機(jī)械設(shè)計(jì) 華南理工大學(xué)

1、華南理工大學(xué)華南理工大學(xué) 第第1010章章 摩擦學(xué)設(shè)計(jì)方法摩擦學(xué)設(shè)計(jì)方法 10.2 10.2 摩擦摩擦 10.3 10.3 磨損磨損 10.4 10.4 潤(rùn)滑潤(rùn)滑 10.1 10.1 摩擦狀態(tài)摩擦狀態(tài) 10.1 摩擦狀態(tài)摩擦狀態(tài) 10.1.1 摩擦狀態(tài)分類與特性摩擦狀態(tài)分類與特性 摩擦狀態(tài)大致可以分為：摩擦狀態(tài)大致可以分為：（1）流體動(dòng)壓潤(rùn)滑；（）流體動(dòng)壓潤(rùn)滑；（2） 流體靜壓潤(rùn)滑（簡(jiǎn)稱彈流潤(rùn)滑）；（流體靜壓潤(rùn)滑（簡(jiǎn)稱彈流潤(rùn)滑）；（3）彈性流體動(dòng)壓潤(rùn)）彈性流體動(dòng)壓潤(rùn) 滑；（滑；（4）薄膜潤(rùn)；（）薄膜潤(rùn)；（5）邊界潤(rùn)滑；（）邊界潤(rùn)滑；（6）干摩擦狀態(tài)等）干摩擦狀態(tài)等 幾種基本類型，如圖幾種基本類

2、型，如圖 10.1 所示。所示。 （a）干摩擦）干摩擦 v （b）邊界潤(rùn)滑）邊界潤(rùn)滑 v （c）混合潤(rùn)滑）混合潤(rùn)滑 v v （d）薄膜潤(rùn)滑）薄膜潤(rùn)滑 彈性變形彈性變形 v （e）彈流潤(rùn)滑）彈流潤(rùn)滑（f）流體潤(rùn)滑）流體潤(rùn)滑 v 圖圖10.1 摩擦狀態(tài)摩擦狀態(tài) 摩擦狀態(tài)摩擦狀態(tài)典型膜厚典型膜厚潤(rùn)滑膜形成方式潤(rùn)滑膜形成方式應(yīng)用應(yīng)用 干摩擦干摩擦110 nm表面氧化膜、氣體吸附表面氧化膜、氣體吸附 膜等膜等 無(wú)潤(rùn)滑或自潤(rùn)滑的摩擦無(wú)潤(rùn)滑或自潤(rùn)滑的摩擦 副副 邊界潤(rùn)滑邊界潤(rùn)滑150 nm潤(rùn)滑油分子與金屬表面潤(rùn)滑油分子與金屬表面 產(chǎn)生物理或化學(xué)作用而產(chǎn)生物理或化學(xué)作用而 形成潤(rùn)滑膜形成潤(rùn)滑膜 低速重載條件下

3、的高精低速重載條件下的高精 度摩擦副度摩擦副 薄膜潤(rùn)滑薄膜潤(rùn)滑10100 nm與流體動(dòng)壓潤(rùn)滑相同與流體動(dòng)壓潤(rùn)滑相同低速下的點(diǎn)線接觸、高低速下的點(diǎn)線接觸、高 精度摩擦副，如精密滾精度摩擦副，如精密滾 動(dòng)軸承等動(dòng)軸承等 彈性流體動(dòng)壓彈性流體動(dòng)壓 潤(rùn)滑潤(rùn)滑 0.11 m與流體動(dòng)壓潤(rùn)滑相同與流體動(dòng)壓潤(rùn)滑相同中高速下點(diǎn)線接觸摩擦中高速下點(diǎn)線接觸摩擦 副，如齒輪、滾動(dòng)軸承副，如齒輪、滾動(dòng)軸承 等等 流體動(dòng)壓潤(rùn)滑流體動(dòng)壓潤(rùn)滑1100 m由摩擦表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)由摩擦表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 所產(chǎn)生的動(dòng)壓效應(yīng)形成所產(chǎn)生的動(dòng)壓效應(yīng)形成 流體潤(rùn)滑膜流體潤(rùn)滑膜 中高速下的面接觸摩擦中高速下的面接觸摩擦 副，如滑動(dòng)軸承副，如滑動(dòng)軸

4、承 液體靜壓潤(rùn)滑液體靜壓潤(rùn)滑1100 m通過(guò)外部壓力將流體送通過(guò)外部壓力將流體送 到摩擦表面之間，強(qiáng)制到摩擦表面之間，強(qiáng)制 形成潤(rùn)滑膜形成潤(rùn)滑膜 低速或無(wú)速度下的面接低速或無(wú)速度下的面接 觸摩擦副，如滑動(dòng)軸承、觸摩擦副，如滑動(dòng)軸承、 導(dǎo)軌等導(dǎo)軌等 表表 10.1 各種摩擦狀態(tài)的基本特征各種摩擦狀態(tài)的基本特征 1干摩擦干摩擦 干摩擦是指表面間無(wú)任何潤(rùn)干摩擦是指表面間無(wú)任何潤(rùn) 滑劑或保護(hù)膜的純金屬接觸時(shí)的滑劑或保護(hù)膜的純金屬接觸時(shí)的 摩擦。在工程實(shí)際中，并不存在摩擦。在工程實(shí)際中，并不存在 真正的干摩擦，因?yàn)槿魏瘟慵恼嬲母赡Σ?，因?yàn)槿魏瘟慵?表面不僅會(huì)因氧化而形成氧化膜，表面不僅會(huì)因氧化而形

5、成氧化膜， 而且多少也會(huì)被潤(rùn)滑油所濕潤(rùn)或而且多少也會(huì)被潤(rùn)滑油所濕潤(rùn)或 受到受到“油污油污”。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，。在機(jī)械設(shè)計(jì)中， 通常都把這種未經(jīng)人為潤(rùn)滑的摩通常都把這種未經(jīng)人為潤(rùn)滑的摩 擦狀態(tài)當(dāng)作擦狀態(tài)當(dāng)作“干干”摩擦處理（圖摩擦處理（圖 10.l a）。）。 （a）干摩擦）干摩擦 v 2邊界摩擦邊界摩擦 邊界摩擦又稱為邊界潤(rùn)滑。邊界摩擦又稱為邊界潤(rùn)滑。 當(dāng)運(yùn)動(dòng)副的摩擦表面被吸附在表當(dāng)運(yùn)動(dòng)副的摩擦表面被吸附在表 面的邊界膜隔開，摩擦性質(zhì)取決面的邊界膜隔開，摩擦性質(zhì)取決 于邊界膜和表面的吸附性能時(shí)的于邊界膜和表面的吸附性能時(shí)的 摩擦稱為邊界摩擦（圖摩擦稱為邊界摩擦（圖 10.1 b）。）。 潤(rùn)滑油中

6、的脂肪酸是一種極性化潤(rùn)滑油中的脂肪酸是一種極性化 合物，它的極性分子能牢固地吸合物，它的極性分子能牢固地吸 附在金屬表面上。吸附在金屬表附在金屬表面上。吸附在金屬表 面上的分子膜，稱為邊界膜。面上的分子膜，稱為邊界膜。 （b）邊界潤(rùn)滑）邊界潤(rùn)滑 v 按邊界膜形成機(jī)理，邊界膜分為吸附膜（物理吸附膜按邊界膜形成機(jī)理，邊界膜分為吸附膜（物理吸附膜 及化學(xué)吸附膜）和反應(yīng)膜。潤(rùn)滑劑中脂肪酸的極性分子牢及化學(xué)吸附膜）和反應(yīng)膜。潤(rùn)滑劑中脂肪酸的極性分子牢 固地吸附在金屬表面上，就形成物理吸附膜；潤(rùn)滑劑中分固地吸附在金屬表面上，就形成物理吸附膜；潤(rùn)滑劑中分 子受化學(xué)鍵力作用而貼附在金屬表面上所形成的吸附膜則子

