第5章 流体动压润滑与静压润滑.
流体润滑原理
线接触下的油膜厚度与油膜压力
点接触下的挤压油膜形状
5. 弹流体动力润滑简介
5. 弹流体动力润滑简介
流体润滑的分类：根据液体压力形成的方式可分为流体静 压润滑和流体动压润滑。流体静压润滑是从外部供给具有一定压 力的流体来平衡外载荷。流体动压润滑是由摩擦表面几何形状和 相对运动，借助粘性流体的动力学产生动态压力，用此润滑膜的 动压来平衡外载荷。
2.雷诺方程
流体动压润滑理论的基本方程之一——润滑油压力分布的微分方 程——即雷诺方程。雷诺方程可以从粘性流体力学的基本方程导出， 也可以从纳维-斯托克斯方程导出。
2.雷诺方程
3. 普遍情况
两个表面间有楔形间隙，其间润滑剂的密度和粘度均不是常数（如气体），两个 表面也不是无限宽（在z方向有侧向流动），两表面在x方向以变化的速度U1和U2 作运动，两表面在y方向还有法向速度V1和V2（以V1－V2的速度互相接近）。如 图所示。
2.雷诺方程
在这种情况下，除了收敛楔形的作用可建立流体动压外，还有挤压作用 建立的流体动压。此外，由于表面不是无限宽，故润滑剂在z方向还有侧 向流动（侧泄）。把这些因素都考虑进去，仍以各截面上的流量相等 （流体连续性运动）为边界条件，导出雷诺方程的一般形式：
②作用于单元体上的力应当处于平衡
右图示为单元体各个表面上沿x方向的各个应力， 这些应力乘以各自作用平面的面积，就是六个 表面力。
此外，流体单元体在x方向还可能有体积力
（重力）x dxdydz ，及使流体加速的惯性力：
dxdydz
du dt
。这两个力作用于单元体的质点中心。
式中：x 单位质量在x方向所受的体积力； u 流体在x方向的速度分量。
流体动压润滑理论
流体动压润滑理论（简介）在摩擦副两表面间被具有一定粘度的流体完全分开。
将固体间的外摩擦转化为流体的内摩擦。
以防止这些固体表面的直接接触，并使滑动过程中表面间的摩擦阻力尽可能减小，表面的损伤尽量减低，这就是流体润滑。
它的发展与人们对滑轮和摩擦的研究密切相关发展简史1.流体动压现象)当动环回转时，由于静环表面有很多微孔，动环的转动使其表面与静环表面上的微孔形成收敛缝隙流体膜层，使每一个孔都像一个微动力滑动轴承。
也就是说，当另一个表面在多孔端面上滑动时，会在孔的上方及其周边产生流体动压力，这就是流体动压效应。
（实例）流体动压润滑——流体动压润滑是依靠运动副两个滑动表面的形状，在其相对运动时，形成产生动压效应的流体膜，从而将运动表面分隔开的润滑状态。
特点）a.流体的粘度，一般遵循粘性切应力与切应变率成比例规律b.楔形润滑膜，依靠运动副的两个滑动表面的几何形状，在相对运动时产生收敛型流体楔，形成足够的承载压力，以承受外载荷。
形成动压润滑的条件：a.润滑剂有足够的粘度b.足够的切向运动速度（或者轴颈在轴承中有足够的转速）c.流体楔的几何形状为楔形（轴在轴承中有适当的间隙）2.流体动压润滑理论)在摩擦副两表面间被具有一定粘度的流体完全分开。
将固体间的外摩擦转化为流体的内摩擦。
以防止这些固体表面的直接接触，并使滑动过程中表面间的摩擦阻力尽可能减小，表面的损伤尽量减低。
滑动轴承运动副间要现成流体薄膜，必须使运动副锲形间隙中充满能够吸附于运动副表面的粘性流体，并且运动副表面相对运动可以带动润滑流体由大端向间隙小断运动，从而建立起布以承受载荷。
它的发展与人们对滑轮和摩擦的研究密切相关。
流体润滑具有极低的摩擦阻力，摩擦系数在0.001～0.008或更低（气体润滑），并能有效地降低磨损。
流体润滑的分类：根据液体压力形成的方式可分为流体静压润滑和流体动压润滑。
流体静压润滑是从外部供给具有一定压力的流体来平衡外载荷。
流体动压润滑是由摩擦表面几何形状和相对运动，借助粘性流体的动力学产生动态压力，用此润滑膜的动压来平衡外载荷。
工程摩擦学5 Lubrication
5. Lubrication
5.3 流体动压润滑 3)径向轴承:在流体动压润滑轴承中，径向轴承应用最广，往
复式柱塞泵、泥浆泵等都广泛采用了径向轴承。 (1)油膜厚度分布
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5. Lubrication
