液體潤滑原理

tags: 液體    時間:2014-03-07 10:24:15
液體潤滑原理簡介
  根據摩擦面間油膜形成的原理,可把流體潤滑分為流體動力潤滑(利用摩擦面間的相對運動而自動形成承載油膜的潤滑)及流體靜力潤滑(從外部將加壓的油送入摩擦面間,強迫形成承載油膜的潤滑)。當兩個……
液體潤滑原理正文

  根據摩擦面間油膜形成的原理,可把流體潤滑分為流體動力潤滑(利用摩擦面間的相對運動而自動形成承載油膜的潤滑)及流體靜力潤滑(從外部將加壓的油送入摩擦面間,強迫形成承載油膜的潤滑)。當兩個曲面體作相對滾動或滾-滑運動時(如滾動軸承中的滾動體與套圈接觸,一對齒輪的兩個輪齒嚙合等),若條件合適,也能在接觸處形成承載油膜。這時不但接觸處的彈性變形和油膜厚度都同樣不容忽視,而且它們還彼此影響,互為因果。因而把這種潤滑稱為彈性流體動力潤滑。

(一)流體動力潤滑


兩個作相對運動物體的摩擦表面,用藉助於相對速度而產生的粘性流體膜將兩摩擦表面完 全隔開,由流體膜產生的壓力來平衡外載荷,稱為流體動力潤滑。所用的粘性流體可以是液體(如潤滑油)也可以是氣體(如空氣等),相應地稱為液體動力潤滑和氣體動力潤滑。流體動力潤滑的主要優點是,摩擦力小,磨損小,並可以緩和振動與衝擊。 


下面簡要介紹流體動力潤滑中的楔效應承載機理。

     圖(兩相對運動夾板間油層中的速度分佈和壓力分佈)a所示A、B兩板平行,板間充滿有一定粘度的潤滑油,若板B靜止不動,板A以速度V沿x方向運動。由於潤滑油的粘性及它與平板間的吸附作用,與板A緊貼的流層的流速v等於板速V,其它各流層的流速v則按直線規律分佈。這種流動是由於油層受到剪切作用而產生的,所以稱為剪切流。這時通過兩平行平板間的任何垂直截面處的流量皆相等,潤滑油雖能維持連續流動,但油膜對外載荷並無承載能力(這裡忽略了流體受到擠壓作用而產生壓力的效應)。

    當兩平板相互傾斜使其間形成楔形收斂間隙,且移動件的運動方向是從間隙較大的一方移向間隙較小的一方時,若各油層的分佈規律如圖(兩相對運動夾板間油層中的速度分佈和壓力分佈)b中的虛線所示,那麼進人間隙的油量必然大於流出間隙的油量。設液體是不可壓縮的,則進入此楔形間隙的過剩油量,必將由進口a及出口c兩處截面被擠出,即產生一種因壓力而引起的流動稱為壓力流。這時,楔形收斂間隙中油層流動速度將由剪切流和壓力流二者疊加,因而進口油的速度曲線呈內凹形,出口處呈外凸形。間隙流體產生的動壓力是能夠穩定存在的。這種具有一定粘性的流體流入楔形收斂間隙而產生的壓力的效應叫流體動力潤滑的楔效應。

(二)彈性流體動力潤滑


流體動力潤滑通常研究的是低副接觸受潤零件之間的潤滑問題,把零件摩擦表面視作剛體,並認為潤滑劑的粘度不隨壓力而改變。可是在齒輪傳動、滾動軸承、凸輪機構等高副接觸中,兩摩擦表面之間接觸壓力很大,摩擦表面會出現不能忽略的局部彈性變形。同時在較高壓力下,潤滑劑的粘度也將隨壓力發生變化。


彈性流體動力潤滑理論是研究在相互滾動或伴有滾動的滑動條件下,兩彈性物體間的流體動力潤滑膜的力學性質。把計算在油膜壓力下摩擦表面的變形的彈性方程、表述潤滑劑粘度與壓力間關係的粘壓方程與流體動力潤滑的主要方程結合起來,以求解油膜壓力分佈、潤滑膜厚度分佈等問題。


圖(彈性流體動力潤滑時,接觸區的彈性變形、油膜厚度及壓力分佈)就是兩個平行圓柱體在彈性流體動力潤滑條件下,接觸面的彈性變形、油膜厚度及油膜壓力分佈的示意圖。依靠潤滑劑與摩擦表面的粘附作用,兩圓柱體相互滾動時將潤滑劑帶入間隙。由於接觸壓力較高使接觸面發生局部彈性變形,接觸面積擴大,在接觸面間形成了一個平行的縫隙,在出油口處的接觸面邊緣出現了使間隙變小的突起部分(一種縮頸現象),並形成最小油膜厚度,出現了一個第二峰值壓力。

    任何零件表面都有一定的粗糙度,所以要實現完全彈性流體動力潤滑,其膜厚比λ必須大於5。當膜厚比λ小於5時總有少數輪廓峰直接接觸的可能性,這種狀態亦稱部分彈性流體動力潤滑狀態。

 (三)流體靜力潤滑

流體靜力潤滑系統示意圖

 

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