7、受化學(xué)鍵力作用而貼附在金屬表面上所形成的吸附膜則 稱為化學(xué)吸附膜。吸附膜的吸附強(qiáng)度隨溫度升高而下降，稱為化學(xué)吸附膜。吸附膜的吸附強(qiáng)度隨溫度升高而下降， 達(dá)到一定溫度后，吸附膜發(fā)生軟化、失向和脫吸現(xiàn)象，從達(dá)到一定溫度后，吸附膜發(fā)生軟化、失向和脫吸現(xiàn)象，從 而使?jié)櫥饔媒档?，磨損率和摩擦系數(shù)都將迅速增加。而使?jié)櫥饔媒档?，磨損率和摩擦系數(shù)都將迅速增加。 合理選擇摩擦副材料和潤(rùn)滑劑，降低表面粗糙度值，合理選擇摩擦副材料和潤(rùn)滑劑，降低表面粗糙度值， 在潤(rùn)滑劑中加入適量的油性添加劑和極壓添加劑，都能提在潤(rùn)滑劑中加入適量的油性添加劑和極壓添加劑，都能提 高邊界膜強(qiáng)度。高邊界膜強(qiáng)度。 3混合摩擦混合摩擦 2

8、1 min aa RR h （10.1） 當(dāng)摩擦狀態(tài)處于邊界摩擦及流當(dāng)摩擦狀態(tài)處于邊界摩擦及流 體摩擦的混合狀態(tài)時(shí)稱為混合摩擦體摩擦的混合狀態(tài)時(shí)稱為混合摩擦 （圖（圖10.1c）?；旌夏Σ烈卜Q為混合）?；旌夏Σ烈卜Q為混合 潤(rùn)滑。混合潤(rùn)滑及流體潤(rùn)滑可以用潤(rùn)滑。混合潤(rùn)滑及流體潤(rùn)滑可以用 膜厚比膜厚比 來(lái)大致估計(jì)。來(lái)大致估計(jì)。 （c）混合潤(rùn)滑）混合潤(rùn)滑 v 式中：式中： hmin 兩滑動(dòng)粗糙表面間的最小公稱油膜厚度；兩滑動(dòng)粗糙表面間的最小公稱油膜厚度； Ra1、Ra2 兩表面輪廓算術(shù)平均偏差。兩表面輪廓算術(shù)平均偏差。 當(dāng)膜厚比當(dāng)膜厚比1 時(shí)，為邊界摩擦（潤(rùn)滑）狀態(tài)；當(dāng)時(shí)，為邊界摩擦（潤(rùn)滑）狀態(tài)；當(dāng)

9、13 時(shí)，為混合摩擦（潤(rùn)滑）狀態(tài)；當(dāng)時(shí)，為混合摩擦（潤(rùn)滑）狀態(tài)；當(dāng)3 時(shí)，為流體時(shí)，為流體 摩擦（潤(rùn)滑）狀態(tài)。當(dāng)摩擦表面間處于邊界摩擦與流體摩摩擦（潤(rùn)滑）狀態(tài)。當(dāng)摩擦表面間處于邊界摩擦與流體摩 擦的混合狀態(tài)時(shí)（膜厚比擦的混合狀態(tài)時(shí)（膜厚比 = 13），稱為混合摩擦?；欤?，稱為混合摩擦?；?合摩擦?xí)r，如流體潤(rùn)滑膜的厚度增大，表面輪廓峰直接接合摩擦?xí)r，如流體潤(rùn)滑膜的厚度增大，表面輪廓峰直接接 觸的數(shù)量就要減小，潤(rùn)滑膜的承載比例也隨之增加。所以觸的數(shù)量就要減小，潤(rùn)滑膜的承載比例也隨之增加。所以 在一定條件下，混合摩擦能有效地降低摩擦阻力，其摩擦在一定條件下，混合摩擦能有效地降低摩擦阻力，其摩擦 系數(shù)

10、要比邊界摩擦?xí)r小得多。但因表面間仍有輪廓峰的直系數(shù)要比邊界摩擦?xí)r小得多。但因表面間仍有輪廓峰的直 接接觸，所以不可避免地仍有磨損存在。接接觸，所以不可避免地仍有磨損存在。 4流體摩擦流體摩擦 當(dāng)運(yùn)動(dòng)副的摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于當(dāng)運(yùn)動(dòng)副的摩擦表面被流體膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于 流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦稱為流體內(nèi)部分子間粘性阻力的摩擦稱為流體摩擦流體摩擦，或稱為，或稱為流流 體潤(rùn)滑體潤(rùn)滑。當(dāng)摩擦面間的潤(rùn)滑膜厚度大到足以將兩個(gè)表面的。當(dāng)摩擦面間的潤(rùn)滑膜厚度大到足以將兩個(gè)表面的 輪廓峰完全隔開（即輪廓峰完全隔開（即 5）時(shí)，即形成了）時(shí)，即形成了完全的流體摩完全的流體摩 擦擦。這時(shí)潤(rùn)滑劑

11、中的分子已大都不受金屬表面吸附作用的。這時(shí)潤(rùn)滑劑中的分子已大都不受金屬表面吸附作用的 支配而自由移動(dòng)，摩擦是在流體內(nèi)部的分子之間進(jìn)行，所支配而自由移動(dòng)，摩擦是在流體內(nèi)部的分子之間進(jìn)行，所 以摩擦系數(shù)極小（油潤(rùn)滑時(shí)約為以摩擦系數(shù)極?。ㄓ蜐?rùn)滑時(shí)約為 0.0010.008），而且不），而且不 會(huì)有磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。會(huì)有磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。 v （d）薄膜潤(rùn)滑）薄膜潤(rùn)滑 彈性變形彈性變形 v （e）彈流潤(rùn)滑）彈流潤(rùn)滑（f）流體潤(rùn)滑）流體潤(rùn)滑 v 即使是完全流體潤(rùn)滑狀態(tài)也可以根據(jù)潤(rùn)滑膜的厚薄和即使是完全流體潤(rùn)滑狀態(tài)也可以根據(jù)潤(rùn)滑膜的厚薄和 摩擦副的變形與否分成薄膜潤(rùn)滑（圖摩擦副的變形與

12、否分成薄膜潤(rùn)滑（圖 10.1d）、彈流潤(rùn)滑）、彈流潤(rùn)滑 （圖（圖 10.1e）和流體潤(rùn)滑（圖）和流體潤(rùn)滑（圖10.1f）。薄膜潤(rùn)滑是表面非）。薄膜潤(rùn)滑是表面非 常光潔的零件在低速條件下形成的潤(rùn)滑膜。彈流潤(rùn)滑是點(diǎn)、常光潔的零件在低速條件下形成的潤(rùn)滑膜。彈流潤(rùn)滑是點(diǎn)、 線接觸的零件由于表面接觸壓力很高而發(fā)生彈性變形所導(dǎo)線接觸的零件由于表面接觸壓力很高而發(fā)生彈性變形所導(dǎo) 致的。流體潤(rùn)滑可以是動(dòng)壓流體潤(rùn)滑，也可以是靜壓流體致的。流體潤(rùn)滑可以是動(dòng)壓流體潤(rùn)滑，也可以是靜壓流體 潤(rùn)滑。潤(rùn)滑。 10.1.2 摩擦狀態(tài)的判斷與轉(zhuǎn)化摩擦狀態(tài)的判斷與轉(zhuǎn)化 各種潤(rùn)滑狀態(tài)所形成的潤(rùn)滑膜厚度不同，但是單純由各種潤(rùn)滑狀態(tài)所

