第四章弹流润滑(润滑与润滑原理)

弹性流体动压（力）润滑（Elastohydrodynamic Lubrication ，EHL ）弹性流体动力润滑是研究在相互滚动或滚动伴有滑动的两个弹性物体之间的流体动力润滑问题。

大部分的机械运动副，载荷是通过较大的支承面来传递的。

如滑轨、滑动轴承等。

其单位面积受的压力比较小，通常为1～100×105Pa 。

另一些运动副是通过名义上的线接触或点接触来传递载荷的，如齿轮、滚动轴承等。

因接触面积很小，平均单位面积压力很大，接触处的压力可达109Pa 以上。

在这种苛刻条件下，用古典润滑理论计算的油膜厚度与实际情况不符。

与古典理论不一致的原因是：⑴高的压力使油的粘度增大；已不是雷诺方程中假定的“粘度在间隙中保持不变”。

⑵重载使弹性体发生显著的局部变形，也不是雷诺方程假定的“两个固体表面是刚性的”。

由于上述两个效应，剧烈地改变了油膜的几何形状，而油膜形状又反过来影响接触区的压力分布。

因此，解决弹流润滑问题必须同时满足流体润滑方程和固体弹性方程。

凡表面弹性变形量与最小油膜厚度处在同一量级的润滑问题，都属于弹流问题。

3.1刚性滚动体的动压润滑①简化问题在分析齿轮、短圆柱滚子轴承等问题时，常用如图9所示两个圆柱的接触。

从图9（a ）中可得：0h h BC FE =++式中：h 位于x 处的油膜厚度； h 0 最小油膜厚度。

o 1当1ϕ很小时，1ϕ≈1x R ，略去1ϕ2以上的高次项，得：2211122x BC R R ϕ==同理，得则：2012112x h h R R ⎛⎫=++ ⎪⎝⎭如将圆柱对圆柱简化为圆柱对平面，如图9（b ）所示。

设：当量圆柱体的半径11211R R R -⎛⎫=+ ⎪⎝⎭ 。

（即：12111R R R =+）则：202x h h R=+②求解油膜压力与最小油膜厚度的关系假定（在载荷较小的时候可这样假定）： ⑴滚动体是刚性的，不考虑接触变形；⑵润滑油（流体）是等粘度的，粘度不随压力而变化； ⑶滚动体相对于油膜厚度为无限长，即不考虑润滑油有垂直于画面的法向流动。

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。

润滑的的基本原理一、润滑的作用（1）减磨作用：在相互运动表面保持一层油膜以减小摩擦，这是润滑的主要作用。

（2）冷却作用：带走两运动表面因摩擦而产生的热量以及外界传来的热量，保证工作表面的适当温度。

（3）清洁作用：冲洗运动表面的污物和金属磨粒以保持工作表面清洁。

（4）密封作用：产生的油膜同时可起到密封作用。

如活塞与缸套间的油膜除起到润滑作用外，还有助于密封燃烧室空间。

（5）防腐作用：形成的油膜覆盖在金属表面使空气不能与金属表面接触，防止金属锈蚀。

（6）减轻噪音作用：形成的油膜可起到缓冲作用，避免两表面直接接触，减轻振动与噪音。

（7）传递动力作用：如推力轴承中推力环与推力块之间的动力油压。

二、润滑分类1．边界润滑两运动表面被一种具有分层结构和润滑性能的薄膜所分开，这层薄膜厚度通常在0.1µm以下，称边界膜。

在边界润滑中其界面的润滑性能主要取决于薄膜的性质，其摩擦系数只取决于摩擦表面的性质和边界膜的结构形式，而与滑油的粘度无关。

2．液体润滑两运动表面被一层一定厚度（通常为1.5μm～2μm以上）的滑油液膜完全隔开，由液膜的压力平衡外载荷。

此时两运动表面不直接接触，摩擦只发生在液膜界内的滑油膜内，使表面间的干摩擦变成液体摩擦。

其润滑性能完全取决于液膜流体的粘度，而与两表面的材料无关，摩擦阻力低、磨损少，可显著延长零件使用寿命。

这是一种理想的润滑状态。

1）液体动压润滑动压润滑由摩擦表面的几何形状和相对运动，借助液体的动力学作用，形成楔形液膜产生油楔压力以平衡外载荷。

如图5-1所示，在正常运转中，只要供油连续，轴颈就会完全被由润滑油动力作用而产生的油楔抬起，同时在轴承与轴颈之间形成一定偏心度，轴颈所受负荷由油楔中产生的油压所平衡。

