流体润滑

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册上》第247页（2521字）

流体润滑又称流体膜润滑，有流体动压润滑和流体静压润滑两类。流体动压润滑，是靠两表面的几何形状或相对位置，使二者在相对运动过程中在其间建立足以使之完全隔开的承载流体膜，如汽轮机、水轮机的滑动轴承的润滑。流体静压润滑则靠外压(如油泵产生的油压)将润滑剂加压后送入摩擦副间，从而将两表面完全隔开，故又称外压式或外作用式润滑，如静压滑动轴承、静压导轨、静压传动螺旋的润滑．也有在同一摩擦副中同时采取上述两种润滑方式的情况。

5．2．1 基本方程

流体润滑的基本方程是雷诺方程，广义雷诺方程为^〔28〕

式中 ρ为流体的密度；h为流体膜厚度，一般为x、z和t的函数；p为流体膜压强；μ为流体的粘度；t为时间；U₁、V₁、W₁、U₂、V₂、W₂为界面1与界面2(见图1．5－13)沿x、y、z轴方向的速度分量，其中V₂－V₁可写成，对于有渗漏的多孔性材料界面面的V2、V₁则可表示流体流出或流入的速度。

图1．5－13 两界面间的流体膜

在推导方程(1．5－7)时曾作如下假定：1．流体膜为连续介质；2．膜中流体为牛顿流体，即其剪切应力与速度梯度成正比；3．流动为层流；4．略去流体中体积力和惯性力的影响；5．流体在界面上吸附牢固，无相对滑动；6．鉴于流体膜很薄，沿膜厚方向(y向)流体的压强、粘度、密度视为有相同值。在工程计算中，根据工况条件和表面形状，在式(1．5－7)的基础上加以简化，可得出下列各典型形式：

①将坐标轴x取在表面的运动方向，则W₂=W₂=0，通常又不计界面材料的切向伸缩效应，即有，则式(1．5－7)变为：

或写为：

②不可压缩流体，ρ=常数，则有

③不可压缩流体，等粘度流体膜，瞬(动)态及稳(静)态分别为：

上述各方程可直接用于滑块轴承等移动副。

④对向心滑动轴承等转动副，如图1．5－14，由于表面旋转所产生的表面切向速度不总沿坐标轴，即相应点的切向速度有附加的径向分速度U₂sina≈。将其计入后，得

对于不可压缩流体为

对等粘度流体膜为

对不可压缩、等粘度、稳态向心滑动轴承为

图1．5－14 向心滑动轴承坐标系和平移速度

对比式(1．5－12)及(1．5－16)可见，如U1=U2且同向时，滑块轴承所用的式(1．5－12)的右边为零，即无楔形效应。对向心滑动轴承则效应加倍，能够承担载荷。

⑤无限宽向心滑动轴承，对不可压缩、等粘度流体和稳态条件，有

⑥采用圆柱极坐标系的情形，如图1．5－15所示扇形推力滑动轴承，有

对不可压缩、等粘度流体和稳态条件，有

图1．5－15 扇形推力滑动轴承

5．2．2 流体动压润滑

流体动压润滑是在一定条件下，靠两界面的相对运动，用粘性流体使之完全分开的。由于两界面不接触，相对运动时只在流体分子间产生摩擦，故其摩擦性质取决于流体的粘性。所用的粘性流体，可以是液体(如润滑油、水)，也可以是气体(如空气、氢等)，因而相应称为液体动压润滑和气体动压润滑。

当摩擦副的运动速度、润滑剂粘度，间隙形状和尺寸、边界条件等已知时，可利用雷诺方程求解出压强分布p、承载量、摩擦力、润滑剂流量、温升或温度分布(有的情况还要分析流体润滑膜的阻尼和刚度特性)。雷诺方程的求解，只有个别简单情况才能求得解析解。由于电算技术的发展，使得数值解法已成为求解雷诺方程的有效手段，如有限差分法、有限元法和边界元法等，并依此编制出各种计算机应用软件或计算图表供设计用(典型实例见第四篇第九章)。

5．2．3 流体静压润滑

图1．5－16为流体静压润滑的推力滑动轴承的示意图。由油泵不断供给一定压强的润滑剂，当摩擦表面间压强总和与外加载荷F₀平衡时，就能将轴顶起，保持一定厚度的润滑膜。由于这种润滑膜在两表面无相对速度条件下仍能建立，其承载能力主要取决于供油压强和承载面积，故适用于经常起停或极低速度下工作的摩擦副。这种润滑除了和流体动压润滑一样，具有使摩擦副使用寿命长、摩擦小、抗振性好等优点外，还有适应速度范围广、油膜刚度大、运动精度高等特点，故在低速重载或高精度的机械设备中(轴承、导轨、丝杠等)获得成功的应用。但这种润滑需有可靠的供油(或供气)系统。

图1．5－16 流体静压推力轴承示意图