5.3 流体动压润滑 3)径向轴承:在流体动压润滑轴承中，径向轴承应用最广，往
复式柱塞泵、泥浆泵等都广泛采用了径向轴承。 (2)压力方程
对于一般无法向X趋近的稳定润滑 状态，V＝0，上式也简化为:
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5. Lubrication
5.2 流体润滑的基本方程
1)流量方程:
2)剪应力方程
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5.3 流体动压润滑
1)流体动压润滑的承载原理
(1)两平行平面间的流动 速度梯度:
同时由图看出，在单位时间内以A截面进入的流量应等于由B截面流出的流量 在此情况流体末受挤压，不产生压力差，油膜中不可能形成压力，故不能承受外载荷。
5.4 流体静压润滑
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5.5 典型传动件的润滑
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5. Lubrication
5.5 典型传动件的润滑
通常根据滑动轴承的工作温度、轴颈圆周速度、载荷来确
定润滑油的运动粘度，再考虑其他要求而选出油的牌号。
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Hale Waihona Puke . Lubrication2020/2/18
5. Lubrication
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5. Lubrication
5.2 流体润滑的基本方程
1)流体的连续性方程式
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对润滑的基础知识做了一些总结
一．润滑分类基本上，可以近似认为润滑膜厚越厚，承载能力越高。
因而不同的润滑类型大致可以根据工作时润滑膜的膜厚来区分。
1.流体动压润滑：中高速，面接触(滑动轴承)，动压效应形成流体润滑膜。
膜厚1～100μ.[流体动压润滑形成条件：a.磨擦表面具有收敛楔；b.轴颈具有足够的转速；c.润滑油具有适当的粘度；d.外载不得超过最小油膜所能承受的限度。
外加两个重要假设：一定温度时，流体粘度不变；摩擦表面视为刚体.]2.流体静压润滑：各种速度，面接触，外压强制流体送入摩擦面间形成静压膜。
膜厚1～100μ.3.弹性流体动压润滑（弹流润滑）：中高速，点线接触(滚动轴承)，动压效应形成流体润滑膜。
膜厚0.1～1μ.[丢弃动压润滑的简化考虑：流体、摩擦面均视为弹性体；粘度是压力的函数]4.薄膜润滑：低速，点线接触高精度摩擦副，动压效应形成流体润滑膜。
膜厚10～100nm.5.边界润滑：低速重载，高精度摩擦副，润滑油和金属表面反应生成理化润滑膜。
膜厚1～50nm.6.干摩擦(润滑)：无润滑或自润滑。
表面氧化膜或气体吸附形成。
膜厚1～10nm.如想量化判断具体工况是什么润滑类型，看参数：膜厚比αα=h。
/(σ1^2+σ2^2)^0.5h。
为接触表面间的最薄润滑膜厚度;σ1、σ2分别为两摩擦表面粗糙度的均方根值。
一般说来，当α＜1时，会产生粘着；1≤α≤3时，摩擦副处于部分弹性流体动压润滑状态，有可能发生粘着磨损；α＞3时，摩擦副处于全膜润滑状态，可认为不会发生粘着磨损。
使用一般矿物油润滑和一般加工质量的几种常见的摩擦副，其膜厚比范围约为:滚动轴承,α=1～2.4；齿轮传动，α=0.6～1.8；凸轮机构，α=0.3～1.2。
二．流体润滑关键因素液体的动压润滑主要考虑粘温关系；气体润滑主要考虑密度——压力关系；弹流润滑中粘温、粘压、压缩性（密度）都是重要因素。
1．润滑油a.流体(润滑油)粘度：流体抵抗剪切变形能力的度量，表征流体流动时的内摩擦大小。
润滑方法基础-润滑原理
