第四章第六讲流体润滑原理简介
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机械设计第四章：摩擦、磨损与润滑概述
化学吸附膜（化学键）
度影响较大
反应膜:比较稳定
§4-1 摩擦
三、流体摩擦
流体摩擦：指运动副的摩擦表面被流体膜隔开（λ>3～4） 摩擦性质取决于流体内部分子间粘性阻力的摩擦。 摩擦系数最小（f=0.001-0.008），无磨损产生，是理想的 摩擦状态。
四、混合摩擦
混合摩擦：摩擦表面间处于边界摩擦和流体摩擦的混合状 态（=1～3） 。 混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时 要小得多。 边界摩擦和混合摩擦在工程实际中很难区分，常统称为 不完全液体摩擦。
汽车的磨合期如同运动员在参赛前的热身运动
目的:汽车磨合也叫走合。汽车磨合期是指新车
或大修后的初驶阶段。机体各部件机能适应环境的 能力得以调整提升。新车、大修车及装用大修发动 机的汽车在初期使用阶段都要经过磨合，以便相互 配合机件的磨擦表面进行吻合加工，从而顺利过渡
到正常使用状态。汽车磨合的优劣，会对汽车寿命、
滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等 用于低速 用于高速
§4-3 润滑剂、添加剂和润滑办法
三、润滑方法
滴油润滑、浸油润滑、飞溅润滑、喷油润滑、油雾润滑等
用于低速
用于高速
浸油与飞溅润滑
喷油润滑
油脂润滑常用于运转速度较低的场合，将润滑脂涂抹于需润 滑的零件上。润滑脂还可以用于简单的密封。
思考题：
4—1 4—5 4—10 4—11
§4-1 摩擦
滑动摩擦分为：
干摩擦、边界摩擦、流体摩擦、混合摩擦
一、干摩擦 表面间无任何润滑剂或保护膜的纯金属接触时的摩擦。通 常将未经人为润滑的摩擦状态当作“干摩擦”处理。
§4-1 摩擦
二、边界摩擦
4第四章 润滑系统
5．机油泄漏和压力不正常故障 油压过低或过高，快速维修建议如表4-1与4-2，机油压力不正常表 现为机油泄漏，多分为外部泄漏与机油消耗过大两种情况，其快速维修 建议如表4-3所示。
6．如何测量机油压力 机油压力可以用专用的机油压力表来测量，也可以用普通的油压表 （量程为1MPa左右）配上相应的高压软管和接头来测量。测量机油压力 的方法如下： （1）拔下机油压力传感器的线束插头， 拆下机油压力传感器。 （2）将机油压力表的软管接头拧入安 装机油压力传感器的螺孔内，并拧紧接头 （如4-9图所示）。 （3）将机油压力表放置在不会接触到 发动机旋转部件及高温部件的地方。 （4）起动发动机，检查机油压力表接 头处有无漏油，如有漏油，应熄火后重新 拧紧接头。 （5）运转发动机使之达到正常的工作 温度，分别在怠速和2000r/min时检查油压 表的读数，并与标准压力值进行比较。
效，曲轴轴承间隙过大，机油粘度过低和滤芯破裂等都会造成
油压过低。
第二节 润滑剂与机油泵
本节主要介绍的内容有：
● 润滑剂与机油泵的功用 ● 机油的选用与机油泵的检修
一 、润滑剂与机油泵的功用
1．润滑剂（机油、润滑脂）
汽车发动机润滑剂包括机油和润滑脂两种，如图4-3所示。
◆机油的功用 1）润滑
2）冷却
a
第三节 机油滤清器与冷却器
本节主要介绍的内容有：
● 润滑系统的构造 ● 润滑系统的检修 ● 润滑系统的故障排除
一、润滑系统的构造
1．机油滤清器 （1）分类 机油滤清器按其材料形式可分为纸质式与金属片式的分类，如图4-6 所示。 （2）作用
机油滤清器的功用是 滤除机油中的金属磨屑、 机械杂质和机油氧化物。
（5）选用的机油品质不佳或牌号不符。
流体动力润滑PPT课件(模板)
dt
x y z
由力矩平衡及略去4阶无穷小，得：
zy yz xz zx xy yx
三、应力应变关系
实验表明，牛顿流体的应力与应变关系有相 同的数学形式：
牛顿流体 弹性固体
du d
dy dt
G
参照弹性固体方法得牛顿流体的应力与应变关系：
xx
p
2
u x
2 3
u x
u y
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：
hR
式中：h——两摩擦表面粗糙峰中线间的距离，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；
Rq ——两表面的综合粗糙度。Rq
， Rq21 Rq22
§5-2 流体动力学方程
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：
udydz
u u dx dydz dx
x x
Rq1 , Rq2
