潤(rùn)滑理論參考資料

1、螃螅潤(rùn)滑理論螇一、潤(rùn)滑的作用和類型螈水、灰塵及其他雜質(zhì)的侵入。 蝿芀肁1.潤(rùn)滑的作用芃潤(rùn)滑的目的是在機(jī)械設(shè)備摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面間加入潤(rùn)滑劑以降低摩擦阻力和能源消耗，減少表面磨損，延長(zhǎng)使用壽命，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。潤(rùn)滑的作用如下:1）降低摩擦2）減少磨損3）冷卻，防止膠合袃2.潤(rùn)滑的類型4）防止腐蝕此外，潤(rùn)滑劑在某些場(chǎng)合可以起阻尼、減振或緩沖作用。潤(rùn)滑劑 的流動(dòng)，可將摩擦表面上污染物、磨屑等沖洗帶走，起清潔作用。有些場(chǎng)合，潤(rùn)滑劑還可起到密封作用，減少冷凝1）液體潤(rùn)滑（摩擦），兩表面完全為潤(rùn)滑劑隔開，摩擦為流體內(nèi)的粘性阻力形成。2）混合潤(rùn)滑（摩擦），兩表面之間又有液體潤(rùn)滑狀態(tài)，又有邊界潤(rùn)滑狀態(tài)的混

2、合情況。3）邊界潤(rùn)滑（摩擦），兩表面之間由邊界膜（吸附膜或化學(xué)膜等）形成的潤(rùn)滑。4）無潤(rùn)滑（干摩擦），無或很少潤(rùn)滑劑的情況。流體潤(rùn)滑自然是最佳的潤(rùn)滑狀態(tài)。形成液體潤(rùn)滑的方式主要有：流體動(dòng)壓潤(rùn)滑、彈性流體動(dòng)壓潤(rùn)滑、流體靜壓潤(rùn)滑等。莃二、流體動(dòng)壓潤(rùn)滑衿4）變密度效應(yīng)。羇運(yùn)動(dòng)副工作時(shí)，兩工作表面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可將潤(rùn)滑劑帶入 工作區(qū)，并建立一定的油壓 （動(dòng)壓）支撐外載荷，形成油膜，保護(hù)工 作表面，形成所謂流體動(dòng)壓潤(rùn)滑-。流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的形成需要三羈 個(gè)條件：1）兩表面之間有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)（滾動(dòng)或滑動(dòng)）2）兩表面之間有楔形間隙，潤(rùn)滑油從大口進(jìn)入;3）兩表面之間有潤(rùn)滑劑（有粘度）。1886膈噸這就是所謂的流體動(dòng)

3、壓潤(rùn)滑三要素。動(dòng)壓潤(rùn)滑理論就是探討間隙中流體的流動(dòng)、壓力等關(guān)系。 年雷諾導(dǎo)出了經(jīng)典的 Reynolds方程。1.雷諾方程雷諾方程是流體潤(rùn)滑理論的基本方程:螀 蒈薈3）與流體膜厚度相比較，軸承表面的屈率半徑很大，因此,不需要雷諾方程假設(shè)條件：3y T| 勿5y1）忽略體積力的作用。2）沿流體膜厚度方向，流體壓力不變。考慮流體速度方向的變化。芅在密度等隨時(shí)間變化的場(chǎng)合，雷諾方程可寫成：2.雷諾方程的求解1)壓力分布3 嚴(yán)1? 3p)+ 3 (pl?5 更 耳3y r? dyONdyxph +2衛(wèi)(叫WJ力P(x,y)積分求得，即:從理論上講，當(dāng)運(yùn)動(dòng)速度和潤(rùn)滑劑粘度已知時(shí)，對(duì)于給定的間隙形狀h(x,

4、y)和邊界條件，將雷諾方程積分，既可求得壓力分布p(x,y)。2)載荷量流體潤(rùn)滑劑膜支承的載荷量 W可在整個(gè)潤(rùn)滑劑膜范圍內(nèi)將壓袁w =袂蠆式中：U,V,W-分別為流體沿坐標(biāo)x,y,z方向的速度分量；P-密度；積分的上下限根據(jù)壓力分布來確定。t-時(shí)間;h-流體膜厚度;p-壓力；這就是普遍形式的雷諾方程。左端表示流體潤(rùn)滑膜壓力在潤(rùn)滑3）摩擦力表面上隨x,y的變化。右端表示產(chǎn)生潤(rùn)滑膜壓力的各種效應(yīng)，各項(xiàng)的物理意義為:在流體膜潤(rùn)滑系統(tǒng)中，要克服的摩擦力F0,h主要是由速度及壓力引起的流體層中的切應(yīng)力形成的，即:芄蒀膁1）流體楔動(dòng)壓效應(yīng)；襖芆膀裊膄蝕螂祎肇節(jié)蒞2）伸縮效應(yīng);a V且3牡旳肂膀螈羈莇蚄式中