此油楔的形成与其产生的压力主要与以下因素有关：图5-1 楔形油膜的形成（1）摩擦表面的运动状态：转速越高，越容易形成油楔。

（2）滑油粘度：粘度过大，则难以涂布。

（3）轴承负荷：负荷越高，越难以形成油楔。

弹性流体动压润滑理论—线接触问题的研究一、流体润滑状态润滑的日的是在摩擦表面之间形成低剪切强度的润滑膜，用它来减少摩擦阻力和降低材料磨损．润滑膜可以是由液体或气体组成的流体膜或者固体膜。

根据润滑膜的形成原理和特征，润滑状态可以分为：(1)流体动压润滑；(2)流体静压淀滑；(3)弹性抗体动压润滑；(4)边界润滑；(5)干摩擦状态等五种基本类型。

表1—1列出了各种润滑状态的基本特征。

表各种润滑状态的基本特征图膜厚度与粗糙度各种润滑状态所形成的润滑膜厚度不同，但是单纯由润滑膜的厚度还不能准确地判断润滑状态；尚须与表面粗糙度进行对比．图l—1列出润泽胶厚度与粗糙度的数量级．只有当润滑胜厚度足以超过两表面的粗糙峰高度时，才有可能完全避免峰点接触而实现全膜流体润滑，对于实际机械中的摩擦副，通常总是几种润滑状态同时存在，统称为混合润滑状态。

二、弹性流体动压润滑理论对于刚性表面的流体润滑，通常称为流体动压润滑理论；而对于弹性表面的润滑问题，还需要加入弹性变形方程，因此称为弹性流体动压润滑理论。

弹性流体动压润滑理论（Elasto-Hydrodynamic Lubrication）简为弹流体润滑称（EHL或EHD），它主要研究点线接触摩擦副的润滑问题。

由于这类问题的主要特点是：由于摩擦副的载荷集中作用，接触区内的压力很高，因而在润滑计算中要考虑接触表面的弹性变形和润滑刘的粘压效应。

在1949提出的弹流体润滑入口区分析方法，首次将Reynolds流体润滑理论和Hertz弹性接触理论联系起来处理弹流体润滑问题，并提出线接触等温弹流体润滑问题的近似解。