润滑方法基础润滑原理第一节概述定义：在相对运动摩擦副之间加入某种具有一定承载能力和低剪切抗力的物质，用来控制或降低摩擦，磨损，以达到降低能耗，延长摩擦副使用寿命的目的，这种方法就称为润滑，这类物质就称为润滑剂．设备合理地润滑是减少摩擦阻力、降低磨损的根本措施，决定机械设备运行效率和使用寿命的主要因素．机械设备不同—工作条件不同—重要程度不同—采用的润滑方法应不同．要求：根据设备实际情况，以相应的润滑原理为依据，采用较为合理的润滑方法和润滑设备进行合理润滑，以达到最佳的润滑效果和投资效益。
掌握各种润滑机理，是进行合理润滑的前提．润滑的作用：1、降低摩擦阻力摩擦副表面之间加入润滑剂，形成润滑剂表面膜，将摩擦副两表面物质的直接作用完全或部分地转变为各表面与润滑剂膜以及润滑剂膜的内部作用；实质：将摩擦副的外摩擦部分地或全部地转变成润滑剂的内摩擦；2、减少磨损润滑剂表面膜的隔离作用，使得摩擦副两表面的直接接触、相互作用的面积、深度、程度都大大降低．3、降低温度和冷却作用1)减摩作用，提高了机械效率，减少摩擦热的产生；2)循环润滑，将—部分摩擦热带走；有效地降低了摩擦副温升，起到了对摩擦副工作表面降温冷却的作用．4、防止腐蚀和保护金属表面润滑剂吸附在金属摩擦剧表面，将金属表面与环境的有害介质分隔开。
5、清洁冲洗作用利用液体润滑剂的流动性，可以把摩擦面间的磨损微粒或有外来硬质颗粒带走，以减少磨料磨损．润滑剂循环过滤，可以提高冲洗效果。
6、密封作用润滑剂在气缸和活塞之间不但起到减摩的作用，而且由于油膜的存在还能增强密封效果。
润滑脂对于形成密封有特殊的作用，可以防止水湿、灰尘、杂质对摩擦副或机械设备内部的侵入．7、阻尼缓冲减振作用润滑剂充满在摩擦副间隙之间形成润滑剂膜，可以起到缓冲和减振的作用，减少作噪音、冲击负荷．第二节润滑的分类一、根据所采用润滑剂的物质形态可以分为：1、气体润滑润滑材料空气、蒸汽、氮气等，采用高压的方法在摩擦副表面之间形成气体压力润滑膜，达成润滑的目的．如气压导轨、惯性陀螺仪、高速磨头的轴承等。
《流体动力润滑》课件
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润滑系统的设计
润滑油选择：根据设备类型、工作环境等因素选择合适的润滑油 润滑油量控制：根据设备需求，控制润滑油量，避免过多或过少 润滑油温度控制：保持润滑油在适宜的温度范围内，避免过高或过低 润滑油过滤：定期更换或清洗润滑油过滤器，保持润滑油清洁 润滑油监测：定期检查润滑油质量，及时更换或补充润滑油 润滑油维护：定期进行润滑油维护，确保润滑系统正常运行
流体动力润 滑可以促进 可持续发展， 实现绿色制 造目标
流体动力润滑技术的经济价值与社会效益
提高生产效率：减少设备磨损，提高生产效率
降低成本：减少润滑油消耗，降低生产成本
环保：减少废油排放，降低环境污染
提高产品质量：提高产品精度，提高产品质量
提高企业竞争力：提高生产效率，降低成本，提高产品质 量，提高企业竞争力
倾点：润 滑剂在低 温下的流 动性能， 影响低温 启动性能
抗氧化性： 润滑剂的 抗老化性 能，影响 使用寿命
抗磨性： 润滑剂的 抗磨损性 能，影响 机械设备 的使用寿 命
抗泡性： 润滑剂的 抗泡沫性 能，影响 润滑效果 和设备运 行稳定性
05
流体动力润滑的实践应用
流体动力润滑在机械工业中的应用
流体动力润滑在机械工业中的 重要性
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流体动力润滑PPT课件
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目录
01 02 03 04 05 06
添加目录项标题 流体动力润滑的基本概念
流体动力润滑的要素 流体动力润滑的理论基础 流体动力润滑的实践应用 流体动力润滑的发展趋势与挑战
01
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02
流体动力润滑的基本概念
流体动力润滑
流体润滑的基本原理之流体动力润滑流体润滑研究和发展机器在运动时，运动的零部件之间必定会发生摩擦从而造成磨损，而润滑是减小摩擦、减轻甚至避免磨损的直接措施。
人类进入工业社会以后，润滑已逐渐发展成为一门重要的技术，井已成为工业部门和学术机构重要的研究领域。
19世纪未流体润滑现象被首次发现，几乎同时流体润滑理论也被提出来了。