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。
Reynolds应用流体力学中的Navier-stokes方程推 如果两表面系曲面，则h指最小缝隙处的中线油膜厚度；
机械设计：第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第四章 摩擦、磨损及润滑概 述
世界上在工业方面约1/3~1/2的能量消耗 于摩擦过程
抗磨损的有效手段——润滑 摩擦学——研究摩擦、磨损与润滑的科
学与技术 应用实例：齿轮胶合、滚动轴承疲劳等 目标：实现机械零件的后表面粗糙形貌
摩擦副的真实接触面积
摩擦的几种状态
温 度 对 粘 度 的 影 响
润滑膜粘度－压力特性
润滑油粘度随压力升高而增大。
Barus Re olands Cameron
0e p 0 exp{(ln0 9.67)[1 (1 p / p0 )z ]} 0 (1 cp)16
评价润滑油的理化参数： （1）润滑性（油性） （2）极压性 （3）闪点 （4）凝点 （5）氧化稳定性
第四章 摩擦、磨损及润滑概 述
2、边界摩擦
– 吸附膜（物理吸附膜、化学吸附膜） – 反应膜（化学反应膜）
3、混合摩擦 4、流体摩擦
Hardy模型（1922年）
Bowden-Tabor模型（1945年）
Kingsbury模型（1958年）
Adamson模型（1960年）
Cobblestone模型(1988年) Homala-Israelechvili
第四章 摩擦、磨损及润滑概 述
4-2 磨损 1、粘着磨损 2、磨粒磨损 3、疲劳磨损 4、冲蚀磨损 5、机械化学磨损（腐蚀磨损） 6、微动磨损
磨损过程曲线
微动磨损实例
防止微动磨损的方法
第四章 摩擦、磨损及润滑概 述
4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法
1、润滑剂
– 润滑油
动力粘度 运动粘度
动力粘度：＝
运动粘度：＝
条件粘度（我国常用恩氏度）
粘—压特性与粘—温特性
世界上在工业方面约1/3~1/2的能量消耗 于摩擦过程
抗磨损的有效手段——润滑 摩擦学——研究摩擦、磨损与润滑的科
学与技术 应用实例：齿轮胶合、滚动轴承疲劳等 目标：实现机械零件的后表面粗糙形貌
摩擦副的真实接触面积
摩擦的几种状态
温 度 对 粘 度 的 影 响
润滑膜粘度－压力特性
润滑油粘度随压力升高而增大。
Barus Re olands Cameron
0e p 0 exp{(ln0 9.67)[1 (1 p / p0 )z ]} 0 (1 cp)16
评价润滑油的理化参数： （1）润滑性（油性） （2）极压性 （3）闪点 （4）凝点 （5）氧化稳定性
第四章 摩擦、磨损及润滑概 述
2、边界摩擦
– 吸附膜（物理吸附膜、化学吸附膜） – 反应膜（化学反应膜）
3、混合摩擦 4、流体摩擦
Hardy模型（1922年）
Bowden-Tabor模型（1945年）
Kingsbury模型（1958年）
Adamson模型（1960年）
Cobblestone模型(1988年) Homala-Israelechvili
第四章 摩擦、磨损及润滑概 述
4-2 磨损 1、粘着磨损 2、磨粒磨损 3、疲劳磨损 4、冲蚀磨损 5、机械化学磨损（腐蚀磨损） 6、微动磨损
磨损过程曲线
微动磨损实例
防止微动磨损的方法
第四章 摩擦、磨损及润滑概 述
4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法
1、润滑剂
– 润滑油
动力粘度 运动粘度
动力粘度：＝
运动粘度：＝
条件粘度（我国常用恩氏度）
粘—压特性与粘—温特性
弹性流体动力润滑
流体润滑的基本原理之弹性流体动力润滑弹性流体动力润滑2. 1 定义弹性流体动力润滑是指流体进入在两个相互运动的固体摩擦接触表面后，受到接触表面产生的巨大接触压力而发生的性状改变，以分割固体摩擦接触表面，减少摩擦。
弹性流体动力润滑是利用流体受到高压时,流体的物理特性及形态发生变化的特性来分隔高压下的摩擦副,从而达到润滑的目的.2.2 弹性流体动力润滑原理所谓弹性流体是指流体在高压下会从流体的形态转变成固体的形态。
但当压力去掉后，就会恢复到原来的形态。
流体变形的过程随着压力的变化而变化，压力升高，流体的粘度变大，当压力达到一定高度时，流体的形态开始变化，而流体的粘度不再变化，流体形态开始从液体向玻璃体转化，当压力继续升高，流体完全会转化为玻璃体（固体）；当压力下降时，玻璃体又会回到液体状态。
弹性流体动压润滑就是利用流体的弹性随压力变化而变化的特性，来实现分割量高压表面而达到润滑的目的，弹性流体动压润滑也特别适合滚压摩擦副。