2.1线接触的弹性变形2.1.1Hetrz接触理论Hetrz接触理论讨论了一个弹性圆柱和刚性平面线接触时的压力分布和弹性变形情况。

如图12—1点划线表示半径为R的弹性圆柱与刚性平面在无载荷条件下相互接触的情况。

当施加载荷W以后，两表面相互挤压而产生位移，此时变形后的情况如图12—l中的实线所示。

弹流润滑与薄膜润滑转化关系的研究弹流润滑与薄膜润滑是两种不同的摩擦学现象。

弹流润滑发生在两个表面之间存在一定的弹性变形时，而薄膜润滑则是液体或气体在两个表面之间形成的薄膜中产生的摩擦减少现象。

这两种润滑现象之间存在转化关系，当材料表面光洁度较高，同时润滑剂含量充足时，弹流润滑会转化为薄膜润滑。

这种转化关系实际上是由润滑剂分子在表面形成的薄膜层起到的。

润滑剂分子在表面形成的薄膜层可以减轻表面之间的接触压力，从而降低摩擦系数。

当润滑剂分子在表面形成的薄膜层足够厚时，这种润滑现象就会转化为薄膜润滑。

因此，如何让润滑剂分子在表面形成足够的薄膜层是实现弹流润滑到薄膜润滑转化的关键。

同时，润滑剂分子的类型、含量以及溶液浓度等因素也会影响润滑效果和转化的速率。

在实际应用中，研究弹流润滑与薄膜润滑的转化关系可以为优化润滑剂的配方、提高材料性能和延长设备寿命提供理论依据和实践指导。

因此，该领域的研究具有重要的实际应用价值。

除了润滑剂的配方和含量外，材料表面的光洁度也是影响弹流润滑和薄膜润滑转化的关键因素之一。

表面光洁度越高，弹流润滑到薄膜润滑的转化就越容易发生。

同时，材料表面的化学性质和形貌也会影响润滑剂分子在表面形成的薄膜层的稳定性和厚度。

为了研究弹流润滑与薄膜润滑的转化关系，在实验中通常采用摩擦学测试仪等设备进行实验。

通过改变润滑剂的类型、含量以及材料表面的光洁度和形貌等因素，可以研究它们对弹流润滑和薄膜润滑转化的影响。

此外，为了更加深入地研究润滑现象，还可以利用表面分析技术来观察表面润滑剂分子的分布和稳定性。

总之，弹流润滑与薄膜润滑转化是摩擦学领域中的热点研究方向，其对于润滑剂的开发、材料设计和设备维护等方面都具有重要意义。

随着技术的不断进步和实验方法的不断改进，相信我们对于这种转化关系的理解和掌握将会更加深入和全面。

除了润滑剂的配方、含量和材料表面的光洁度和化学性质外，温度和压力等操作条件也会影响弹流润滑和薄膜润滑的转化。

第4章摩擦、磨损及润滑概述一、选择题1．温度升高时，滑润油的粘度（）。

A．随之升高B．随之降低C．保持不变D．可能升高也可能降低【答案】B【解析】润滑油的粘度随温度和压力而变化，润滑油的粘度一般随温度的升高而降低。

2．为了减轻摩擦表面的疲劳磨损，下列措施中（）不是正确的措施。

A．合理选择表面粗糙度B．合理选择润滑油粘度C．合理选择表面硬度D．合理控制相对滑动速度【答案】D【解析】疲劳磨损是指由于摩擦表面材料微体积在重复变形时疲劳破坏引起的机械磨损。

与相对滑动速度无关。

3．粘度较低的润滑油适合（）的场合。

A．载荷较大B．速度较高C．温度较高D．表面粗糙度较大【答案】B【解析】载荷较大，工作温度较高时宜选用高黏度的润滑油；速度较高的场合宜选用黏度较低的润滑油。

4．流体的粘度是指流体的（）。

A．强度B．刚度C．流动阻力D．油性【答案】C【解析】粘度是流体流动时内摩擦力的量度。

5．润滑油牌号L-AN100中的100是表示这种润滑油（）的平均值。

A．动力粘度B．条件粘度C．运动粘度D．闪点【答案】C【解析】牌号采用的是润滑油在40°C时的运动粘度中心值。

6．两相对滑动的接触表面，依靠吸附的油膜进行润滑的摩擦状态称为（）。

A．液体摩擦B．干摩擦C．混合摩擦D．边界摩擦【答案】D【解析】当运动副的摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开、摩擦性质取决于边界膜和表面的吸附性能时的摩擦称为边界摩擦。

二、填空题1．根据磨损机理，磨损可分为______、______、______和______。

【答案】粘附磨损；磨粒磨损；疲劳磨损；流体侵蚀磨损【解析】粘着磨损是零件运转过程中，表面微凸体发生接触导致的材料转移；磨粒磨损是由于磨粒在金属表面产生微切削导致的磨损现象；疲劳磨损是摩擦表面材料微体积在重复变形时疲劳破坏而引起的机械磨损；流体侵蚀磨损是指由液流或气流的冲蚀作用引起的机械磨损。

2．一个零件的磨损大致可以分为______磨损、______磨损、______磨损三个阶段，在设计或使用时，应力求______、______、______。

第四章流体润滑原理概述用具有润滑性的一层膜把相对运动的两个表面分开，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，这就是润滑。

根据分隔固体表面的材料不同，润滑可分为以下三类：①流体润滑：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。

②边界润滑：摩擦界面上存在着一层具有良好润滑性的边界膜，但不是介质的膜。

相对于干摩擦来说，边界润滑具有比较低的摩擦系数，能有效地减轻接触表面的磨损。

③固体润滑：广义来说，固体润滑也是一种边界润滑。

就是用摩擦系数比较低的材料（固体润滑剂或固体润滑材料），在摩擦界面上形成边界膜，以降低接触表面的磨损和摩擦系数。

对于流体润滑的系统研究约在19世纪末逐渐展开。

1883年塔瓦（Tower）发现了轴承中的流体动压现象。

彼得洛夫（Петров）研究了同心圆柱体的摩擦及润滑。

随即雷诺（Reynold）应用了数学和流体力学的原理对流体动压现象进行了分析，发表了著名的雷诺方程。

为流体动力润滑奠定了基础。

后来一些科学家，在求解雷诺方程，以及将雷诺方程应用于工程实际中作出了贡献，并解决了很多雷诺方程假设以外的问题，。

对于线接触及点接触的滚动件，在重载条件下的润滑问题，考虑了接触零件表面间的弹性变形及润滑剂的粘-压效应。

于20世纪中叶，格鲁宾（Грубин）提出了著名的弹性流体动力润滑的计算公式。

以后的道松（Dowson）郑绪云（Cheng）温诗铸等的进一步发展，使弹性流体动力润滑理论日趋成熟。

随着科学技术的发展，流体润滑中的紊流、惯性、热效应等以及非牛顿流体润滑等问题也展开了研究。

流体润滑定义：在适当条件下，摩擦副的摩擦表面由一层具有一定厚度的粘性流体完全分开，由流体的压力来平衡外载荷。

流体层中的分子大部分不受金属表面离子、电子场的作用而可以自由地移动。

这种状态称为流体润滑。

流体润滑的摩擦性质完全取决于流体的粘性，而与两个摩擦表面的材料性质无关。