13、形成的潤(rùn)滑膜厚度不同，但是單純由 潤(rùn)滑膜的厚度還不能準(zhǔn)確地判斷潤(rùn)滑狀態(tài)，尚須與表面粗潤(rùn)滑膜的厚度還不能準(zhǔn)確地判斷潤(rùn)滑狀態(tài)，尚須與表面粗 糙度進(jìn)行對(duì)比。圖糙度進(jìn)行對(duì)比。圖 10.2 列出潤(rùn)滑膜厚度與粗糙度的數(shù)量列出潤(rùn)滑膜厚度與粗糙度的數(shù)量 級(jí)。只有當(dāng)潤(rùn)滑膜厚度足以超過(guò)兩表面的粗糙峰高度時(shí)，級(jí)。只有當(dāng)潤(rùn)滑膜厚度足以超過(guò)兩表面的粗糙峰高度時(shí)， 才有可能完全避免峰點(diǎn)接觸而實(shí)現(xiàn)全膜流體潤(rùn)滑。對(duì)于實(shí)才有可能完全避免峰點(diǎn)接觸而實(shí)現(xiàn)全膜流體潤(rùn)滑。對(duì)于實(shí) 際機(jī)械中的摩擦副，通常幾種潤(rùn)滑狀態(tài)會(huì)同時(shí)存在，統(tǒng)稱際機(jī)械中的摩擦副，通常幾種潤(rùn)滑狀態(tài)會(huì)同時(shí)存在，統(tǒng)稱 為混合潤(rùn)滑狀態(tài)。為混合潤(rùn)滑狀態(tài)。 10 3 10 2 1

14、0 1 1 10 102 厚度厚度/ m 圖圖 10.2 潤(rùn)滑膜厚度與粗糙度高度潤(rùn)滑膜厚度與粗糙度高度 單分子吸附層單分子吸附層 邊界膜邊界膜 流體潤(rùn)滑流體潤(rùn)滑 膜膜 研磨表面均方根值研磨表面均方根值 粗加工表面均方根粗加工表面均方根 值值 彈流膜彈流膜 根據(jù)潤(rùn)滑膜厚度鑒別潤(rùn)滑狀態(tài)的辦法雖然是可靠的，根據(jù)潤(rùn)滑膜厚度鑒別潤(rùn)滑狀態(tài)的辦法雖然是可靠的， 但由于測(cè)量上的困難，往往不便采用。另外，也可以用摩但由于測(cè)量上的困難，往往不便采用。另外，也可以用摩 擦系數(shù)值作為判斷各種潤(rùn)滑狀態(tài)的依據(jù)。圖擦系數(shù)值作為判斷各種潤(rùn)滑狀態(tài)的依據(jù)。圖 10.3 10.3 為摩為摩 擦系數(shù)的典型數(shù)值。擦系數(shù)的典型數(shù)值。 純

15、凈金屬純凈金屬氧化膜氧化膜邊界潤(rùn)滑邊界潤(rùn)滑邊界潤(rùn)滑邊界潤(rùn)滑 和流體潤(rùn)滑和流體潤(rùn)滑 流體潤(rùn)滑流體潤(rùn)滑 干摩擦狀態(tài)干摩擦狀態(tài) 圖圖10.3 摩擦系數(shù)的典型值摩擦系數(shù)的典型值 0.005 0.01 0.05 0.1 0.5 1 5 10 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) 隨著工況參數(shù)的改變可能導(dǎo)致潤(rùn)滑狀態(tài)的轉(zhuǎn)化。圖隨著工況參數(shù)的改變可能導(dǎo)致潤(rùn)滑狀態(tài)的轉(zhuǎn)化。圖 10.4 是典型的是典型的 S t r i b e c k 曲線，它表示潤(rùn)滑狀態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)曲線，它表示潤(rùn)滑狀態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò) 程以及摩擦系數(shù)隨潤(rùn)滑油粘度程以及摩擦系數(shù)隨潤(rùn)滑油粘度 、滑動(dòng)速度、滑動(dòng)速度 v 和軸承單位和軸承單位 面積載荷面積載荷 p 變化的規(guī)律。變化的規(guī)律

16、。 混合混合 潤(rùn)滑潤(rùn)滑 邊界潤(rùn)滑邊界潤(rùn)滑流體潤(rùn)滑流體潤(rùn)滑 10 1 10 2 10 9 10 8 10 7 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) 軸承特性數(shù)軸承特性數(shù) p 圖圖 10.4 S t r i b e c k 曲線曲線 潤(rùn)滑就是將潤(rùn)滑劑導(dǎo)入兩摩擦表面，將兩摩擦表面部潤(rùn)滑就是將潤(rùn)滑劑導(dǎo)入兩摩擦表面，將兩摩擦表面部 分或全部隔開分或全部隔開。這樣，摩擦主要發(fā)生在潤(rùn)滑劑內(nèi)部，從而。這樣，摩擦主要發(fā)生在潤(rùn)滑劑內(nèi)部，從而 可以大大降低摩擦和減少磨損。根據(jù)摩擦面間油膜形成的可以大大降低摩擦和減少磨損。根據(jù)摩擦面間油膜形成的 原理，可把流體潤(rùn)滑分為原理，可把流體潤(rùn)滑分為 流體動(dòng)力潤(rùn)滑流體動(dòng)力潤(rùn)滑 及及 流體靜力潤(rùn)滑流

17、體靜力潤(rùn)滑。 流體動(dòng)力潤(rùn)滑是利用摩擦面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而自動(dòng)形成承載流體動(dòng)力潤(rùn)滑是利用摩擦面間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而自動(dòng)形成承載 油膜的潤(rùn)滑，如滑動(dòng)軸承的軸頸與軸承表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。油膜的潤(rùn)滑，如滑動(dòng)軸承的軸頸與軸承表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 流體靜力潤(rùn)滑則是從外部將加壓的油送入摩擦面間，強(qiáng)迫流體靜力潤(rùn)滑則是從外部將加壓的油送入摩擦面間，強(qiáng)迫 形成承載油膜的潤(rùn)滑，如精密車床導(dǎo)軌的懸浮。形成承載油膜的潤(rùn)滑，如精密車床導(dǎo)軌的懸浮。 10.4 潤(rùn)潤(rùn) 滑滑 當(dāng)兩個(gè)共軛曲面體作相對(duì)滾動(dòng)或滾一滑運(yùn)動(dòng)時(shí)（滾動(dòng)當(dāng)兩個(gè)共軛曲面體作相對(duì)滾動(dòng)或滾一滑運(yùn)動(dòng)時(shí)（滾動(dòng) 軸承中的滾動(dòng)體與套圈相接觸，一對(duì)齒輪的兩個(gè)輪齒相嚙軸承中的滾動(dòng)體與套圈相接觸，

18、一對(duì)齒輪的兩個(gè)輪齒相嚙 合等），若條件合適，也能在接觸處形成承載油膜。這時(shí)合等），若條件合適，也能在接觸處形成承載油膜。這時(shí) 不但接觸處的彈性變形和油膜厚度都同樣不容忽視，而且不但接觸處的彈性變形和油膜厚度都同樣不容忽視，而且 它們還彼此影啊，互為因果，因而把這種潤(rùn)滑稱為它們還彼此影啊，互為因果，因而把這種潤(rùn)滑稱為彈性流彈性流 體動(dòng)力潤(rùn)滑體動(dòng)力潤(rùn)滑。當(dāng)潤(rùn)滑劑不足以把兩摩擦表面完全隔開時(shí)，。當(dāng)潤(rùn)滑劑不足以把兩摩擦表面完全隔開時(shí)， 仍然可以起到一定的減摩和耐磨作用，這時(shí)的潤(rùn)滑是混合仍然可以起到一定的減摩和耐磨作用，這時(shí)的潤(rùn)滑是混合 潤(rùn)滑或邊界潤(rùn)滑狀態(tài)。下面主要對(duì)流體動(dòng)力潤(rùn)滑、彈流潤(rùn)潤(rùn)滑或邊界潤(rùn)滑狀

