3.4　流体润滑原理简介

根据摩擦面间油膜形成的原理，可把流体润滑分为流体动力润滑（利用摩擦面间的相对运动而自动形成承载油膜的润滑）及流体静力润滑（从外部将加压的油送入摩擦面间，强迫形成承载油膜的润滑）。当两个曲面体做相对滚动或滚-滑运动时（如滚动轴承中的滚动体与套圈接触，一对齿轮的两个轮齿啮合等），若条件合适，也能在接触处形成承载油膜。这时不但接触处的弹性变形和油膜厚度都同样不容忽视，而且它们还彼此影响，互为因果。因而把这种润滑称为弹性流体动力润滑。

3.4.1　流体动力润滑

两个做相对运动物体的摩擦表面，用借助于相对速度而产生的黏性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷，称为流体动力润滑。所用的黏性流体可以是液体（如润滑油），也可以是气体（如空气等），相应地称为液体动力润滑和气体动力润滑。流体动力润滑的主要优点是摩擦力小，磨损小，并可以缓和振动与冲击。

下面简要介绍流体动力润滑中的楔效应承载机理。

图3-17（a）所示A、B两板平行，板间充满有一定黏度的润滑油，若板B静止不动，板A以速度v沿x方向运动。由于润滑油的黏性及它与平板间的吸附作用，与板A紧贴的流层的流速v等于板速v，其他各流层的流速则按直线规律分布。这种流动是由于油层受到剪切作用而产生的，所以称为剪切流。这时通过两平行平板间的任何垂直截面处的流量皆相等，润滑油虽能维持连续流动，但油膜对外载荷并无承载能力（这里忽略了流体受到挤压作用而产生压力的效应）。当两平板相互倾斜使其间形成楔形收敛间隙，且移动件的运动方向是从间隙较大的一方移向间隙较小的一方时，若各油层的分布规律如图3-17（b）所示，那么进入间隙的油量必然大于流出间隙的油量。设液体是不可压缩的，则进入此楔形间隙的过剩油量，必将由进口a及出口c两处截面被挤出，即产生一种因压力而引起的流动称为压力流。这时，楔形收敛间隙中油层流动速度将由剪切流和压力流二者叠加，因而进口油的速度曲线呈内凹形，出口处呈外凸形。间隙流体产生的动压力是能够稳定存在的。这种具有一定黏性的流体流入楔形收敛间隙而产生的压力的效应叫流体动力润滑的楔效应。

图3-17　两相对运动平板间油层中的速度分布和压力分布

3.4.2　弹性流体动力润滑

流体动力润滑通常研究的是低副接触受润零件之间的润滑问题，把零件摩擦表面视作刚体，并认为润滑剂的黏度不随压力而改变。可是在齿轮传动、滚动轴承、凸轮机构等高副接触中，两摩擦表面之间接触压力很大，摩擦表面会出现不能忽略的局部弹性变形。同时在较高压力下，润滑剂的黏度也将随压力发生变化。

弹性流体动力润滑理论是研究在相互滚动或伴有滚动的滑动条件下，两弹性物体间的流体动力润滑膜的力学性质。把计算在油膜压力下摩擦表面的变形的弹性方程、表述润滑剂黏度与压力间关系的黏压方程与流体动力润滑的主要方程结合起来，以求解油膜压力分布、润滑膜厚度分布等问题。

图3-18所示就是两个平行圆柱体在弹性流体动力润滑条件下，接触面的弹性变形、油膜厚度及油膜压力分布的示意图。依靠润滑剂与摩擦表面的黏附作用，两圆柱体相互滚动时将润滑剂带入间隙。由于接触压力较高使接触面发生局部弹性变形，接触面积扩大，在接触面间形成了一个平行的缝隙，在出油口处的接触面边缘出现了使间隙变小的突起部分（一种缩颈现象），并形成最小油膜厚度，出现了一个第二峰值压力。

图3-18　弹性流体动力润滑时，接触区的弹性变形、油膜厚度及压力变化

任何零件表面都有一定的粗糙度，所以要实现完全弹性流体动力润滑，其膜厚比λ必须大于5。当膜厚比λ小于5时总有少数轮廓峰直接接触的可能性，这种状态亦称部分弹性流体动力润滑状态。

3.4.3　流体静力润滑

流体静力润滑是靠液压泵（或其他压力流体源）将加压后的流体送入两摩擦表面之间，利用流体静压力来平衡外载荷。如图3-19所示为典型流体静力润滑系统示意图，由液压泵将润滑剂加压，通过补偿元件送入摩擦件的油腔，润滑剂再通过油腔周围的封油面与另一摩擦面构成的间隙流出，并降至环境压力。油腔一般开在承导件上。

环境压力包围的封油面和油腔总称为油垫，一个油垫可以有一个或几个油腔。一个单油腔油垫不能承受倾覆力矩。

两个静止的、平行的摩擦表面间能采用流体静力润滑形成流体膜。它的承载能力不依赖于流体黏度，故能用黏度极低的润滑剂，使摩擦副承载能力高，且摩擦力矩低。

图3-19　流体静力润滑系统示意图