机械设计(10.3.1)--流体动压润滑的基本理论

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。

10-3 第十章 液体动压润滑基本理理论1、简述形成稳定动压油膜的条件？答：1）两摩擦表面之间必须能够形成收敛的楔形间隙；2）两摩擦表面之间必须有充足的、具有一定粘度的润滑油；3）两摩擦表面之间必须有足够的相对运动速度。

2、径向液体动压润滑轴承和液体静压润滑轴承的承载机理有何不同？径向液体动力润滑轴承的承载机理是轴承与轴颈以一定的相对运动速度将润滑油带入两摩擦表面间的收敛间隙，形成动压油膜把两摩擦表面分开，油膜压力与外载平衡。

液体静压轴承是利用油泵将具有一定压力的润滑油通过一套供油系统将润滑油输入两滑动表面间，使两表面分离，形成油膜并承载。

3、如何选择普通径向滑动轴承的宽径比？宽径比选取过大时会发生什么现象？宽径比常用的范围是0.5~1.5。

宽径比选得小时可提高轴承运转平稳性，端泄流量大，功耗小，油的温升较低，但轴承承载能力要降低。

宽径比选得过大时，轴承宽度较大，易造成轴颈与轴承局部磨损严重。

4、相对间隙ψ对轴承性能有何影响？在设计时如果出现温升过高，应如何调整ψ的取值？相对间隙ψ对轴承的承载能力、摩擦功耗和温升都有重要影响。

ψ取大值时，则润滑油的流量增加，温升降低；ψ取小值时，则温升增加。

5、液体动力润滑油轴承在热平衡计算时为何要限制油的入口温度？在热平衡计算时限制油的入口温度是因为润滑油都是循环使用。

如果温度过低，必须加大存油容积，以保证能有较长时间使回油油温降低到所要求的入口温度。

入口温度过高，油在循环时带走热量少，散热效果降低。

6、设计液体动压向心滑动轴承时，在其最小油膜厚度不够可靠的情况下，应调整哪些参数方可能实现液体润滑？增加润滑油粘度，增加转动速度，适当增加相对间隙。

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。

（一）流体润滑在摩擦副对偶表面之间，有一层一定厚度（一般在1. 5~2μm以上）的粘性流体润滑膜，由这层润滑膜的压力平衡外载荷，使两对偶表面不直接接触，在两对偶表面作相对运动时，只在流体分子间产生摩擦，这就是流体润滑。

在流体润滑中，根据润滑膜压力产生的方法，润滑方式可分为以下几种。

1.流体动压润滑流体动压润滑，系由摩擦副对偶表面的几何形状和相对运动，并借助粘性流体的内摩擦力作用而产生润滑膜压力，从而平衡外载。

雷诺在1886年应用流体力学中纳维一斯托克斯方程推导出计算流体润滑膜压力分布的方程，以后称为雷诺方程，该方程成功地揭示了润滑膜压力的形成机理，从而为流体动压润滑奠定了理论基础。

流体动压润滑膜压力，通常由以下四个效应决定。

(1)动压效应图1a可说明流体动压润滑膜的形状特征及所产生的动压效应。

当下表面相对上表面以速度u运动时，沿运动方向的间隙逐渐减小，剪切流动引起的润滑剂从大口流向小口的流量也逐渐减小，不符合流量连续条件，只有产生如图所示的润滑膜压力分布，由压差流动减小大口流入流量和增大小口流出流量，才能保证流过各断面的流量相等，从而满足流量连续条件。

(2)伸缩效应图1b可以说明伸缩效应。

当对偶表面由于弹性变形或其它原因使其速度沿运动方向逐渐减小时，剪切流动引起的流量沿运动方向也逐渐减小，因流量连续必然会产生如图所示的润滑膜压力分布（在通常的润滑间题中，伸缩效应并不显著）。

(3)变密度效应图1c可以说明变密度效应。

当润滑剂密度沿运动方向逐渐降低时，即使各断面的体积流量相同，其质量流量沿运动方向仍是逐渐减小的，因质量守恒，则必然产生如图所示的润滑膜压力分布。

密度的变化可以是润滑剂通过间隙时由于温度逐渐升高而造成的，也可以是外加热源使表面温度变化而产生的。

虽然变密度效应产生的润滑膜压力并不高，但是这种作用可以使相互平行的对偶表面具有一定的承载能力。

(4)挤压效应图1d表示两个平行表面在法向力作用下相互接近，使润滑膜厚度逐渐减小而产生压差流动，此称挤压效应。

简述液体动压润滑的工作原理Liquid dynamic pressure lubrication is a method used to reduce friction and wear between moving surfaces in contact with each other. It works by creating a thin film of lubricant between the surfaces, which prevents direct metal-to-metal contact. This method is widely used in various engineering applications, including engines, turbines, and industrial machinery, where the operating conditions demand efficient and reliable lubrication.液体动压润滑是一种用来减少接触表面之间摩擦和磨损的方法。