19、態(tài)。下面主要對(duì)流體動(dòng)力潤(rùn)滑、彈流潤(rùn) 滑和流體靜力潤(rùn)滑的基本理論進(jìn)行介紹，有關(guān)其他潤(rùn)滑機(jī)滑和流體靜力潤(rùn)滑的基本理論進(jìn)行介紹，有關(guān)其他潤(rùn)滑機(jī) 理可查閱有關(guān)參考文獻(xiàn)。理可查閱有關(guān)參考文獻(xiàn)。 10.4.1 流體動(dòng)力潤(rùn)滑流體動(dòng)力潤(rùn)滑 1潤(rùn)滑油粘度定義潤(rùn)滑油粘度定義 流體流動(dòng)時(shí)，由于流體與固體表面的附著力和流體流體流動(dòng)時(shí)，由于流體與固體表面的附著力和流體 內(nèi)部分子間的作用，將不斷產(chǎn)生剪切變形，而流體的粘內(nèi)部分子間的作用，將不斷產(chǎn)生剪切變形，而流體的粘 滯性就是流體抵抗剪切變形的能力。粘度是流體粘滯性滯性就是流體抵抗剪切變形的能力。粘度是流體粘滯性 的度量，用以描述流動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦。的度量，用以描述流動(dòng)時(shí)的內(nèi)

20、摩擦。 （1）動(dòng)力粘度）動(dòng)力粘度 圖圖 10.11 牛頓流體流動(dòng)模牛頓流體流動(dòng)模 型型 A x B y O u u = v u = 0 在厚度為在厚度為 h 的流體表的流體表 面上有一塊面積為面上有一塊面積為 A 的平的平 板，在板，在 F 力的作用下以速力的作用下以速 度度 V 運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，由于粘運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，由于粘 性流體的內(nèi)摩擦力將運(yùn)動(dòng)性流體的內(nèi)摩擦力將運(yùn)動(dòng) 依次傳遞到各層流體。由依次傳遞到各層流體。由 于流體的粘滯性，在相互于流體的粘滯性，在相互 滑動(dòng)的各層之間將產(chǎn)生剪滑動(dòng)的各層之間將產(chǎn)生剪 應(yīng)力即流體的內(nèi)摩擦力，由它應(yīng)力即流體的內(nèi)摩擦力，由它 們將運(yùn)動(dòng)傳遞到各相鄰的流體層，使流動(dòng)較快的

21、層減速，們將運(yùn)動(dòng)傳遞到各相鄰的流體層，使流動(dòng)較快的層減速， 而流動(dòng)較慢的層加速，形成按一定規(guī)律變化的流速分布。而流動(dòng)較慢的層加速，形成按一定規(guī)律變化的流速分布。 當(dāng)當(dāng) A、B 表面平行時(shí)，各層流速表面平行時(shí)，各層流速 v 將按直線分布。將按直線分布。 Newton 提出了粘滯剪應(yīng)力與剪應(yīng)變率成正比的假設(shè)，提出了粘滯剪應(yīng)力與剪應(yīng)變率成正比的假設(shè)， 稱為牛頓粘性定律，即稱為牛頓粘性定律，即: 式中，式中， 剪應(yīng)力，即單位面積上的摩擦力，剪應(yīng)力，即單位面積上的摩擦力， = F/A； 剪應(yīng)變率，即剪應(yīng)變隨時(shí)間的變化率。剪應(yīng)變率，即剪應(yīng)變隨時(shí)間的變化率。 （10.13） 牛頓粘性定律可再寫成牛頓粘性定律

22、可再寫成 式中，式中， 流體的動(dòng)力粘度。流體的動(dòng)力粘度。 粘度是剪應(yīng)力與單位速度梯度之比，在國(guó)際單位制粘度是剪應(yīng)力與單位速度梯度之比，在國(guó)際單位制 （SI）中，它的單位為）中，它的單位為 Ns/m2 或?qū)懽骰驅(qū)懽?P a s，如圖，如圖 10.12。 但在工程應(yīng)用中常采用但在工程應(yīng)用中常采用CGS制，動(dòng)力粘度的單位用制，動(dòng)力粘度的單位用 Poise， 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱泊（泊（P），或泊的百分之一即或泊的百分之一即厘泊（厘泊（c P）。 1 P = 1 dynes/cm2 = 0.1 Ns/m2 = 0.1 Pas （10.14） dy dv v = 1m/s F t = 1N 1 m 圖圖10.12

23、粘度定義粘度定義 1 m 1 m 粘度是剪應(yīng)力與單位粘度是剪應(yīng)力與單位 速度梯度之比，在國(guó)速度梯度之比，在國(guó) 際單位制（際單位制（SI）中，）中， 它的單位為它的單位為 Ns/m2 或?qū)懽骰驅(qū)懽?Pa s，如圖，如圖 10.12。 1 Reyn = 1 lbfs/in2 = 1.45 10-5 P 采用英制單位時(shí)，動(dòng)力粘度的單位用雷恩（采用英制單位時(shí)，動(dòng)力粘度的單位用雷恩（R e y n）。）。 凡是服從牛頓粘性定律的流體統(tǒng)稱為牛頓流體，而不凡是服從牛頓粘性定律的流體統(tǒng)稱為牛頓流體，而不 符合牛頓定律的流體為非牛頓流體，或稱具有非牛頓性質(zhì)。符合牛頓定律的流體為非牛頓流體，或稱具有非牛頓性質(zhì)。

24、實(shí)踐證明：在一般工況條件下的大多數(shù)潤(rùn)滑油特別是礦物實(shí)踐證明：在一般工況條件下的大多數(shù)潤(rùn)滑油特別是礦物 油均屬于牛頓流體性質(zhì)。油均屬于牛頓流體性質(zhì)。 各種不同流體的動(dòng)力粘度數(shù)值范圍很寬?？諝獾膭?dòng)力各種不同流體的動(dòng)力粘度數(shù)值范圍很寬?？諝獾膭?dòng)力 粘度為粘度為 0.02 mPas，而水的粘度為，而水的粘度為 1 mPas。潤(rùn)滑油的粘。潤(rùn)滑油的粘 度范圍為度范圍為 2 mPas 400 mPas，熔化的瀝青可達(dá)，熔化的瀝青可達(dá) 700 mPas。 （2）運(yùn)動(dòng)粘度）運(yùn)動(dòng)粘度 在工程中，常常將流體的動(dòng)力粘度在工程中，常常將流體的動(dòng)力粘度 與其密度與其密度 的的 比值作為流體的粘度，這一粘度稱為運(yùn)動(dòng)粘度，常

25、用比值作為流體的粘度，這一粘度稱為運(yùn)動(dòng)粘度，常用 表表 示。運(yùn)動(dòng)粘度的表達(dá)式為：示。運(yùn)動(dòng)粘度的表達(dá)式為： （8.15） 運(yùn)動(dòng)粘度在國(guó)際單位制中的單位用運(yùn)動(dòng)粘度在國(guó)際單位制中的單位用 m2/s。在。在 CGS 單單 位制中，運(yùn)動(dòng)粘度的單位為位制中，運(yùn)動(dòng)粘度的單位為 Stoke，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱 St（斯）（斯），1 St = 102 mm2/s = 10-4 m2/s。實(shí)際上常用。實(shí)際上常用 St 的百分之一即的百分之一即 cSt 作為單位，稱為作為單位，稱為厘斯厘斯，因而，因而1 c St = 1 mm2/s。 通常潤(rùn)滑油的密度通常潤(rùn)滑油的密度 = 0.7 g/cm3 1.2 g/cm3，而礦物，而