2.3 弹性流体动力润滑理论是流体动压润滑理论新的重要发展。
在弹性流体动压润滑理论中，主要研究在两个具有相互运动的固体表面相互接触(一般是点或线接触)过程中，固体的弹性变形和流体粘度变化对流体动压润滑的作用。
弹性流体动力润滑有两个重要特点，一是油膜极薄，仅为接触区宽度的千分之一以上；另一个特点是接触压力极大，可达几千个兆帕(MPa)的压力峰值，因而在表面间的润滑油粘度比正常室温下的粘度大许多倍。
同时，引起弹性体很大的局部变形，它能急剧地改变润滑膜几何形状，而润滑膜形状又能决定油膜压力的分布，因此，—个弹性流体动力学问题的解必须同时满足弹性力学和流体力学润滑的基本方程式。
当滚动轴承、齿轮、凸轮等高副接触时，名义上是点、线接触，实际上受载后产生弹性变形，形成一个窄小的承载区域。
弹性变形引起的接触区域增大和接触区表面形状的改变，都有利于润滑膜的形成。
由于载荷集中作用，接触区内产生极高压力，其峰值甚至可达几千兆帕。
最新课件-机械设计第4章教学 精品
注：温度对边界膜的影响很大。温度越高，边界膜越容易破坏。
10
３）流体摩擦：是指摩 擦表面完全被流体膜隔开， 摩擦性质取决于流体内部 分子间粘性阻力的摩擦。
其摩擦系数最小，且不会 产生磨损，是理想的摩擦状态。
流体摩擦（或称流体润滑）的原理在本章第四 节详细介绍。
11
4. 混合摩擦 v 混合摩擦是指摩擦表面间处于边界摩擦 和流体摩擦的混合状态。混合摩擦能有 效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩 擦时要小得多。 边界摩擦 边界摩擦和混合摩擦在 f 工程实际中很难区分，常统 混合摩擦 称为不完全液体摩擦。 称无量纲参数ηn/p为轴承特性 数。 η-动力粘度，p-压强 ，n-每秒转数 摩擦学研究的最新进展： 微－纳米摩擦学理论
三、磨损的机理 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损
磨损类型：
冲蚀磨损
腐蚀磨损 微动磨损
疲劳磨损—也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在 交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的材料疲劳所引 起的机械磨损。 点蚀过程： 产生初始疲劳裂纹→扩展→ 微粒脱落，形 18 成点蚀坑。
三、磨损的机理 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损
磨损类型：
冲蚀磨损
腐蚀磨损 微动磨损
粘附磨损—也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作 用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后，在 相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形 成粘附磨损。严重的粘附磨损会造成运动副咬死。这种 磨损是金属摩擦副之间最普遍的一种 17 磨损形式。
内容提要
第 4章
摩擦、磨损及润滑概论
§4-0 概 述 §4-1 摩 擦 §4-2 磨 损 §4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法
§4-4 流体润滑原理简介
1
§4-0 概
10
３）流体摩擦：是指摩 擦表面完全被流体膜隔开， 摩擦性质取决于流体内部 分子间粘性阻力的摩擦。
其摩擦系数最小，且不会 产生磨损，是理想的摩擦状态。
流体摩擦（或称流体润滑）的原理在本章第四 节详细介绍。
11
4. 混合摩擦 v 混合摩擦是指摩擦表面间处于边界摩擦 和流体摩擦的混合状态。混合摩擦能有 效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩 擦时要小得多。 边界摩擦 边界摩擦和混合摩擦在 f 工程实际中很难区分，常统 混合摩擦 称为不完全液体摩擦。 称无量纲参数ηn/p为轴承特性 数。 η-动力粘度，p-压强 ，n-每秒转数 摩擦学研究的最新进展： 微－纳米摩擦学理论
三、磨损的机理 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损
磨损类型：
冲蚀磨损
腐蚀磨损 微动磨损
疲劳磨损—也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在 交变的摩擦力作用下，反复变形所产生的材料疲劳所引 起的机械磨损。 点蚀过程： 产生初始疲劳裂纹→扩展→ 微粒脱落，形 18 成点蚀坑。
