天天看点

滑冰、摩擦、润滑特性、润滑机制

滑冰、摩擦、润滑特性、润滑机制

在有相对运动的两个接触表面之间加入润滑剂,从而使两磨擦面之间形成润滑膜,将直接接触的表面分隔开来,变干磨擦为润滑剂分子内磨擦,达到减少摩擦,降低磨损,延长机械设备使用寿命的目的,即谓之润滑。

不同工况下,润滑的作用机制不同。下图的纵坐标是(表观)摩擦系数(因数), 即平时有正压力N计算摩擦力F=μN中“摩擦系数”μ。

滑冰、摩擦、润滑特性、润滑机制

图1

横坐标为轴承特性数ηU/p, 其中:η为润滑油粘度;U为滑动速度;p为单位面积载荷。

从图1可以看出:

摩擦系数与相对速度大小有关。通常物理教学摩擦系数大小与速度无关,这只是一种近似处理。

摩擦系数与压力有关。通常物理教学中F=μN并没有体现出接触面积的影响。因为p在ηU/p的分母上,可推定在同样压力下,接触面积越小,摩擦系数越大。

当然图1是轴承特性,接触面之间有润滑油。平时物理题目:

一、没有润滑油;

二、低速。这种情形是向图1左端趋近的极限。

图1分三个工作区。最左边是边界润滑,这对应于速度低、压力大的情形,这种情形接触间隙小。

最右边是流体润滑,它对应速度快、压力小的情形,此时油膜厚度大(1.5~2微米以上)。

中间区域是混合润滑。

最佳的工况是混合润滑与流体润滑的交界附近。在这个附近的油膜厚度最合适。超过这个厚度,估计油膜太厚而容易出现不稳定(甚至湍流),此不稳定又可增大了阻力。

如果油膜厚度低于最优厚度,即落入图1中左边的边界润滑区,有可能出现接触面直接硬碰硬的摩擦,因而摩擦系数变大。也许是在这个区间,硬摩擦(干摩擦)成为主导因素,于是其摩擦系数大小受速度、压强影响不大,即接近物理教学中的库仑定律的条件。

在边界润滑区,随着粘性系数增大,摩擦系数缓慢减小。滑冰、平时水磨石地面摔倒的情形应该在这个区。水磨石上的水膜和冰刀压力形成的水膜都能起到润滑作用。

水的黏度系数小、易浸润,不容易在几何曲率大表面挂上均匀膜,因而不适合机器的润滑。相反,油脂就比较容易挂膜,故而润滑油。

在边界润滑区,随速度越大,摩擦系数变小,也就越滑。所以在冰面和有水地板上要慢慢地走,这样摩擦力就大一些。当然,慢慢走神经-肌肉系统也要比较富裕的时间来应对失衡。

理想润滑剂应该是这样:容易形成抗压膜层,没有抗剪能力。

抗压膜层将两个接触面隔开,从而后者的坑坑洼洼不会咬合起来。

滑冰、摩擦、润滑特性、润滑机制

图2

如果不密封,润滑剂就会泄漏掉。如果有密封,润滑剂内部必然压力,而且两个高速转动的工作件也会带来附加压力。润滑体必须能够抗压(体积不变), 否则体积在高压下变小了,两个坑坑洼洼的截面就会硬接触。

没有抗剪能力指一旦有剪力,两个硬界面上附着的润滑膜立即错开。如果有明显的抗剪力,就必然在相互运动工作态中做负功,表现出明显的明显的摩擦力。

但前面已经说过,能形成抗压膜层的液体必然要有足够的黏度,而这个黏度必然表现出抗剪力。所以现实只能折中处理,通过深入理论分析和实验探索进行优化。

除了润滑外,润滑油还有别的作用,大体有下面八个方面。

1、降低摩擦:在摩擦面加入润滑剂,能使摩擦系数降低,从而减少了摩擦阻力节约能源消耗。

2、减少磨损:润滑剂在磨擦面间可以减少表面磨损、表面疲劳、粘着磨损等所造成的损伤。

3、冷却作用:润滑剂可以吸热、传热和散热,因而能降低摩擦所造成的温度上升。

4、防锈作用:摩擦面上有润滑剂存在,可防止因空气、水滴、水蒸汽、腐蚀性气体及液体、尘埃、氧化物引起的锈蚀。

5、传递动力:在许多情况下润滑剂具有传递动力的功能,如液压传动等。

6、密封作用:润滑剂对某些外露的零部件形成密封能防止水分杂质侵入。

7、减震作用:在受到冲击负荷时可以吸收冲击能,如汽车减震器等。

8、清洁作用:通过润滑油的循环可以带走杂质,经过滤清器滤掉。

继续阅读