摩擦学材料研究方法高分子材料摩擦学 第5章 润滑原理

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1、摩擦学材料研究方法高分子材料摩擦学第5章润滑原理2011-10-2115润滑原理➣润滑及其分类➣流体润滑➣气体润滑➣边界润滑➣固体润滑25.1润滑及其分类润滑(Lubrication)：用润滑剂减少两摩擦表面之间的摩擦和磨损或其它形式的表面破坏。在摩擦面之间形成具有法向承载能力而切向剪切强度低的润滑膜润滑剂(Lubricant)：加入到两相对运动表面之间，能减少其摩擦和（或）磨损的任何物质。亦称润滑材料。35.1润滑及其分类润滑的作用降低摩擦减少磨损防止腐蚀冷却降温密封清洁冲洗减震降噪45.1润滑及其分类控制摩擦提高效率润滑的目的降低磨损延长寿命55.1润滑及其分类要求的清洁很高，使用气体

2、润滑剂空气、蒸汽、氢气、氦气等前必须进行精制处理。润矿物油、合成油、动植物液体润滑剂用量最大、品种最多油、水基液体等。滑剂半液体在常温下多数为半固皂基脂、烃基脂、有机脂、（固体）润滑体，也有少数呈固体或无机脂等剂半流体。石墨类和层间化合物、二品种也较多，应用范围固体润滑剂硫属化合物、聚四氟乙烯及在逐步扩大。其它塑料、无机和软金属等65.1润滑及其分类润滑润滑剂状态气体润滑液体润滑固体润滑高温、真空、精轻质、精密轴承机械体系密等特殊环境空气轴承发动机、轴承航天器、半导体轴承75.1润滑及其分类以足够的外压力将流体送到摩擦表面之间，强制地形成流体静压润滑流体膜隔开摩擦表面的润滑。由摩擦表面的形

3、状和相对运动所产生的动力效应或挤压流体动压润滑效应形成流体膜，使相对运动两表面隔开的润滑。按润滑膜相对运动两表面之间的摩擦和流体润滑剂膜厚更多地取的形成、弹性流体动压润滑决于摩擦表面的弹性以及润滑剂在接触表面区的流变特存在条件性的润滑。和状态边界润滑两表面之间由边界膜(吸附膜或化学膜等)形成的润滑。作相对运动的两固体表面之间被粉末状或薄膜状固体润固体润滑滑剂隔开时的润滑状态。85.1润滑及其分类10310210110-010-1厚度/μm10-210-310-4单边薄弹流研粗分界膜流体磨加子膜膜润表工吸滑面表附膜均面层方均根方值根值95.1润滑及其分类10510.50.10.05摩擦系数μ

4、0.010.005纯金属氧化膜边界润滑边界润滑和流体润滑流体润滑干摩擦状态105.1润滑及其分类润滑状态随工况参数的变化表面粗糙度Rα
油膜厚度h
摩擦系数
边界润滑
混合润滑
h→0
h≒Rα
流体润滑
h嘚Rα
粘度(η)×速度(v)
负荷(W)
Stribeck曲线115.2流体润滑➣流体动压润滑➣流体静压润滑➣弹性流体润滑➣动静压混合润滑125.2流体润滑流体润滑：两个相对运动的表面被流体润滑剂隔开的润滑➣流体膜必须具有或建立一定压力以平衡外载荷。➣只在流体分子之间发生流体内摩擦。➣流体润滑是最佳的润滑状态。在外部加压流体的作用下获流体静压润滑得的承载能力，即静压作用流体膜获得承载

5、能力的途径两摩擦面的相对运动作用下流体动压润滑获得承载能力，即动压作用135.2.1流体动压润滑流体动压润滑：由摩擦表面的形状和相对运动所产生的动力效应或挤压效应形成流体膜，使相对运动两表面隔开的润滑。又称流体动力润滑。流体动压润滑系统的特性：（1）运动阻力主要来自流体的内摩擦；（2）两个滑动表面的几何形状在相对运动时产生收敛型油楔，形成足够的承载能力，从而将两个表面隔开，降低摩擦与磨损。145.2.1流体动压润滑轴承中连续油膜形成过程：轴承W收敛性油膜WWWgltmps轴颈n扩散性油膜(a)(b)(c)(d)155.2.1流体动压润滑流体动压理论的基本方程是润滑膜压力分布的微分方程，即雷

6、诺方程。基本假设：（1）忽略体积力（如重力或磁力）的作用。（2）流体在界面上无滑动，即贴于表面的流体流速和表面速度相同。（3）在沿润滑膜厚度方向上不计压力变化。由于膜厚仅为几十微米或更小，压力不会发生明显变化。（4）与油膜厚度相比，轴承表面的曲率半径很大，因而忽略油膜曲率的影响，并用平移速度代替转动速度。（5）润滑剂是牛顿流体。这对于一般工况条件下使用的矿物油而言是合理的。（6）流动为层流，油膜中不存在漩涡和湍流。对于高速大型轴承，可能处于湍流润滑。（7）与粘性力比较，可忽略惯性力的影响，包括流体加速的力和油膜弯曲的离心力。然而对于告诉大型轴承需要考虑惯性力的影响。（8）沿润滑膜厚度方向粘

7、度数值不变。这个假设没有实际根据，只是为了数学运算方便所做的简化。165.2.1流体动压润滑（1）由单元体受力平衡条件，求出流体沿膜厚方向的流速分布；（2）将流速沿润滑膜厚度方向积分，求得流量；（3）应用流量连续条件，最后推导出雷诺方程的普遍形式。33!$"h!p'!$"h!p'!!!h+=6(U"h)+6(V"h)+12"&)&)!x%#!x(!y%#!y(!x!y!t表示流体润滑膜在润滑表面上随坐标的变化表示产生润滑