26、礦物 油密度的典型值為油密度的典型值為 0.85 g/cm3，因此運(yùn)動(dòng)粘度與動(dòng)力粘度，因此運(yùn)動(dòng)粘度與動(dòng)力粘度 的近似換算式可采用的近似換算式可采用 1 (cP) = 0.85 1 (cSt) 常用的潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)粘度在附表常用的潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)粘度在附表 2.1 中給出。中給出。 （3）粘度與溫度的關(guān)系）粘度與溫度的關(guān)系 粘度隨溫度的變化是潤(rùn)滑劑的一個(gè)十分重要的特性。粘度隨溫度的變化是潤(rùn)滑劑的一個(gè)十分重要的特性。 通常，潤(rùn)滑油的粘度越高，其對(duì)溫度的變化就越敏感。從通常，潤(rùn)滑油的粘度越高，其對(duì)溫度的變化就越敏感。從 分子學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看：當(dāng)溫度升高時(shí)，流體分子運(yùn)動(dòng)的平均分子學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看：當(dāng)溫度升高時(shí)，流體

27、分子運(yùn)動(dòng)的平均 速度增大，而分子間的距離也增加。這樣就使得分子的動(dòng)速度增大，而分子間的距離也增加。這樣就使得分子的動(dòng) 量增加，而分子間的作用力減小量增加，而分子間的作用力減小 液體的粘度隨溫度的升高而急劇下降，嚴(yán)重影響它們液體的粘度隨溫度的升高而急劇下降，嚴(yán)重影響它們 的潤(rùn)滑作用。為了確定摩擦副在實(shí)際工況條件下的潤(rùn)滑性的潤(rùn)滑作用。為了確定摩擦副在實(shí)際工況條件下的潤(rùn)滑性 能，必須根據(jù)潤(rùn)滑劑在工作溫度下的粘度進(jìn)行分析。能，必須根據(jù)潤(rùn)滑劑在工作溫度下的粘度進(jìn)行分析。 對(duì)于潤(rùn)滑劑的粘度溫度特性已作了大量的研究，并提對(duì)于潤(rùn)滑劑的粘度溫度特性已作了大量的研究，并提 出了許多關(guān)系式，其中有的公式是根據(jù)對(duì)液體

28、流動(dòng)模型的出了許多關(guān)系式，其中有的公式是根據(jù)對(duì)液體流動(dòng)模型的 分析得出的，而有的公式則完全是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)，因而，分析得出的，而有的公式則完全是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)，因而， 各種公式都存在著應(yīng)用上的局限性。各種公式都存在著應(yīng)用上的局限性。 粘溫方程粘溫方程 常用的粘度與溫度的關(guān)系式是常用的粘度與溫度的關(guān)系式是 Reynolds 粘溫方程，它可以寫成：粘溫方程，它可以寫成： )( 0 0 TT e （10.16） 式中，式中， 0 溫度為溫度為 T0 時(shí)的粘度；時(shí)的粘度； 溫度為溫度為 T 時(shí)的粘度；時(shí)的粘度； 溫粘系數(shù)，可近似取作溫粘系數(shù)，可近似取作 0.03 1/ C。 100 HL UL VI（

29、10.17） 粘度指數(shù)粘度指數(shù)VI 用粘度指數(shù)（用粘度指數(shù)（VI 值）來(lái)表示各種潤(rùn)值）來(lái)表示各種潤(rùn) 滑油粘度隨溫度的變化程度，是一種應(yīng)用普遍的經(jīng)驗(yàn)方法?；驼扯入S溫度的變化程度，是一種應(yīng)用普遍的經(jīng)驗(yàn)方法。 它的表達(dá)式為：它的表達(dá)式為： 先測(cè)量出待測(cè)油在先測(cè)量出待測(cè)油在 210 F（ 85 C）的運(yùn)動(dòng)粘度值，）的運(yùn)動(dòng)粘度值， 然后據(jù)此選出在然后據(jù)此選出在 210 F 具有同樣粘度且粘度指數(shù)分別為具有同樣粘度且粘度指數(shù)分別為 0 和和 100 的標(biāo)準(zhǔn)油。式中的的標(biāo)準(zhǔn)油。式中的 L 和和 H 是這兩種標(biāo)準(zhǔn)油在是這兩種標(biāo)準(zhǔn)油在 100 F（ 38 C）時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度。）時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度。U 是該待測(cè)油在是該

30、待測(cè)油在 100 F 時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度。然后用式（時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度。然后用式（10.17）計(jì)算得到該潤(rùn)滑油的）計(jì)算得到該潤(rùn)滑油的 粘度指數(shù)值。在附表粘度指數(shù)值。在附表 2.2 中給出了幾種潤(rùn)滑油的粘度指數(shù)。中給出了幾種潤(rùn)滑油的粘度指數(shù)。 粘溫指數(shù)高的潤(rùn)滑油表示它的粘度隨溫度的變化小，因而粘溫指數(shù)高的潤(rùn)滑油表示它的粘度隨溫度的變化小，因而 粘溫性能好。粘溫性能好。 粘溫曲線粘溫曲線 Reynolds 粘溫方程在數(shù)值計(jì)算中使用粘溫方程在數(shù)值計(jì)算中使用 起來(lái)較方便，但有時(shí)更準(zhǔn)確的描述粘溫關(guān)系應(yīng)當(dāng)使用其他起來(lái)較方便，但有時(shí)更準(zhǔn)確的描述粘溫關(guān)系應(yīng)當(dāng)使用其他 的方程、粘度指數(shù)或曲線圖等。附圖的方程、粘度指數(shù)或曲線

31、圖等。附圖 2.1 給出了幾種常用給出了幾種常用 牌號(hào)的潤(rùn)滑油的粘溫曲線。牌號(hào)的潤(rùn)滑油的粘溫曲線。 （4）粘度與壓力的關(guān)系）粘度與壓力的關(guān)系 當(dāng)液體或氣體所受的壓力增加時(shí)，分子之間的距離減當(dāng)液體或氣體所受的壓力增加時(shí)，分子之間的距離減 小而分子間的引力增大，因而粘度增加。通常，當(dāng)?shù)V物油小而分子間的引力增大，因而粘度增加。通常，當(dāng)?shù)V物油 所受壓力超過(guò)所受壓力超過(guò) 0.02 G Pa 時(shí)，粘度隨壓力的變化就十分顯時(shí)，粘度隨壓力的變化就十分顯 著。隨著壓力的增加粘度的變化率也增加，當(dāng)壓力增到幾著。隨著壓力的增加粘度的變化率也增加，當(dāng)壓力增到幾 個(gè)個(gè) G Pa 時(shí)，粘度升高幾個(gè)量級(jí)。當(dāng)壓力更高時(shí)，礦物

32、油時(shí)，粘度升高幾個(gè)量級(jí)。當(dāng)壓力更高時(shí)，礦物油 喪失液體性質(zhì)而變成蠟狀固體。喪失液體性質(zhì)而變成蠟狀固體。由此可知：由此可知：對(duì)于重載荷流對(duì)于重載荷流 體動(dòng)壓潤(rùn)滑，特別是彈性流體動(dòng)壓潤(rùn)滑狀態(tài)，粘壓特性是體動(dòng)壓潤(rùn)滑，特別是彈性流體動(dòng)壓潤(rùn)滑狀態(tài)，粘壓特性是 非常重要的問(wèn)題。非常重要的問(wèn)題。 常用的描述粘度和壓力之間變化規(guī)律的常用的描述粘度和壓力之間變化規(guī)律的 Barus 粘壓方粘壓方 程是：程是： p e 0 （10.18） 式中，式中， 壓力壓力 p 時(shí)的粘度，時(shí)的粘度， 0 大氣壓下的粘度；大氣壓下的粘度； 粘壓系數(shù)，可取粘壓系數(shù)，可取 2.2 10-8 m2/N。 當(dāng)壓力大于當(dāng)壓力大于 1 GP