三、磨损的机理 磨粒磨损 粘附磨损 疲劳磨损
磨损类型：
冲蚀磨损
腐蚀磨损 微动磨损
粘附磨损—也称胶合，当摩擦表面的轮廓峰在相互作 用的各点处由于瞬时的温升和压力发生“冷焊”后，在 相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形 成粘附磨损。严重的粘附磨损会造成运动副咬死。这种 磨损是金属摩擦副之间最普遍的一种 17 磨损形式。
内容提要
第 4章
摩擦、磨损及润滑概论
§4-0 概 述 §4-1 摩 擦 §4-2 磨 损 §4-3 润滑剂、添加剂和润滑方法
§4-4 流体润滑原理简介
1
§4-0 概
流体润滑(弹流润滑)
A
F F F F
B
设计：潘存云
两平形板之间不能形成压力油膜！
如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且 板A有载荷。 当板A运动时，两端速度若程虚线分布，则必然进油多而出油少。由 于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端 的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内凹， 出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力 与外载荷平衡，板A不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这 种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。这种由于粘性的流体润滑介 质流入楔形润滑收敛间隙而造成的动压力效应就叫流体动力润滑的楔形 效应。
2.流体动压润滑 在两个做相对运动物体的摩擦表面上，借助于摩擦表面的几何形状和 相对运动而产生具有一定压力的粘性流体膜，将两摩擦表面完全隔开， 由流体膜产生的压力来平衡外载荷。 流体动压润滑膜压力，通常由以下四个效应决定： 动压效应（主要） 挤压效应 伸缩效应 变密效应 平行板。板B静止，板A以速度v向左运 动，板间充满润滑油，无载荷时， 液 体各层的速度呈三角形分布，进油量 与出油量相等，板A不会下沉。但若板 A有载荷时，油向两边挤出，板A逐渐 下沉，直到与B板接触。
边界润滑状态，平均润 滑膜厚h与表面的复合粗 糙度 的比值λ趋于0(小于 0.4～1)，典型膜厚在150nm时，摩擦表面微凸 体接触增多，润滑剂的 粘度对降低摩擦所起作 用很小，几乎完全不起 作用，载荷几乎全部通 过微凸体以及边界润滑 膜承担。
混合润滑状态，平均润 滑膜厚h与摩擦副表面 的复合粗糙度 的比值λ 约为3，典型膜厚在 1μm以下，此时摩擦表 面的一部分被流体润滑 膜隔开，承受部分载荷， 也会发生部分表面微凸 体的接触，以及有边界 润滑膜承受部分载荷。
4 第四章 摩擦、磨损及润滑概述
4. 流体摩擦（fluid friction） 润滑油膜厚度大到将两个表面接触的微凸体完 全分开时的摩擦。此时，没有金属的直接接触 ，润滑性能取决于润滑油本身的性质。
5. 混合摩擦（mixed friction） 两个摩擦面间有些部位呈现干摩擦，有些部位 呈现边界摩擦，有些部位呈现液体摩擦，这种 状态称为混合摩擦。摩擦系数不稳定。
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第四章 摩擦磨损及润滑概述
一、基本概念
摩擦（friction）
摩擦力 （friction force）
正压力N
v
切向力F
磨损（wear） ——摩擦时，摩擦表面材质损失或转移的现象
润滑（lubrication）——摩擦面添加介质（油、脂 等），以减小摩擦、磨损，降低材料消耗， 保证机器可靠工作的现象。
是层流，各层之间存在相对滑移，各层界面上就有剪
切力：
τ
=
-
η
∂u ∂y
∂u ∂ y —— 流体延运动方向的速度梯度
A. 动力粘度η
单位：Pa·s（国际），P (泊)（绝对单位）
B. 运 动 粘 度 ν
ν
η ρ
ρ—流体密度
单位：m2/s（国际），St (斯)（绝对单位）
C.条 件 粘 度 ηE 单位：ºEt（恩氏度）
② 油性 物理吸附膜，化学吸附膜
③ 极压性 化学反应膜。
④ 氧化稳定性 润滑油抗氧化的能力。
⑤ 闪点（flash point） 衡量易燃性的指标，高温下工作很重要。
⑥ 凝固点（solidifying point） 衡量低温下工作的性能。
（2）润滑脂（grease）
