流体动压润滑理论.pdf

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1、实用标准文案 精彩文档 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

2、。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。 实用标准文案 精彩文档 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

3、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0.0010.008 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

4、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。 液体动压轴承 靠液体润滑剂动压力形成的液膜隔开两摩擦表面并承受载荷的滑动轴承。液体润滑 剂是被两摩擦面的相对运动带入两摩擦面之间的。产生液体动压力的条件是：两摩擦 面有足够的相对运动速度； 润滑剂有适当的粘度； 两 表 面 间 的 间隙 是 收敛 的 （ 这 一 隙 实 际很 小 ，在 图 1 油楔承载 中是夸大画的） , 在相对运动中润滑剂从间隙 的大口流向小口，构成油楔。这种支承载荷

5、的现象通常称为油楔承载（见润滑）。 机械加工后的两摩擦表面微观是凹凸不平的, 如图 1 油楔承载 中局部放大图。在 实用标准文案 精彩文档 正常运输的液体动压轴承中，油膜最薄 ( 即通称最小油膜厚度)处两表面的微观凸峰不接 触，因而两表面没有磨损。这时的摩擦完全属于油的内摩擦，摩擦系数可小至0.001 。 油的粘度越低 , 摩擦系数越小，但最小油膜厚度也越薄。因此，油的最低粘度受到最小 油膜厚度的限制。 当最小油膜厚度处两表面的微观凸峰接触时, 油膜破裂 , 摩擦和磨损都 增大。摩擦功使油发热而降低油的粘度。为使油的粘度比较稳定，一般采用有冷却装置 的循环供油系统或在油中加入能降低油对温度敏感

6、的添加剂(见润滑剂 ) 。液体动压轴承 在启动和停车过程中，因速度低不能形成足够隔开两摩擦表面的油膜，容易出现磨损， 所以制造轴瓦或轴承衬须选用能在直接接触条件下工作的滑动轴承材料。液体动压轴承 要求轴颈和轴瓦表面几何形状正确而且光滑，安装时精确对中。 液体动压轴承分液体动压径向轴承和液体动压推力轴承。液体动压径向轴承又分 单油楔和多油楔两类（见表液体动压径向轴承类 型 ） 。 单油楔液体动压径向轴承轴颈周围只有一个承载油楔的轴承。图 2 单油楔轴 承的几何参数 中是剖分式的单油楔轴承。O 为轴承几何中心，O 为承受载荷F 后的轴 颈中心。这两中心的连线称为连心线。连心线与载荷作用线所夹锐角o

7、1称为偏位角。 受载瓦面包围轴颈的角度称为轴承包角。O 与 O 之间的距离称为偏心距。轴承孔半 径 R与轴颈半径之差称为半径间隙。与 之比 4称为相对间隙。与 之比称为 偏心率。最小油膜厚度min= - = (1-), 所在方位由 o1确定。轴承宽度B(轴 向尺寸 )与轴承直径之比称为宽径比。 实用标准文案 精彩文档 油楔只能在轴承包角内生成。当 =0时，O 与 O 重合，轴承则不能(靠油楔 ) 承载。载荷越大偏心率也越 大。当=1 时，最小油膜厚度为零，轴颈与轴承即直接 接触 , 这时会出现严重的摩擦和磨损。在液体动压润滑 的数学分析中 , 将油的粘度、载荷(单位面积上的压 力) 、轴的转速

8、和轴承相对间隙4合并而成的无量 纲数/4( 称为轴承特性数。 对给定包角和宽径比 的轴承，轴承特性数只是偏心率的函数。对已知工作状 况的轴承，可由此函数关系求其偏心率和最小油膜厚 度，进而核验该轴承能否实现液体动压润滑；也可按给定的偏心率或最小油膜厚度确定 轴承所能承受的载荷。轴承特性数反映液体动压润滑下载荷、速度、粘度和相对间隙之 间的相互关系：对载荷大、速度低的轴承应选用粘度大的润滑油和较小的相对间隙；对 载荷小、速度高的轴承，则应选用粘度小的润滑油和较大的相对间隙。 相对间隙对轴承性能的影响很大，除影响轴承的承载能力或最小油膜厚度外，还 影响轴承的功耗、 温升和油的流量 ( 图 3 单油

9、楔轴承各参数与相对间隙的关系) 。对不 同尺寸和工作状况的轴承，都有最优的相对 间隙范围，通常为0.002 0.0002 毫米。 轴承宽径比是影响轴承性能的又一重 要参数。 宽径比越小， 油从轴承两端流失越 多，油膜中压力下降越严重，这会显著降低 轴承的承载能力。 宽径比大时， 要求轴的刚 度大 , 与轴承的对中精度高。通常取宽径比 为 0.4 1。 单油楔轴承在高速轻载时偏心率小，容易出现失稳，产生油（气）膜振荡。油膜 振荡能引起设备损坏等重大事故。因此，单油楔轴承多用于中等以上速度或高速重载的 机械设备，如轧机和一般机床。 多油楔液体动压径向轴承轴颈周围有两个或两个以上油楔的轴承。多油楔径