33、a后，后，Barus 粘壓方程計(jì)算的粘度值粘壓方程計(jì)算的粘度值 過(guò)大，不再適用。過(guò)大，不再適用。 2流體動(dòng)力潤(rùn)滑原理流體動(dòng)力潤(rùn)滑原理 兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的摩擦表面，用借助于相對(duì)速度兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的摩擦表面，用借助于相對(duì)速度 而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn)而產(chǎn)生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產(chǎn) 生的壓力來(lái)平衡外載荷，稱為流體動(dòng)力潤(rùn)滑。所用的粘性生的壓力來(lái)平衡外載荷，稱為流體動(dòng)力潤(rùn)滑。所用的粘性 流體可以是液體（如潤(rùn)滑油），也可以是氣體（如空氣流體可以是液體（如潤(rùn)滑油），也可以是氣體（如空氣 等），相應(yīng)地稱為液體動(dòng)力潤(rùn)滑和氣體動(dòng)力潤(rùn)滑。等），相應(yīng)地稱為液體動(dòng)力潤(rùn)

34、滑和氣體動(dòng)力潤(rùn)滑。流體動(dòng)流體動(dòng) 力潤(rùn)滑的主要優(yōu)點(diǎn)是，摩擦力小，磨損小，并可以緩和振力潤(rùn)滑的主要優(yōu)點(diǎn)是，摩擦力小，磨損小，并可以緩和振 動(dòng)與沖擊。動(dòng)與沖擊。 下面簡(jiǎn)要介紹流體動(dòng)力潤(rùn)滑中的楔效應(yīng)承載機(jī)理。下面簡(jiǎn)要介紹流體動(dòng)力潤(rùn)滑中的楔效應(yīng)承載機(jī)理。 圖圖 10.13 流體動(dòng)壓潤(rùn)滑原理流體動(dòng)壓潤(rùn)滑原理 （a） 平行情況平行情況 A B v 圖圖 10.13a 所示所示 A、B 兩板平行，板間充滿有一定粘度兩板平行，板間充滿有一定粘度 的潤(rùn)滑油，若板的潤(rùn)滑油，若板 B 靜止不動(dòng)，板靜止不動(dòng)，板 A 以速度以速度 V 沿沿 x 方向運(yùn)方向運(yùn) 動(dòng)。由于潤(rùn)滑油的粘性及它與平板間的吸附作用，與板動(dòng)。由于潤(rùn)滑油

35、的粘性及它與平板間的吸附作用，與板 A 緊貼的油層的流速緊貼的油層的流速 v 等于板速等于板速 V，其它各油層的流速，其它各油層的流速 v 則則 按直線規(guī)律分布。這種流動(dòng)是由于油層受到剪切作用而產(chǎn)按直線規(guī)律分布。這種流動(dòng)是由于油層受到剪切作用而產(chǎn) 生的，所以稱為剪切流。這時(shí)通過(guò)兩平行平板間任何垂直生的，所以稱為剪切流。這時(shí)通過(guò)兩平行平板間任何垂直 截面處的流量皆相等，潤(rùn)滑油雖能維持連續(xù)流動(dòng)，但油膜截面處的流量皆相等，潤(rùn)滑油雖能維持連續(xù)流動(dòng)，但油膜 對(duì)外載荷并無(wú)承載能力對(duì)外載荷并無(wú)承載能力 （這里忽略了流體受到（這里忽略了流體受到 擠壓作用而產(chǎn)生壓力的擠壓作用而產(chǎn)生壓力的 效應(yīng)）。效應(yīng)）。 當(dāng)兩

36、平板相互傾斜使當(dāng)兩平板相互傾斜使 其間形成楔形收斂間隙，其間形成楔形收斂間隙， 且移動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向是從且移動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向是從 間隙較大的一方移向間隙間隙較大的一方移向間隙 較小的一方時(shí)，若各油層較小的一方時(shí)，若各油層 的分布規(guī)律如圖的分布規(guī)律如圖 10.13b 中中 的虛線所示，那么進(jìn)入間的虛線所示，那么進(jìn)入間 隙的油量必然大于流出間隙的油量必然大于流出間 隙的油量。隙的油量。 x y O 油壓油壓 p 分布曲線分布曲線 h 0 h min v F b ca 2 2 0 v y 2 2 0 v y 2 2 0 v y 圖圖10.13 流體動(dòng)壓潤(rùn)滑原理流體動(dòng)壓潤(rùn)滑原理 （b） 楔形情況楔形情況

37、設(shè)液體是不可壓縮的，則進(jìn)入此楔形間隙的過(guò)剩油量，設(shè)液體是不可壓縮的，則進(jìn)入此楔形間隙的過(guò)剩油量， 必將由進(jìn)口必將由進(jìn)口a a 及出口及出口c c 兩處截面被擠出，即產(chǎn)生一種因壓兩處截面被擠出，即產(chǎn)生一種因壓 力而引起的流動(dòng)稱為壓力流。力而引起的流動(dòng)稱為壓力流。這時(shí)，楔形收斂間隙中這時(shí)，楔形收斂間隙中 油層流動(dòng)速度將由剪切流和壓力油層流動(dòng)速度將由剪切流和壓力 流二者疊加，因而進(jìn)口處油的速流二者疊加，因而進(jìn)口處油的速 度曲線呈度曲線呈內(nèi)凹形內(nèi)凹形，出口處呈，出口處呈外凸外凸 形形。只要連續(xù)充分地提供一定粘。只要連續(xù)充分地提供一定粘 度的潤(rùn)滑油，并且度的潤(rùn)滑油，并且 A A、B B 兩板相兩板相 對(duì)

38、速度對(duì)速度 V V 值足夠大，流入楔形值足夠大，流入楔形 收斂間隙流體產(chǎn)生的動(dòng)壓力是能收斂間隙流體產(chǎn)生的動(dòng)壓力是能 夠穩(wěn)定存在的。夠穩(wěn)定存在的。這種具有一定粘這種具有一定粘 性的流體流入楔形收斂間隙而產(chǎn)性的流體流入楔形收斂間隙而產(chǎn) 生壓力的效應(yīng)叫流體動(dòng)力潤(rùn)滑的生壓力的效應(yīng)叫流體動(dòng)力潤(rùn)滑的 楔效應(yīng)楔效應(yīng)。 x y O 油壓油壓 p 分布曲線分布曲線 h 0 h min v F b ca 2 2 0 v y 2 2 0 v y 2 2 0 v y 圖圖10.13 流體動(dòng)壓潤(rùn)滑原理流體動(dòng)壓潤(rùn)滑原理 （b） 楔形情況楔形情況 3雷諾方程雷諾方程 流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論的基本方程是流體膜壓力分布的微流體動(dòng)力潤(rùn)

