方程描述粘温关系更为准确。01粘-温关系也可以用ASTM（美国材料试验协会）定义的粘度指数来表示，常用于绘制粘-温线图。其关系式为02式中，?为运动粘度，a、b、c和d均为常数，T为绝对温度。03当?的单位为mm2/s时，a=0.6~0.75，b=1，d=10，在ASTM坐标纸上，采用双对数的纵坐标和单对数的横坐标，上式为一直线，如图2.5所示。其方程为其优点是只需测定两个温度下的粘度值以决定待定常数A和B，然后根据直线即可确定其它温度下的粘度。ASTM线图示意图对于通常的矿物油，采用ASTM线图十分有效，还可将直线的倾角用作评定润滑油粘-温特性的指标。用粘度指数（VI值）来表示各种润滑油粘度随温度的变化程度，是一种应用普遍的经验方法。它的表达式为先测量出待测油在210?F（?85?C）时的运动粘度值，然后据此选出在210?F具有同样粘度且粘度指数分别为0和100的标准油。式中，L和H是这两种标准油在100?F（?38?C）时的运动粘度。U是该待测油在100?F时的运动粘度。然后用式（2.15）计算得到该润滑油的粘度指数值。在表2.4中给出了几种润滑油的粘度指数。粘温指数高的润滑油表示它的粘度随温度的变化小，因而粘温性能好。2.3.3粘度与压力的关系当液体或气体所受的压力增加时，分子之间的距离减小而分子间的引力增大，因而粘度增加。通常，当矿物油所受压力超过0.02GPa时，粘度随压力的变化就十分显著。随着压力的增加粘度的变化率也增加，当压力增到几个GPa时，粘度升高几个量级。当压力更高时，矿物油丧失液体性质而变成蜡状固体