它通过在表面之间形成一层薄膜的润滑剂来防止金属直接接触。

这种方法被广泛应用在各种工程应用中，包括引擎、涡轮机和工业机械，在这些应用中，操作条件要求高效可靠的润滑。

The working principle of liquid dynamic pressure lubrication is based on the concept of hydrodynamic lubrication, which relies on the relative motion between the lubricated surfaces to generate pressure that supports the load and separates the surfaces. As the surfaces move relative to each other, the lubricant between them is dragged into the converging gap, resulting in an increase in pressure. Thispressure helps to lift the load and create a thin film of lubricant that separates the surfaces, allowing for smooth and efficient operation.液体动压润滑的工作原理基于流体动压润滑的概念，这种润滑依靠润滑表面之间的相对运动来产生支撑载荷和分离表面的压力。

流体动⼒润滑的基本⽅程流体动⼒润滑理论的基本⽅程是流体膜压⼒分布的微分⽅程。

它是从粘性流体动⼒学的基本⽅程出发，作了⼀些假设条件后得出的，这些假设条件是：流体为⽜顿流体；流体膜中流体的流动是层流；忽略压⼒对流体粘度的影响；略去惯性⼒及重⼒的影响；认为流体不可压缩；流体膜中的压⼒沿膜厚⽅向不变。

下图中，两平板被润滑油隔开，设板A沿x轴⽅向以速度v移动；另⼀板B为静⽌。

再假定油在两平板间沿 z 轴⽅向没有流动(可视此运动副在z轴⽅向的尺⼨为⽆限⼤)。

现从层流运动的油膜中取⼀微单元体进⾏分析。

由图可见，作⽤在此微单元体右⾯和左⾯的压⼒分别为p及 ,作⽤在单元体上,下两⾯的切应⼒分别为τ及。

根据x⽅向的平衡条件,得 整理后得 根据⽜顿流体摩擦定律,得，代⼊上式得　 该式表⽰了压⼒沿x 轴⽅向的变化与速度沿y轴⽅向的变化关系。

下⾯进⼀步介绍流体动⼒润滑理论的基本⽅程。

1、油层的速度分布 将上式改写成 （a） 对y 积分后得 （b）　 （c）根据边界条件决定积分常数C1及C2:当y=0时,v= V; y=h(h为相应于所取单元体处的油膜厚度)时,v=0,则得 代⼊（c）式后,即得 （d） 由上可见,v由两部分组成：式中前⼀项表⽰速度呈线性分布，这是直接由剪切流引起的；后⼀项表⽰速度呈抛物线分布，这是由油流沿x⽅向的变化所产⽣的压⼒流所引起的。

2、润滑油流量 当⽆侧漏时,润滑油在单位时间内流经任意截⾯上单位宽度⾯积的流量为 （e） 将式(d)代⼊式(e)并积分后,得 （f） 设在 p=pmax处的油膜厚度为h0(即时，h=h0),在该截⾯处的流量为 （g） 当润滑油连续流动时,各截⾯的流量相等,由此得　 整理后得 该式为⼀维雷诺⽅程。

