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)
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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。
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。
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