二战期间军事装备的需求促使润滑技术高速发展，也对润滑理论，持别是流体润滑理论提出了更高的要求。
战后各工业国立即投入大量人力物力，开展有关方面的研究。
现在比较成熟的流体润滑原理主要包括三个方面内容，它们是：1．流体动力润滑2．流体静压润滑3．弹性流体动力润滑流体动力润滑原理1.1：定义流体动力润滑是利用流体的黏附性，使流体黏附在摩擦表面，并在摩擦副做相对运动时被带入两摩擦副的摩擦表面之间。
如果两摩擦副的表面形成收敛的楔形空间，则被带入摩擦副的两摩擦表面中的流体就会形成一定的压力，这种压力会随着摩擦副的运动速度和流体的粘度发生改变。
当流体的粘度一定时，摩擦副的运动速率越大，则流体形成的压力就越大；当摩擦副的运动速率一定时，流体的粘度越大，则流体形成的压力就越大。
进入摩擦表面的流体会像一个楔子，由于摩擦副在不断的做相对运动，所以会产生一定的压力，迫使流体向楔子一样楔入两摩擦表面，从而将两摩擦表面分隔开来，阻止两摩擦表面直接接触。
简单地说，流体动力润滑是利用相对运动的摩擦表面间的相对速度、流体的粘滞行和摩擦副之间的楔形墙体，迫使流体压缩而产生压力膜将两表面完全分隔开，并依靠流体产生的压力来平衡外载荷。
两个作相对运动物体的摩擦表面，用借助于相对速度和流体的粘滞性而产生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，称为流体动力润滑。
所用的粘性流体可以是液体(如润滑油)也可以是气体(如空气等),相应地称为液体动力润滑和气体动力润滑。
流体动力润滑是依靠表面运动而产生的动力学效应。
设备润滑类别
设备润滑类别
<1> 流体润滑
摩擦表面完全为连续的润滑剂膜所分隔开，由低摩擦的润滑剂承受载荷，磨损轻微。
流体润滑包括以下四种:
1. 流体动压润滑
依靠运动副两个滑动表面的形状，在其相对运动时形成一层具有足够压力的流体膜，将摩擦表面分隔开的一种润滑状态。
2. 流体静压润滑
利用外部的流体压力源或供油装置，将具有一定压力的流体润滑剂输送到支承的油腔内，形成具有足够压力的流体润滑膜，将表面分隔开并承受载荷的一种润滑状态，又称为外供压润滑。
3. 流体动静压润滑
兼有流体动压和流体静压润滑的作用，可使支承表面之间在静止、启动、停止、稳定运动或是工况交变状况下均能保持流体润滑作用。
4. 弹性流体动压润滑
两相对运动表面间的弹性变形与润滑剂的压力-粘度、温度-粘度效应对其摩擦与油膜厚度起重要作用的润滑状态。
<2> 混合润滑
同时有以上几种润滑状态存在的情况。
<3> 边界润滑
摩擦表面的微凸体接触较多，润滑剂的流体润滑作用减少，甚至完全不起作用，载荷几乎全部通过微凸体及润滑剂和表面之间相互作用所生成的边界润滑膜来承受。
边界润滑膜可分为物理吸附膜、化学吸附膜、化学反应膜、沉积膜及固体润滑剂膜等。
<4> 无润滑或干摩擦
摩擦表面之间润滑剂的流体润滑作用已经不复存在，载荷由表面上存在的固体膜及氧化膜或金属基体承受时的状态。
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流体动压润滑与静压润滑 理论
概述 Reynolds方程 Reynolds方程的简化 推力轴承 径向轴承 静压润滑理论
一、概述
• 润滑的定义：摩擦幅副间加入低剪切强度 的物质，以降低摩擦磨损。 • 润滑的分类
– 润滑剂：气、液、固 – 润滑状态：流体、混合、边界、干摩擦
• 润滑状态的判别：
四、推力轴承的设计
结构:瓦块固定，转子旋转， 并承担载荷。瓦块开有油 槽，斜表面，转子运动将 油带入收敛楔形产生动压 润滑。
• 应用的主要设备有：大型风 机，泵，蒸汽轮机，燃气轮 机，内燃机，发电机， 其它转动设备。
3 p 3 p dh h 6U h x x y y dx
2 宽度方向无限长轴承
• 只考虑油膜X方向上的压力变化，在轴承Y方向看成无限长， 在Y方向压力均衡，对Y的导数为0。Reynolds方程简化为：
d 3 dp dh h 6U dx dx dx dp h3 6U h C dx dp 在 0处, 油膜厚度为 h dx C 6U h dp hh 6U dx h3
1886年Reynolds从流量平衡和力平衡原理推导 出流体动压润滑过程的数学表达式，它是流体 动压润滑的基本方程。
