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润滑油基本性能及其支撑理论那点事(七)

时间:2019-06-28 15:29 作者:石科院-李云鹏 点击:
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如图所示,在摩擦面AB’平面运动时,则AA’截面将进入阴影AA’C’的液体,同时在BB’截面流出BB’D’的液体,多出了AEC’这部分液体。液体的不可压缩性,就在产生压力的同时,向两端各挤出一些液体,而最后形成如图所示的流速分布曲线。

关于流体润滑的基本方程——雷诺(Reynolds)方程

先看一个模型:

 

复杂的数学计算,其实我也不是很明白,但我们可以记住:U,代表两个摩擦表面之间X方向的液体的流速,h,可以看成是油膜的厚度,P,则为压力,η,是动力粘度。

那么,简化的一维雷诺方程:

       

由上述公式,可以有几点定性的结论:

当固定其他因素而只改变一个因素时,

①  η增大,即液体(油)的粘度增大,承载能力增大;

②  U增大,即如果液体的流速增大,承载能力增大;

③  我们把它叫做“收敛比”,一般指X方向即油膜延伸方向的某一点的油膜厚度

有关的数值,以K表示。K越大,油膜厚度越大,承载能力增大;

④  上摩擦面对下摩擦面的角度不变,其平均间距减小(亦即K增大),承载能力增大;

⑤ B固定,上下面的夹角(斜度)增大,即K增大,承载能力增大;

⑥  油膜中压力最大的位置比较靠近收敛的一端。这个也容易理解。

通过上述模型,即有夹角的平面的情形以及雷诺方程,则轴承的润滑原理有些相似。

沿着轴的部分周长形成压力,这个压力将使轴浮起,与轴瓦分离,此即流体润滑的基本原理(可以联想油膜轴承油)。

轴与轴瓦之间的最小间隙与下列因素有关:转速、负荷、油品黏度,与轴的半径及其与轴瓦的间隙不无关系。

以轴承为例,在流体润滑的状态下,摩擦系数与比压力 为直线关系。N,外压力;P,内压力。其它因素固定时,f减小,最小油膜厚度变薄;当最小间隙达到轴承表面的“不平度”大小时,金属之间直接接触,摩擦也随之增大:

 

关于流体润滑,还应注意的一点是,所谓摩擦(磨合)过程的长短,也就是时间因素对流体润滑的影响。随着磨合时间的增加,流体润滑向着 较小的方向扩展,摩擦系数也变得更小。磨合时间的增加,表面凹凸点穿透润滑膜的程度趋于减小,在油膜更薄的情况下,流体润滑状态依然完好。

(待续)


作者:李云鹏,石油化工科学研究院,教授、高工、研究生导师,1987年南开大学研究生毕业后入职石科院,从事润滑油品及添加剂的研发工作近30年,在国内外学术期刊发表论文70余篇,发明专利15项,所主导研发产品获部级科技一等奖一次,其他奖项若干。