5、，正號(hào)為z=0表面上的摩擦力，負(fù)號(hào)為z=h表面上的摩擦力。根據(jù)牛頓粘性定律可得薀羀膅袃薈螅蒃2芒蟻節(jié)肀螃羋芆裊螃螇膅螞腿聿對(duì)于下表面z=0,可得摩擦力為芇袈3）擠壓效應(yīng);羄bIt!i/nrl膃肂袈蠅芃蚅肁薁薀蚇薂蒅莈膈蚈膆螄對(duì)于上表面z=h,可得摩擦力為蒁薃羀芀螈蚃袃IP豊73叩昨羀薅芅薁摩擦力求得之后，就可確定摩擦系數(shù)卩=F/W,以及摩擦功率損失和 因粘性摩擦所發(fā)生的發(fā)熱量。4）潤(rùn)滑劑流量通過流體潤(rùn)滑劑膜邊界流出的流量Q可以按下式計(jì)算：蒀蒆羄將各個(gè)邊界的流出流量相加，可求得總流量，根據(jù)計(jì)算的流量可以確定必須的供油量以保證間隙內(nèi)添滿潤(rùn)滑劑，同時(shí)根據(jù)流出流 量和摩擦功率損失還可以確定潤(rùn)滑劑膜的熱

6、平衡溫度。三彈性流體動(dòng)壓潤(rùn)滑式中El-拉梅常數(shù)；EL=nE當(dāng)滾動(dòng)軸承、齒輪、凸輪等高副接觸時(shí)，名義上是點(diǎn)、線接觸, 實(shí)際上受載后產(chǎn)生彈性變形，形成一個(gè)窄小的承載區(qū)域。彈性變 形引起的接觸區(qū)域增大和接觸區(qū)表面形狀的改變，都有利于潤(rùn)滑 膜的形成。由于載荷集中作用，接觸區(qū)內(nèi)產(chǎn)生極高壓力，其峰值甚至可達(dá) 幾千兆帕。壓力引起接觸區(qū)內(nèi)潤(rùn)滑劑的粘度的增大是極為顯著的,3）油膜厚度計(jì)算公式1圓柱與圓柱接觸比常溫常壓下的粘度要大幾百幾千倍。一般，粘度隨壓力按指數(shù) 規(guī)律增大。同時(shí)，接觸區(qū)摩擦產(chǎn)生的溫度很高，又會(huì)減低潤(rùn)滑劑 的粘度。因此，在這種情況下的彈性效應(yīng)、粘-壓效應(yīng)、粘-溫效應(yīng)等是不能忽略的?？紤]了這些效應(yīng)的

7、流體動(dòng)壓潤(rùn)滑就稱為彈性流體動(dòng)壓潤(rùn)滑。這是近40年來人們所發(fā)現(xiàn)并取得突破進(jìn)展的新研究領(lǐng)域。設(shè)圓柱中心處的油膜厚度為h0 ,兩圓柱半徑分別為R2（RiR2），高階微小項(xiàng)略去不計(jì)，在 x處的油膜厚度h為在彈流潤(rùn)滑的接觸區(qū)中，油膜厚度在級(jí)，很薄，僅為接觸區(qū)寬度的千分之一到百分之一。為求得接觸區(qū)的油壓、變形和膜厚，要聯(lián)立求解雷諾方程、彈性方程，如果考慮溫度的影響（熱彈流潤(rùn)滑），還要聯(lián)立能量方程和熱傳導(dǎo)方程等，成為一個(gè)復(fù)雜和困 難工作。這個(gè)工作一般是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字求解的。1.格魯賓（Grubin）近似解如果取R=R1R2（R1R2）,式中“ +”號(hào)用于外接，-”“號(hào)用于內(nèi)接R稱為換算曲率半徑?？傻迷诎?/p>

8、特爾研究工作的基礎(chǔ)上，格魯賓等首次將雷諾方程與赫茲 彈性變形以及粘度-壓力關(guān)系聯(lián)系起來，求解了線接觸的等溫全膜 彈流問題，求得了膜厚計(jì)算的近似解，簡(jiǎn)介如下。1）考慮了粘壓關(guān)系的雷諾方程 將巴露斯提出的粘壓關(guān)系式 n=n）ea p代入一維雷諾方程:字=12呵嚴(yán)dxh-hl2圓柱與平面接觸設(shè)圓柱中心處的油膜厚度為ho，略去高階微小項(xiàng)，則在 x處的油 膜厚度h為由此h -h. + 0 2R根據(jù)以上這些關(guān)系，艾特爾-格魯賓推論認(rèn)為潤(rùn)滑油進(jìn)入接觸區(qū) 后，壓力很高，粘度趨于極大值，誘導(dǎo)壓力趨于常數(shù)。在接觸區(qū)1加和罟11入口，油膜厚度接近恒定。因此，不論有無油膜存在，其壓力分 布都由赫茲壓應(yīng)力所決定，彈性圓