39、滑理論的基本方程是流體膜壓力分布的微 分方程。它是從粘性流體動(dòng)力學(xué)的基本方程出發(fā)，作了一分方程。它是從粘性流體動(dòng)力學(xué)的基本方程出發(fā)，作了一 些假設(shè)條件而簡(jiǎn)化后得出的，這些假設(shè)條件是：流體為牛些假設(shè)條件而簡(jiǎn)化后得出的，這些假設(shè)條件是：流體為牛 頓流體；流體膜中流體的流動(dòng)是層流；忽略壓力對(duì)流體粘頓流體；流體膜中流體的流動(dòng)是層流；忽略壓力對(duì)流體粘 度的影響；略去慣性力及重力的影響；認(rèn)為流體不可壓縮；度的影響；略去慣性力及重力的影響；認(rèn)為流體不可壓縮； 流體膜中的壓力沿膜厚方向是不變的。流體膜中的壓力沿膜厚方向是不變的。 圖圖10.14 微單元受力分析微單元受力分析 如圖如圖 10.14 所示，兩平板

40、被潤(rùn)滑油隔開，設(shè)板所示，兩平板被潤(rùn)滑油隔開，設(shè)板 A 沿沿 x 軸方向以速度軸方向以速度 V 移動(dòng)；另一板移動(dòng)；另一板 B 為靜止。再假定油在兩為靜止。再假定油在兩 平板間沿平板間沿 z 軸方向沒(méi)有流動(dòng)（可視此運(yùn)動(dòng)副在軸方向沒(méi)有流動(dòng)（可視此運(yùn)動(dòng)副在 z 軸方向的軸方向的 尺寸為無(wú)限大）?，F(xiàn)從層流運(yùn)動(dòng)的油膜中取一微單元體進(jìn)尺寸為無(wú)限大）?，F(xiàn)從層流運(yùn)動(dòng)的油膜中取一微單元體進(jìn) 行分析。行分析。 由圖可見，作用在此微單元體右面和左面的壓力分別由圖可見，作用在此微單元體右面和左面的壓力分別 為為 p 及（及（ ），作用在單元體上下兩面的剪切應(yīng)），作用在單元體上下兩面的剪切應(yīng) 力分別為力分別為 及及 （

41、）。根據(jù)）。根據(jù) x 方向的平衡條件，方向的平衡條件， 得得: dx x p p dy y （10.19） 0 dxdz y dydzdx x p pdxdzpdydz 整理后得整理后得 （10.20） yx p 根據(jù)牛頓粘性流體摩擦定律，將式（根據(jù)牛頓粘性流體摩擦定律，將式（10.14）對(duì)）對(duì) y 求求 導(dǎo)數(shù)，并代入式（導(dǎo)數(shù)，并代入式（10.20）得）得 2 2 y v x p （10.21） 該式表示了壓力沿該式表示了壓力沿 x 軸方向的變化與速度沿軸方向的變化與速度沿 y 軸方向軸方向 的變化關(guān)系。的變化關(guān)系。 下面進(jìn)一步介紹流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論的基本方程下面進(jìn)一步介紹流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論的基本

42、方程 Reynolds 方程的推導(dǎo)過(guò)程。方程的推導(dǎo)過(guò)程。 （1）油層的速度分布）油層的速度分布 將式（將式（10.21）改寫成）改寫成: x p y v 1 2 2 （10.22） 并對(duì)并對(duì) y 積分兩次后得積分兩次后得 21 2 2 1 CyCy x p v （10.23） VC h V x ph C 2 1 2 （10.24） 根據(jù)邊界條件：根據(jù)邊界條件：v |y=0 = V 和和 v |y=h = 0 可決定積可決定積 分常數(shù)分常數(shù) C1 及及 C2 為為 y x O 油壓油壓 p 分布曲線分布曲線 代入式（代入式（10.23）后得）后得 x pyhy h yhV v 2 （10.25）

43、 h 0 h min v F b ca 2 2 0 v y 2 2 0 v y 2 2 0 v y 圖圖10.13 流體動(dòng)壓潤(rùn)滑原理流體動(dòng)壓潤(rùn)滑原理 （b） 楔形情況楔形情況 由上式可見，由上式可見，v 由兩由兩 部分組成：式中的前一項(xiàng)部分組成：式中的前一項(xiàng) 表示速度呈線性分布，這表示速度呈線性分布，這 是直接由剪切流引起的；是直接由剪切流引起的； 后一項(xiàng)表示速度呈拋物線后一項(xiàng)表示速度呈拋物線 分布，這是由油流沿分布，這是由油流沿 x 方方 向的變化所產(chǎn)生的壓力流向的變化所產(chǎn)生的壓力流 所引起的，如圖所引起的，如圖 10.13b 所所 示。示。 （2）潤(rùn)滑油流量）潤(rùn)滑油流量 當(dāng)無(wú)側(cè)漏時(shí)，潤(rùn)滑油

44、在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)任意截面上單當(dāng)無(wú)側(cè)漏時(shí)，潤(rùn)滑油在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)任意截面上單 位寬度面積的流量為位寬度面積的流量為 h vdyQ 0 （10.26） 將式（將式（10.25）代入式（）代入式（10.26）并積分后，得）并積分后，得 x phVh dy x pyhy h yhV Q h 122 2 3 0 （10.27） 2 0 Vh Q （10.28） 由于當(dāng)潤(rùn)滑油連續(xù)流動(dòng)時(shí)，各截面的流量相等，因此，由于當(dāng)潤(rùn)滑油連續(xù)流動(dòng)時(shí)，各截面的流量相等，因此， 將式（將式（10.28）代入式（）代入式（10.27）的左端得）的左端得 x phVhVh 1222 3 0 （10.29） 如圖如圖 10.13b

45、 所示，設(shè)在所示，設(shè)在 p = pmax 處的油膜厚度為處的油膜厚度為 h0（即（即 =0 時(shí)，時(shí)，h = h0），在該截面處的流量為），在該截面處的流量為 x p 整理后得整理后得 0 3 6 hh h V x p （10.30） 式（式（10.30）為一維雷諾方程。它是計(jì)算流體動(dòng)力潤(rùn)）為一維雷諾方程。它是計(jì)算流體動(dòng)力潤(rùn) 滑滑動(dòng)軸承的基本方程。滑滑動(dòng)軸承的基本方程。由雷諾方程可以看出：油膜壓力由雷諾方程可以看出：油膜壓力 的變化與潤(rùn)滑油的粘度、表面滑動(dòng)速度和油膜厚度及其變的變化與潤(rùn)滑油的粘度、表面滑動(dòng)速度和油膜厚度及其變 化有關(guān)?；嘘P(guān)。利用這一公式，經(jīng)積分后可求出油膜的承載能力。利用這一公

46、式，經(jīng)積分后可求出油膜的承載能力。 由式（由式（10.30）及圖）及圖 10.13b 也可看出：也可看出： 在在 ab（hh0）段，）段， 2v/ y 20（即速度分布曲線即速度分布曲線 呈凹形呈凹形），所以），所以 p/ x0，即，即 壓力沿壓力沿 x 方向逐漸增大。方向逐漸增大。 h 0 h min v b ca y x F 油壓油壓 p 分布曲線分布曲線 O 2 2 0 v y 2 2 0 v y 2 2 0 v y 圖圖10.13 流體動(dòng)壓潤(rùn)滑原理流體動(dòng)壓潤(rùn)滑原理 （b） 楔形情況楔形情況 在在bc（hh0，段，段， 2v/ y 20（即速度分布曲線即速度分布曲線 呈凸形呈凸形），即）

47、，即 p/ x0，這，這 表明壓力沿表明壓力沿 x 方向逐漸降低。方向逐漸降低。 在在 a 和和 c 之間必有一處（之間必有一處（b點(diǎn)）的油流速度變化規(guī)律不變，點(diǎn)）的油流速度變化規(guī)律不變， 此處的此處的 2v/ y2 = 0，即，即 p/ x = 0，因而壓力，因而壓力 P 達(dá)到最大值。達(dá)到最大值。 由于油膜沿著由于油膜沿著 x 方向各處的油壓都大于入口和出方向各處的油壓都大于入口和出 口的油壓，且壓力形成如圖口的油壓，且壓力形成如圖 10.13b 上部曲線所示的分布，上部曲線所示的分布， 因而能承受一定的外載荷。因而能承受一定的外載荷。 h 0 h min v b ca y x F 油壓油壓

