流体动力润滑.ppt

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1、第五章流体动压润滑§5-1概述§5-2流体动力学方程§5-3Reynolds方程§5-4推力轴承§5-5径向轴承§5-1概述减少两个摩擦副的摩擦和磨损最有效的方法，是在摩擦副表面之间引入润滑剂形成润滑膜。该润滑膜把两个接触表面全部或局部隔开，由润滑膜承受部分或全部载荷。由于摩擦产生在润滑膜或部分接触微凸体之间，润滑膜的剪切强度较低，因而摩擦、磨损较小，并使摩擦副运转平稳，从而提高设备的效率和寿命。§5-1概述润滑剂的承载作用和摩擦副的结构与润滑类型有着密切的关系。例如，在流体润滑状态下，摩擦表面

2、可以完全由具有足够压力的油膜分隔开，磨损极小；在混合润滑状态下，油膜较薄．有部分微凸体接触，而在边界润滑状态下，起润滑作用的只是极薄的边界润滑膜，磨损较大。§5-1概述德国学者Stribeck于1900~1902年间曾经对滚动轴承和滑动轴承进行了全面试验，测出了随工作变量(载荷N、速度η、粘度η)而变化的摩擦因数（f）。为了消除粘度与温度的关系对试验结果的影响，Stribeck重新计算了使油温恒定在25℃时测得的以载荷和速度为函数的摩擦因数。Stribeck的精确试验测量结果为Sommerfel

3、d的理论工作以及流体动压润滑轴承理论的建立奠定了基础。§5-1概述在图中，以简化的方式将Stribeck曲线的形状绘成摩擦系数随参数(η，v，1／N)而变化的曲线。现在普遍承认，Stribeck曲线代表以润滑剂粘度η、速度v和法向载荷N为函数的有润滑运动表面的通用特性曲线(注：图中，ηv／N与Sommerfeld数s的倒数有关)。§5-1概述两个表面是否完全被油膜隔开或有部分微凸体接触，与油膜厚度h及两个表面的综合粗糙度R有关。一般用膜厚比λ来判断润滑状态，其表达式为：式中：h——两摩擦表面粗糙

4、峰中线间的距离，即平均油膜厚度，或称中线油膜厚度；如果两表面系曲面，则h指最小缝隙处的中线油膜厚度；——两表面的综合粗糙度。，分别为两摩擦表面的轮廓均方根偏差。§5-1概述本章主要介绍流体动压润滑的基本原理及其应用，而有关弹性流体动压润滑、混合润滑及边界润滑的内容将在下一章介绍。依靠摩擦副两个表面的形状，在相对运动时产生收敛油楔。收敛楔与速度和粘度相结合就产生压力油膜，将两表面分隔开，这种润滑状态称为流体动压润滑。§5-1概述Tower在1883年首先观察到，采用润滑油的火车轮轴承在运动时产生的

5、流体动压力足以将轴承壳体油孔中的油塞顶掉。此后，1886年Reynolds应用流体力学中的Navier-stokes方程推导出计算流体润滑油膜压力分布的微分方程，称为Reynolds方程，从而为流体动压润滑理论奠定了基础。§5-1概述油膜压力的产生过程可用右图来解释。在图(a)中，上表面为一固定的倾斜楔块，下表面向右方运动并将粘性油带入与固定表面之间的间隙内。从图中可以看出，油被带入间隙后并向右方流动时，它所面临的空间愈来愈小。润滑油是不可压缩的，所以其压力必然增加。§5-1概述同时，压力具有使

6、流体从高压向低压流动的特性，从而可以限制油从大的间隙进入，同时也迫使油通过小的间隙流出，以达到流量连续的目的，其压力及速度分布如图(b)所示。§5-1概述在收敛间隙内形成的油膜压力将两个表面分隔开，这时摩擦阻力主要来自流体的“内摩擦”，也就是流体在外力作用下的流动过程中，流体分子之间的内摩擦，即流体膜剪应力(剪切阻力)或称“粘度”。§5-1概述对于牛顿流体，剪应力与剪切率成正比，其比例常数即粘度η，无上述特性的流体为非牛顿流体。§5-1概述对于非牛顿流体，常用表观粘度或相似粘度η0来表示，η0是

7、在规定的剪切率下剪应力与剪切率之比。润滑脂属于非牛顿流体，具有以下主要特性：§5-1概述(1)塑性或Bingham流体特性这种流体在开始流动之前需要加一剪应力τ0，但超过此剪应力后，剪应力就与剪切率成正比关系(即牛顿流体)。§5-1概述(2)触变性触变性是指流体受到剪切时随着时间的延长，其稠度会逐步降低的性能，如图所示。有些流体当剪切力卸除后，经过充分的复原时间，其粘度又恢复到原始值，这种现象称为暂时粘度损失。另有一些流体，其粘度永远不能恢复到原始值，则称其为永久粘度损失。§5-2流体动力学方程

8、一、连续方程二、微元体受力平衡条件三、应力应变关系一、连续方程一、连续方程该微区D点坐标为（x,y,z），边长为dx,dy,dz,在某一瞬时，沿三个方向的分速度分别为u,v,w。沿x方向流入和流出的流量为：一、连续方程存留在该区域内的的质量为：同理，在其余两方向为：一、连续方程则存留总质量为：另一方面，随时间增加，流体密度的变化为：一、连续方程这两个增量是相等的，既：整理得：——三维连续方程二、微元体受力平衡条件微元体受力包括表面力、体积力和惯性力。表面力如图所示二、微元体受力平衡条件体积力：作