9、柱體的變形只取決于接觸區(qū)內(nèi)的赫茲壓力分布。這個(gè)方程就是置換后的考慮了壓力-粘度關(guān)系的一維雷諾方程,這個(gè)方程與等粘度的雷諾方程的形式相同，只是因變量用誘導(dǎo)壓將入口區(qū)的間隙形式計(jì)算式 代入考慮粘性關(guān)系的雷諾方程,力q來代替P。進(jìn)行無量綱化處理，并將邊界條件代入，采用數(shù)值積分方法對(duì)于如果兩表面均運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度分別為U1與U2,則式中的U可以一系列的數(shù)值求出定積分值，再將結(jié)果整理成經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，得出用(ui1+u 2)/2代替，即著名的Grubin膜厚公式:HIL 1皿=1.聖（匹竺）百wF RRn 2式中n-壓力為P時(shí)油的動(dòng)力粘度;這就是彈流潤(rùn)滑理論中著名的格魯賓公式。no-大氣壓下油的動(dòng)力粘度;式

10、中， W-線載荷,W=P/L，P為載荷，L為接觸長(zhǎng)度;a-油的壓粘系數(shù)。u-速度;又G*-材料參數(shù)，G*=a E；U*-速度參數(shù)，U*=nou/ER ;2）線接觸的彈性變形R-換算（當(dāng)量）曲率半徑，R=RiR2/（RiR）;根據(jù)彈性理論，一個(gè)彈性圓柱和剛性平面線接觸時(shí)，當(dāng)施加載荷W以后，兩表面相互擠壓產(chǎn)生變形，在寬度為2a的接觸平面W*-載荷參數(shù)，W*=W/ER ；上，接觸應(yīng)力按橢圓分布，此時(shí)在接觸應(yīng)力作用下，接觸區(qū)以外 的表面也要產(chǎn)生變形，結(jié)果使表面的曲率半徑增大。此時(shí)在接觸 區(qū)以外x處的間隙h的方程為:上式相當(dāng)準(zhǔn)確地給出了高壓區(qū)的油膜厚度近似值，通常，它比, 4W.S P只-測(cè)量值約大20

11、%左右。在下列情況下準(zhǔn)確度有所降低:(1) GV1000,也就是潤(rùn)滑油粘度的壓粘系數(shù)較小，或材料的彈性模量較低;式中W-單位寬度上的載荷;(2 )載荷參數(shù)；E-當(dāng)量彈性模量,(3)速度參數(shù)較大，以至于入口處潤(rùn)滑油因剪切而發(fā)熱，使粘度有較大降低;1 11-卩；1 -(4 )供油不足。此外，只考慮了潤(rùn)滑油入口區(qū)，沒有探討出 口區(qū)的情況。盡管如此，格魯賓理論仍被人們廣泛地用于處理其U-材料1的泊松比;他彈流潤(rùn)滑問題，這種理論為我們提供了一種簡(jiǎn)單而巧妙地分析彈流潤(rùn)滑的近似方法。U-材料2的泊松比;2.Dowson膜厚公式:線接觸彈流膜厚計(jì)算式中，常用的是道森與希金森1961年提 出第一個(gè)全數(shù)值解膜厚公

12、式，1967年提出了修正公式:hmin=2.65 26( nU)07R043E003W013恰=2仍(G J心托uy(vr)孑點(diǎn)接觸膜厚公式常用哈姆洛克-道森公式：H min=3.63U 068 G049 W-0073 (1-e068k)其中，k=1.03(R y/Rx)0.64 , Ry/Rx為接觸區(qū)在y和x方向的曲率半徑之比。四、流體靜壓潤(rùn)滑式中Ph供油壓力1.流體靜壓潤(rùn)滑系統(tǒng)的基本類型1）定壓供油系統(tǒng)P0-支承空載時(shí)油腔壓力這種系統(tǒng)供油壓力恒定。a-小孔流量系數(shù)，a=0.6-0.72）定量供油系統(tǒng)Qco-空載流量(cm3/s)這種系統(tǒng)各油腔的油量恒定 ，隨油膜厚度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)油腔壓 力,來適應(yīng)載荷的變化。do-節(jié)流小孔直徑（cm）;1.流體靜壓潤(rùn)滑常用計(jì)算公式P潤(rùn)滑油密度（g/cm3）2毛細(xì)管節(jié)流器1)空載流量計(jì)算公式1空載時(shí)一個(gè)油腔向外流出的流量式中de-毛細(xì)管直徑(cm);|c-毛細(xì)管長(zhǎng)度(cm);其余同上。3滑閥節(jié)流器式中P0-軸承空載時(shí)油腔壓力(MPa);Bo-軸承油腔張角之半(rad);|1-軸承軸向封油面長(zhǎng)度(cm);Qo式中he-滑閥體和滑閥之間的節(jié)流半徑間隙I