48、 p 分布曲線分布曲線 O 2 2 0 v y 2 2 0 v y 2 2 0 v y 圖圖10.13 流體動(dòng)壓潤(rùn)滑原理流體動(dòng)壓潤(rùn)滑原理 （b） 楔形情況楔形情況 （3）形成動(dòng)壓油膜必要條件）形成動(dòng)壓油膜必要條件 由上述分析可知，形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑的必要條件是：由上述分析可知，形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑的必要條件是： 相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩表面應(yīng)當(dāng)形成收斂的楔形間隙，即相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩表面應(yīng)當(dāng)形成收斂的楔形間隙，即 使?jié)櫥陀纱罂诹魅搿⑿】诹鞒?。使?jié)櫥陀纱罂诹魅?、小口流出?兩摩擦表面必須有一定的相對(duì)滑動(dòng)速度；兩摩擦表面必須有一定的相對(duì)滑動(dòng)速度； 充分供應(yīng)具有適當(dāng)粘度的潤(rùn)滑油；充分供應(yīng)具有適當(dāng)粘度的潤(rùn)滑油； 10.4

49、.2 彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑 流體動(dòng)力潤(rùn)滑通常研究的是低副接觸受潤(rùn)零件之間的流體動(dòng)力潤(rùn)滑通常研究的是低副接觸受潤(rùn)零件之間的 潤(rùn)滑問(wèn)題，把零件摩擦表面視作剛體，并認(rèn)為潤(rùn)滑劑的粘潤(rùn)滑問(wèn)題，把零件摩擦表面視作剛體，并認(rèn)為潤(rùn)滑劑的粘 度不隨壓力而改變?？墒窃邶X輪傳動(dòng)、滾動(dòng)軸承、凸輪機(jī)度不隨壓力而改變。可是在齒輪傳動(dòng)、滾動(dòng)軸承、凸輪機(jī) 構(gòu)等高副接觸中，兩摩擦表面之間接觸壓力很大，摩擦表構(gòu)等高副接觸中，兩摩擦表面之間接觸壓力很大，摩擦表 面會(huì)出現(xiàn)不能忽略的局部彈性變形。同時(shí)，在較高壓力下，面會(huì)出現(xiàn)不能忽略的局部彈性變形。同時(shí)，在較高壓力下， 潤(rùn)滑劑的粘度也將隨壓力發(fā)生變化。潤(rùn)滑劑的粘度也將隨壓力

50、發(fā)生變化。 彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論是研究在相互滾動(dòng)或伴有滾動(dòng)彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論是研究在相互滾動(dòng)或伴有滾動(dòng) 的滑動(dòng)條件下，兩彈性物體間的流體動(dòng)力潤(rùn)滑膜的力學(xué)性的滑動(dòng)條件下，兩彈性物體間的流體動(dòng)力潤(rùn)滑膜的力學(xué)性 質(zhì)。把計(jì)算在油膜壓力下摩擦表面的變形的彈性方程、表質(zhì)。把計(jì)算在油膜壓力下摩擦表面的變形的彈性方程、表 述潤(rùn)滑劑粘度與壓力間關(guān)系的粘壓方程與流體動(dòng)力潤(rùn)滑的述潤(rùn)滑劑粘度與壓力間關(guān)系的粘壓方程與流體動(dòng)力潤(rùn)滑的 主要方程結(jié)合起來(lái)，以求解油膜壓力分布、潤(rùn)滑膜厚度分主要方程結(jié)合起來(lái)，以求解油膜壓力分布、潤(rùn)滑膜厚度分 布等問(wèn)題。布等問(wèn)題。 h 0 h min頸縮頸縮 二次壓力峰二次壓力峰 圖圖 10.1

51、5 彈流壓力與膜厚解彈流壓力與膜厚解 圖圖 10.15 就是兩個(gè)平行圓柱體在彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑條就是兩個(gè)平行圓柱體在彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑條 件下，接觸面的彈性變形、油膜厚度及油膜壓力分布的示件下，接觸面的彈性變形、油膜厚度及油膜壓力分布的示 意圖。依靠潤(rùn)滑劑與摩擦表面的粘附作用，兩圓柱體相互意圖。依靠潤(rùn)滑劑與摩擦表面的粘附作用，兩圓柱體相互 滾動(dòng)時(shí)將潤(rùn)滑劑帶入間隙。由于接觸壓力較高使接觸面發(fā)滾動(dòng)時(shí)將潤(rùn)滑劑帶入間隙。由于接觸壓力較高使接觸面發(fā) 生局部彈性變形，接觸面積擴(kuò)大，生局部彈性變形，接觸面積擴(kuò)大， 在接觸面間形成了一個(gè)在接觸面間形成了一個(gè) 平行的縫隙，在出油口平行的縫隙，在出油口 處的接觸面邊緣

52、出現(xiàn)了處的接觸面邊緣出現(xiàn)了 使間隙變小的突起部分使間隙變小的突起部分 （一種縮頸現(xiàn)象），并（一種縮頸現(xiàn)象），并 形成最小油膜厚度，出形成最小油膜厚度，出 現(xiàn)了一個(gè)二次壓力峰?，F(xiàn)了一個(gè)二次壓力峰。 由于任何零件表面都有一定的粗糙度，所以由于任何零件表面都有一定的粗糙度，所以要保證實(shí)要保證實(shí) 現(xiàn)完全彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑，其膜厚比現(xiàn)完全彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑，其膜厚比 必須大于必須大于 3。當(dāng)膜。當(dāng)膜 厚比厚比 小于小于 3 時(shí)總有少數(shù)輪廓峰直接接觸的可能性，這種時(shí)總有少數(shù)輪廓峰直接接觸的可能性，這種 狀態(tài)亦稱部分彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)。狀態(tài)亦稱部分彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)。 10.4.3 流體靜力潤(rùn)滑流體靜力潤(rùn)滑

53、 流體靜力潤(rùn)滑是通過(guò)液壓泵（或其它壓力流體源）將流體靜力潤(rùn)滑是通過(guò)液壓泵（或其它壓力流體源）將 加壓后的流體送入兩摩擦表面之間，利用流體靜壓力來(lái)平加壓后的流體送入兩摩擦表面之間，利用流體靜壓力來(lái)平 衡外載荷。環(huán)境壓力包圍的封油面和油腔總稱為油墊，一衡外載荷。環(huán)境壓力包圍的封油面和油腔總稱為油墊，一 個(gè)油墊可以有一個(gè)或幾個(gè)油腔。一個(gè)單油腔油墊不能承受個(gè)油墊可以有一個(gè)或幾個(gè)油腔。一個(gè)單油腔油墊不能承受 傾覆力矩。傾覆力矩。 兩個(gè)靜止的、平行的摩擦表面間能采用流體靜力潤(rùn)滑兩個(gè)靜止的、平行的摩擦表面間能采用流體靜力潤(rùn)滑 形成流體膜。它的承載能力不依賴于流體粘度，故能用粘形成流體膜。它的承載能力不依賴于流體粘度，故能用粘 度極低的潤(rùn)滑劑，使摩擦副承載能力較高，而摩擦力矩又度極低的潤(rùn)滑劑，使摩擦副承載能力較高，而摩擦力矩又 較低。較低。 靜壓軸承的正常工作條件應(yīng)是油膜壓力的總和必須與靜壓軸承的正常工作條件應(yīng)是油膜壓力的總