它是计算流体动⼒润滑滑动轴承(简称流体动压轴承)的基本⽅程。

可以看出,油膜压⼒的变化与润滑油的粘度、表⾯滑动速度和油膜厚度及其变化有关。

经积分后可求出油膜的承载能⼒。

流体动力润滑的原理引言：在机械设备的运行过程中，润滑是至关重要的，它能减少摩擦损失、延长设备寿命、提高工作效率。

而流体动力润滑作为一种常见的润滑方式，其原理是基于流体的性质和运动，通过流体的流动来实现润滑效果。

本文将详细介绍流体动力润滑的原理及其应用。

一、流体的性质和流变特性1. 流体的性质流体是指在外力作用下能够流动的物质，包括液体和气体。

与固体不同，流体具有流动性、不可压缩性和变形能力，这些性质决定了流体动力润滑的可行性。

2. 流变特性流体的流变特性是指其在受力作用下的变形行为。

常见的流变特性有黏度、剪切应力和剪切速率。

黏度是衡量流体内部分子间相互作用力大小的指标，剪切应力是流体内部不同层之间相对运动时产生的应力，剪切速率是流体内部不同层之间相对运动的速度。

二、流体动力润滑的原理1. 润滑膜的形成流体动力润滑的关键在于形成润滑膜，润滑膜能够分隔摩擦表面，减少直接接触和摩擦力。

当两个摩擦表面之间施加外力时，流体会被挤压到摩擦表面之间，形成一个润滑膜。

润滑膜的形成与流体的黏度和剪切速率有关，黏度越高、剪切速率越大，润滑膜越容易形成。

2. 润滑膜的稳定性润滑膜的稳定性对于流体动力润滑的效果至关重要。

润滑膜的稳定性取决于流体的黏度、剪切应力和摩擦表面的形状，这些因素共同影响着润滑膜的厚度和稳定性。

当润滑膜稳定且厚度适当时，摩擦表面之间的直接接触和摩擦力将被最大程度地减少。

三、流体动力润滑的应用1. 润滑油润滑油是最常用的流体动力润滑介质，其黏度和流变特性能够满足各种工况需求。

润滑油的选择应根据设备的工作条件、环境温度和负荷情况来确定，以保证润滑效果的良好和设备的正常运行。

2. 润滑系统流体动力润滑常常需要通过润滑系统来实现。

润滑系统包括油泵、油箱、管道和润滑点等组成部分。

油泵负责将润滑油送到润滑点，油箱用于储存润滑油，管道则起到输送润滑油的作用。

润滑系统的设计和运行状态对流体动力润滑的效果有着重要影响。

机械润滑的分类及原理磨擦副在全膜润滑状态下运行，这是一种理想的状况。

但是，如何创造条件，采取措施来形成和满足全膜润滑状态则是比较复杂的工作。

人们长期生产实践中不断对润滑原理进行了探索和研究，有的比较成熟，有的还正在研究。

现就常见到的动压润滑、静压润滑、动静压润滑、边界润滑、极压润滑、固体润滑、自润滑等的润滑原理，作一简单介绍。

1．动压润滑通过轴承副轴颈的旋转将润滑油带入磨擦表面，由于润滑油的黏性和油在轴承副中的楔形间隙形成的流体动力作用而产生油压，即形成承载油膜，称为流体动压润滑。

流体动压润滑理论的假设条件是润滑剂等黏性，即润滑油的黏度在一定的温度下，不随压力的变化而改变；其次是假定了生相对磨擦运动的表面是刚性的，即在受载及油膜压力作用下，不考虑其弹性变形。

在上述假定条件下，对一般非重载（接触压力在15MPa）的滑动轴承，这种假设条件接近实际情况。

但是，在滚动轴承和齿轮表面接触压力增大至400~1500MPa时，上述假定条件就与实际情况不同。

这时磨擦表面的变形可达油膜厚度的数倍，而且润滑的金属磨擦表面的弹性变形和润滑油黏度随压力改变这两个因素，来研究和计算油膜形成的规律及厚度、油膜截面形状和油膜内的压力分布更为切合实际这种润滑就称为弹性流体动压润滑。

2．静压润滑通过一套高压的液压供油系统，将具有一定压力的润滑油以过节流阻尼器，强行供到运动副磨擦表面的间隙中（如在静压滑动轴承的间隙中、平面静压滑动导轨的间隙中、静压丝杆的间隙中等）。

磨擦表面在尚未开始运动之前，就被高压油分隔开，强制形成油膜，从而保证了运动副能在承受一定工作载荷条件下，完全处于液体润滑状态，这种润滑称为液体静压润滑。

3．动、静压润滑随着科学技术的发展，近年来在工业生产中出现了新型的动、静压润滑的轴承。

液体动、静压联合轴承充分发挥了液体动压轴承和液体静压轴承二者的优点，克服了液体动压轴承和液体静压轴承二者的不足。

主要工作原理：当轴承副在启动或制动过程中，采用静压液体润滑的办法，将高压润滑油压入轴承承载区，把轴劲浮起，保证了液体润滑条件，从而避免了在启动或制动过程中因速度变化不能形成动压油膜而使金属磨擦表面（轴颈表面与轴瓦表面）直接接触产生的磨擦与磨损。

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时间人物经典理论及现象1883年塔瓦（Tower）流体动压现象1886年雷诺（Reynold）流体动压润滑理论及雷诺方程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。