– 假设：流动不可压缩、层流、牛顿流体、略去体积 力和惯性、界面上无润滑动等。 – 三维Reynolds方程
h 3 p h 3 p 6 ( U U ) h ( V V ) h 2 ( w w ) 1 2 1 2 h 0 y y x x x y
式中右边三项表明流体动压润滑产生的原因分别为 油楔形状效应、表面伸缩效应以及法向挤压效应。
三、Reynolds方程的简化
1 三维Reynolds方程的简化
(1) 令U=U1+U2，V=V1+V2 (2)际上很少两个相互垂直方向均有油楔和速度的运动，设
(Vh ) 0 y
(3)在实际稳定运转的轴承中，上下表面不可渗透的，故 Wh-W0=0 (4)再假定粘度η在各方向不变。通过以上简化可得：
表面膜厚度
不同润滑状态下的摩擦因数
膜厚比对滚动轴承疲劳寿命的影响
润滑状态过程
STRIBECK根据滑动轴承与滚动轴承的实际测量，研 究了随着工况条件的改变，润滑状态的过度过程。 为了消除温度对粘度的影响，采用25℃ 作为计算摩 擦因数的依据，将润滑状态分为三个区域。 流体润滑：油膜h>Rq，摩擦特性完全取决于液体的体 相性能，μ与流体的粘度有关。气体润滑、磁浮。 边界润滑：摩擦特性完全由润滑膜理化性能、表面特 性和接触力学所决定。 混合润滑：摩擦特性取决于液体的体相性能，又取于 润滑膜理化性能、表面特性和接触力学所决定
– 指标：膜厚比 λ (λ=hmin /σq）、摩擦因数
• 润滑状态过程
金属摩擦副的滑动摩擦： 干摩擦—最不利
弹性变形
流体摩擦
塑性变形
边界膜
边界膜
液体
液
边界摩擦—最低要求
混合摩擦
边界膜
液体
几种摩擦的界限常以膜厚比来大致估计：
hmin
2 2 Rq R 1 q2
式中：hmin——最小公称油膜厚度，m
• 流体动压润滑：收敛楔形间隙形成液体动力油膜 • 弹性流体动压润滑(EHL)：粘度效应及两金属间表面的弹性变形形成 流体动力油膜 • 热楔形油膜：热变形效应产生楔形间隙来建立油膜 • 挤压油膜：靠两表面间的法向挤压建立油膜压力
流体润滑
楔形油膜Байду номын сангаас
弹性流体润滑（EHL）
挤压油膜
二、Reynolds方程
Rq1 ——接触表面轮廓的均方根偏差，m
Rq2 ——接触表面轮廓的均方根偏差，m
≤0.4,干摩擦 ≤1，边界摩擦； ＝1～3，混合摩擦； ＞3，流体摩擦
润滑状态的判别
润滑状态 干摩擦 边界润滑 混合润滑 流体润滑 膜厚比 λ λ < 0.4 0.4<λ<1 1<λ<3 λ>3 载荷的分布 载荷全部由微凸体承担 载荷主要由微凸体承担 载荷由微凸体、油膜共同 承担 载荷全部由油膜承担，摩 擦磨损 极小。
dp 常数 h, 用边界条件 0, 求 h 值. dx
3宽度方向无限短轴承
在Y方向的轴承宽度L远远小于X方向的长度B，在X方向的压 梯度远小于Y方向的，故在X方向上的压力变化可勿略不计。 Reynolds方程简化为：
3 p dh ,由于h通常不是y的函数.故 h 6U y y dx d 2 p 6U dh dp 3U dh 3U dh 2 3 3 y c1 p 3 y c1 y c2 2 dy h dx dy h dx h dx L 在轴承两端, 即y , p 0, 压力对称于y 0 2 dp 3U dh L2 当y 0, 0, c1 0.c2 3 dy h dx 4 3U dh 2 L2 L p 3 ( y )(当 0.25时, 计算结果比较准确.) h dx 4 B
载荷，过渡到液体润滑，摩 擦磨损极低，润滑性能取决 于油的体相性能（如粘度）。
流体润滑简介
• 定义：固体摩擦表面之间依靠所维持的一层充分厚的 粘性流体膜进行润滑。 • 特点：摩擦因数极小，磨损很小。 • 分类(油膜形成的机理)：
– 静压润滑：外接油泵来产生压力 – 动压润滑：粘性流体在两个相对运动的表面所形成楔形间隙 来产生压力。
STRIBECK曲线
1：当粘度、速度太低、压力 太高，轴承数ηv/p较小，处于 边界润滑区（Ⅲ区），μ大、 磨损大，对润滑起主要作用的 是润滑油和表面的理化性能。 2：当轴承数ηv/p增加，部分 动力润滑增加，过渡到混合润 滑（Ⅱ区）， μ和磨损逐渐降 低。 3：轴承数ηv/p进一步增加至 一定程度，油膜足以承担全部