10、 向轴承承受载荷前，即轴颈中心与轴承几何中心重合时，相对各段瓦面曲率中心都存在 偏心，不过偏心值相等， 在各瓦面油膜中生成的压力相同，轴颈受力平衡。 承受载荷后， 这些偏心值有的增大，有的减小，各瓦面上的油膜压力随之减小或增大，轴承的承载能 实用标准文案 精彩文档 力便是这些油膜压力的向量和。多油楔轴承比单油楔轴承承载能力低，但在主承载瓦面 的对面附加有油膜压力, 因而能提高轴承运转的稳定性。因此 , 多油楔径向轴承多用于高 速轻载的设备，如汽轮机、风力机和精密磨床等。多油楔径向轴承型式很多，而且还在 不断出现消振能力较高的新结构。 液体动压推力轴承是由若干个油楔组成的推力轴承，其承载能力为各

11、油楔油膜压 力之和，常用于水轮机、汽轮机、压气机等中等以上速度的设备( 见推力滑动轴承 ) 。 3. 雷诺方程（ Reynolds equation ） 定义 1： 对湍流流动，把纳维 - 斯托克斯方程的各项取时间平均值后的方程。 应用学科： 航空科技（一级学科）；飞行原理（二级学科） 定义 2： 黏性流体动量守恒和质量守恒的综合方程，是流体动力润滑的基本方程 式。 应用学科： 机械工程 （一级学科）； 摩擦学 （二级学科）； 润滑（三级学科） 以上内容由 全国科学技术名词审定委员会审定公布 （雷诺方程）： 雷诺方程式（Formula Renault ）是世界上著名及最普及的一种方程式赛车 ，

12、 该项赛事是由法国雷诺集团推广发展起来的，方程式赛车由意大利 TATUUS 公司 制造，该类单座赛车的马力为200HP, 最高时速可达到一小时260公里。 （雷诺赛车） 雷诺方程式 2000赛车的良好性能和价钱的 完美结合保证了其在全世界的普及程度，这种 2000 型的赛车每年制造超过700 万辆。雷诺 2000 方程式赛车给全世界的热衷赛车运动的年 轻人提供了一个驾驶技能和身体心理状态适应 的学习及提高的环境，为他们走向该项运动的 顶级赛事 F1，成为未来之星做下铺垫。雷诺方程式2000赛事从 2000年起举办 至今（ 2004年），短短的四年里，已经成功地把雷克南（Kimi Raikkon

13、en ）、 马萨（ Felipe Massa ）及克莱恩（ Christian Klien）推向 F1 的大舞台。 实用标准文案 精彩文档 a. 底盘配套更可靠 悬挂系统与其他方程式赛车大致相同，前悬挂使用单筒式吸震筒及弹簧，后 悬挂则为左右独立吸震筒及弹簧。而“雷诺运动”在摇臂配搭位置作出新设计， 在调校上更为容易， 而且当遇上意外时， 对车身主体的损毁亦可同时减低。制动 方面，四轮同时采用通风碟配ALCON 四活塞对向卡钳， 并采用独立线路运作， 保 障了制动力的功率，令制动系统更为可靠。 b. 空气动力设计车身 在车体上，“雷诺运动”特别以空气动力学的原理设计，再配合强大的 引擎马力输出

14、，无论于直路飞驰或及高速攻弯，均能发挥其最佳稳定作用。 除此之外，其前翼的下昂式设计配合车尾复合式定风翼，与当今一级方程式 可谓同出一辙。 c. 扭力分布平均 动力是采用雷诺F4RS型引擎发动，而该台引擎是根据“雷诺运动”， 在三级方程式引擎技术开发，并配以Magneti Marelli的第四代电子引擎管 理系统。最高马力及最大扭力分别为181ps/6,300rpm及 21.7kgm/5,300rpm ； 单看数据可能感到是平平无奇，但深想推动一个只有480kg 重的车体，的确 是很过份。而这台引擎的特性是扭力分布极之平均，车手可利用中至高转发 挥扭力，而且在同级方程式中首次采用Sequential六前速顺序排档，在操 控上可谓更胜一筹。而这台Sequential六前速顺序排档箱是由“雷诺运动” 特别设计，并备有三套不同的排档齿轮比例，以配合不同赛道特色，同时亦 能减少车手参赛的运作成本。