钙基润滑脂 纳基润滑脂 锂基润滑脂 铝基润滑脂 ① 针入度（penetration ） 衡量脂的稠密程度，针入度小，承载能力大。 ② 滴点（drop point） 衡量润滑脂的耐高温能力。
5. 混合摩擦（mixed friction） 两个摩擦面间有些部位呈现干摩擦，有些部位 呈现边界摩擦，有些部位呈现液体摩擦，这种 状态称为混合摩擦。摩擦系数不稳定。
第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第四章 摩擦磨损及润滑概述
一、基本概念
摩擦（friction）
摩擦力 （friction force）
正压力N
v
切向力F
磨损（wear） ——摩擦时，摩擦表面材质损失或转移的现象
润滑（lubrication）——摩擦面添加介质（油、脂 等），以减小摩擦、磨损，降低材料消耗， 保证机器可靠工作的现象。
是层流，各层之间存在相对滑移，各层界面上就有剪
切力：
τ
=
-
η
∂u ∂y
∂u ∂ y —— 流体延运动方向的速度梯度
A. 动力粘度η
单位：Pa·s（国际），P (泊)（绝对单位）
B. 运 动 粘 度 ν
ν
η ρ
ρ—流体密度
单位：m2/s（国际），St (斯)（绝对单位）
C.条 件 粘 度 ηE 单位：ºEt（恩氏度）
② 油性 物理吸附膜，化学吸附膜
③ 极压性 化学反应膜。
④ 氧化稳定性 润滑油抗氧化的能力。
⑤ 闪点（flash point） 衡量易燃性的指标，高温下工作很重要。
⑥ 凝固点（solidifying point） 衡量低温下工作的性能。
（2）润滑脂（grease）
钙基润滑脂 纳基润滑脂 锂基润滑脂 铝基润滑脂 ① 针入度（penetration ） 衡量脂的稠密程度，针入度小，承载能力大。 ② 滴点（drop point） 衡量润滑脂的耐高温能力。
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第六讲 流体润滑原理简介
设计机械零
流体静力润滑是靠液压泵（或其他压力流体源）将件的时基应本加满要足求足 压后 的流体送入摩擦表面之间，利用流体静压力平衡外载荷。下图 典型的流体静力润滑系统示意图。
流体静力润滑的承载能力对两摩擦表面形状、相对运动情况、 以及流体粘度等没有要求。
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第四章 摩擦、磨损及润滑概述
第六讲
流体润滑原理简介
第六讲 流体润滑原理简介
设计机械零
根据摩擦面间油膜形成的原理，将流体润滑分件的时基为应本满要足求流足 体动 力润滑（利用摩擦副表面形状和相对运动形成承载油膜）和 流体静力润滑（从外部将有压润滑油送入摩擦面间，强制形 成承载油膜）。 当摩擦面间接触压力较大，产生的弹性变形与油膜的数 量级相同，这种流体动力润滑特别地称为弹性流体动力润滑。
第六讲 流体润滑原理简介
设计机械零 件时应满足足 的基本要求
从弹性流体动力润滑的数学描述来讲，除考虑了雷诺方程
外，还需要联立表面弹性变形方程、计入变形的油膜厚度方程、
粘度—压力方程（有时还有密度—压力方程）等。
问题1：由于任何零件表面都有一定的粗糙度，当弹性流体动力润 滑的流油体膜动很力薄润时滑，与接弹触性表流面体的动粗力糙润度滑对的润本滑质性区能别影有响哪很些大？。因一
流体动力润滑简介
弹性流体动力润滑简介
流体静力润滑简介
第六讲 流体润滑原理简介
两个作相对运动物体的摩擦表面，借助于相对速度设件计时而机应械满零足足产生的 的基本要求
粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力平衡外 载荷，称为流体动力润滑。粘性流体可以是液体——液体动力润 滑，也可以是气体——气体动力润滑。 流体动力润滑中的楔效应承载机理
何原因而存在这些不同？ 问般题认2：为要保证实现完全弹性流体动力润滑，其膜厚λ应大于3~4。
当λ弹<3性时流，体总动有力少润数滑表与面部轮分廓弹峰性会流直体接动接力触润，滑这的种本状质态区称别为在部分 哪里？
弹性流体动力润滑状态。生产实际中绝大多数的齿轮传动、滚
动轴承等都是在这种润滑状态下工作。
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粘性流体流入楔形收敛间隙而产生压力的效应称为流体动力 润滑的楔效应。
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第六讲 流体润滑原理简介
设计机械零 件时应满足足
弹性流体动力润滑考虑了摩擦表面的弹性变形、的润基本要滑求 油的粘
度（有时还有密度）随压力发生变化等情况。典型弹性流源自动力润滑的油膜压力分布和油膜厚度分布。