油气润滑原理和弹性流体动力润滑基本方程|加工中心

1. 2油气润滑原理

油气润滑是气液两相流体冷却润滑的一种简称。油气润滑的润滑原理是建立在弹性流体动力润滑理论基础之上，润滑油以压缩空气为动力，沿着输送管壁波浪形地向前移动。管道中润滑油和压缩空气不会融合，只会维持自己的相态，形成紊流状的油气混合流。管道中润滑油不会被压缩空气打散，而是被压缩空气带动润滑油在管道内壁上旋转地向前移动。如图2.1所示，润滑油具有粘性，在附壁效应与离心力的双重作用下粘附于管壁四周的润滑油之间存在间隙；管道内壁上的润滑油滴被压缩空气吹散，然后变薄，慢慢地形成一层连续、轻薄、匀称的环状油膜。这种润滑方式可以把连续的、均匀的微量环状油膜输送到需要润滑的位置，在摩擦副表面可以形成连续的油气两相膜来阻止摩擦面的直接接触，在油气润滑中压缩空气不仅作为动力源，也对润滑点起到了冷却的作用。

1. 3弹性流体动力润滑基本方程

1. 3. 1润滑油粘度与压力的方程

在高压条件下，润滑油的粘度与压力的变化相关，压力越高，变化越明显，如在挤压时。在这种情况下，？/就不能看出常数，而有明显的压粘效应。

^ 一压力特性系数，其值随油品和温度等条件而异，见表2.1。

表2.1精制矿物油的粘压系数《 (10^_8m²/N)

Table2.1 Stick pressure coefficient of refined mineral oil OC (10"⁸m²/N)

温度		环烷基			石蜡基
°c	锭子油	轻机油	重机油	轻机油	重机油	气缸油
30	2.1	2.6	2.8	2.2	2.4	3.4
60	1.6	2.0	2.3	1.9	2.1	2.8
90	1.3	1.6	1.8	1.4	1.6	2.2

2. 3. 2普遍形式的Reynolds方程

1886年Reynolds (雷诺）首先提出了反映润滑膜产生承载能力的基本方程是流体动力润滑方程，又称Reynolds方程。但由于Reynolds原来发表的方程并不能完全适用于弹流润滑研宄的需要。为此，人们又推导出来更为普遍适用的Reynolds方程。在图2.2所示的坐标中，做出了以下的假设条件：

(1) 润滑油是牛顿流体，遵守牛顿粘性定律；

(2) 油膜厚度小于与其接触的固体表面曲率半径，且相差甚远；

(3) 在油膜与固体的接触表面在没有相对滑动；

(4) 油膜受粘性剪切力、惯性力和其它体积力，但由于惯性力和体积力微小可忽

(5) 油膜厚度甚薄，可以认为沿z方向油膜压力保持不变，即i = 0;

(6) 只考虑^和^这两个速度梯度；

2. 4. 3角接触球轴承油气润滑最小油膜厚度计算

闰通海，何立东对油气润滑的做了深刻的研宄，他们提出了关于油气润滑新的概念，认为润滑膜为气液两相润滑膜。

(1) 气液两相流等效粘度

润滑效果与润滑油的粘度特性有着紧密的联系，润滑油中混入气泡后，润滑油的粘度特性会发生改变，19世纪初期专家们就开始研究两相流的特性规律。在研宄过程中，一些专家认为润滑油内混入气泡粘度会降低，另一些专家认为混入的气泡会增加润滑油粘度。专家们奋力地研宄油气两相流粘度的改变规律。

研究中认为油气两相流的模型是分散相和连续相混合而成的。连续相为流体；分散相是颗粒状的，其形态可以是气态、液体或固态。油气两相流可以看成分散相颗粒混入到了连续相流体中，这种两相流流体沿壁面移动时，两相流内部的运动阻力变大，使两相流的粘度增大。

在推导两相流等效粘度的过程中，Eenstein提出了下面的假设条件：（1)分散相颗粒为刚性小球，小球半径与整个连续相的体积相比十分微小，所以省略掉壁面效应;

(2) 颗粒体积浓度低，而且彼此之间有较大空隙；（3)连续相和分散相之间忽略流体动力影响；（4)颗粒附着在连续相流体上，彼此之间无相对运动；（5)忽略两相流惯性作用。

对于润滑来说，润滑剂的性能最为重要。粘度是评估润滑剂性能的最佳参数。润滑剂粘度过低，不利于油膜的形成而且也难以承受负载；粘度过高，润滑膜耗损过大，运动温度提高。从公式(2.30)可以看出，单项流粘度小于两相流的粘度，而且两相流的粘度与两相流中空气小气泡的相对体积浓度有必然联系，两相流的粘度随体积浓度的增加而增大。

通过上述给定数值的结果分析可知，油气两相流体润滑的两相膜厚度比单相流体油膜厚度大。两相流中空气相对体积含量的增加，有利于润滑膜的形成，油膜厚度也得到提升，减少了油膜破损的概率，有效减轻了表面间的摩擦，强化了润滑效果。

2. 5本章小结

本章介绍了弹性流体动力润滑的发展过程和油气润滑原理。研宄了弹性流体动力润滑的基本方程，提出了最小油膜厚度的数值解公式和最小油膜厚度的计算步骤。并且通过对油气两相膜中的等效粘度的计算和定量分析，得出了油气润滑润滑膜比普通油润滑润滑膜相比，厚度显著加厚。两相流中压缩空气相对体积含量的增加，有利于润滑膜的形成，润滑膜的厚度变大，减小滚动体和滚道表面直接接触几率，使彼此之间摩擦现象得到缓解，润滑效果更好。

本文采摘自“数控加工中心主轴轴承油气润滑机理研究”，因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示，有需要者可以在网络中查找相关文章！本文由伯特利数控整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！

油气润滑原理和弹性流体动力润滑基本方程

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