二、流体动压润滑
1883年,Tower对火车轮轴的滑动轴承进行试验，首次发现轴承中的油膜存在流体压力。
1886年,Reynolds针对 Tower发现的现象应用流体力学推导出 Reynolds方程，解释了流体动压形成机理，从而奠定了流体润滑理论研究的基础。
1904年,Sommerfeld求出了无限长圆柱轴承的 Reynolds方程的解析解。
1954年,Ocvirk建立了无限短轴承的解析解，促使流体润滑理论得以应用于工程近似设计。
随着电子计算机和数值计算技术的发展，许多学者采用有限差分、变分和有限元等方法求得各种结构和工况条件下的有限长轴承数值解，得到了更为精确的结果，使得流体润滑理论日趋成熟。
1985年，王玉良用有限差分法完成某实验轴承的数值解。
流体动压润滑形成机理在于，摩擦表面的相对运动将粘性流体带人楔形间隙，从而使得润滑膜产生压力以承受载荷，这就是所谓的动压效应。润滑膜为粘性流体膜，其厚度处于 I～ 100 μm数量级，属于厚润滑膜；其理论基础是粘性流体力学．流体动压润滑通常应用于面接触摩擦副，如机床和汽轮发电机组等动力机械中的滑动轴承。
1.动压润滑形成机理运动副工作时，两工作表面之间的相对运动可将润滑剂带入工作区，并建立一定的油压 (动压 )支撑外载荷，形成油膜，保护工作表面，形成所谓,流体动压润滑,。
流体动压润滑的形成需要三个条件：
1) 两表面之间有相对的运动 (滚动或滑动 )
2) 两表面之间有楔形间隙，润滑油从大口进入，小口流出；
3) 两表面之间润滑剂有一定的粘度。
这就是所谓的流体动压润滑的三要素。
F
v
x
y
ab
c
o
h o
2.径向滑动轴承形成流体动力润滑过程 △
F F F
h mi n
o
o 1
o
o 1o 1
o
a
e
d
D
稳定工作状态静止状态 启动
dD
2/ rR?
rd
e?
1m in rh
几何关系：
·
半径间隙：
相对间隙：
偏心率：
最小油膜厚度：
轴承直径间隙：
3.流体动力润滑基本方程 — 雷诺方程
式中,U,V分别为流体沿坐标 x,z方向的速度分量； η-流体动力粘度； h-流体膜厚度； p-压力。方程左端表示流体润滑膜压力在润滑表面上随 x,z的变化率。右端表示产生润滑膜压力的各种效应，第一项为油楔动压效应；第二项为挤压效应项。
VxhUUzphzxphx 12)(6 2133
对于滑动轴承,U1＝ 0,V=0，雷诺方程可简化成
x
h
U
z
p
h
zx
p
h
x?
633
4.雷诺方程的求解：
用有限差分法求解二维雷诺方程。
5.液体动压润滑径向滑动轴承的设计过程
１．已知条件：外加径向载荷 F(N)，轴颈转速
n(r/min)及轴颈直径 d(mm)。
２．设计及验算：
选择轴承材料，验算 p,v,pv
选择轴承参数：如轴承宽度 (B)、相对间隙 (ψ)和润滑油黏度 (η) ;
计算承载量；
计算最小油膜厚度：
和许用油膜厚度,
验算温升：
hrh 1m in
21 ZZ RRSh
6.流体润滑与滑动轴承研究展望
经过长期的实验与理论研究，总体来说迄今各种结构的滑动轴承的静态润滑设计已达到相当完善的境地。随着高速大容量动力机械的发展，以下问题还有待于进一步研究。
（ 1） 油膜振荡与稳定性
在 20世纪 70～ 80年代，由于滑动轴承油膜振荡导致汽轮发电机组的断轴事故时有发生，
这是因为高速轻载轴承的轴心与轴承中心接近而处于不稳定状态所致。
研究 主要涉及油膜刚度特性和阻尼特性等 8
个动态系数的确定，基于转子动力学耦合的轴承一转子系统稳定性研究，以及失稳判据。
多油楔轴承油膜动态特性系数的计算还比较粗略，多跨度转子系统的动力学计算也存在困难。
（ 2 ）湍流润滑理论
大型水轮机推力轴承的雷诺数很高，在推力瓦边缘的流态极可能达到超层流甚至湍流状态。
相对层流润滑而言，湍流润滑需要考虑流体运动惯性和质点不规则运动产生的湍流附加应力．现有的湍流润滑理论通常忽略了惯性的影响，同时近似地采用湍流润滑系数来表示附加应力，故其在理论上仍很不完备，有待于深入研究．
（ 3） 动载荷轴承设计
诸如大型船舶多缸柴油机曲轴轴承润滑设计尚需进一步完善，这是由于相应的求解同时包含动压效应和挤压效应，而载荷的大小和方向以及速度的大小均随时间变化的
Reynolds方程的数学求解难度很大，通常采取将动压效应和挤压效应分别计算而后进行叠加的近似计算方法来求解该类 Reynolds方程。
对于汽轮机组、透平压缩机等叶片机械的高速径向滑动轴承的润滑设计进行了系统研究，包括椭圆轴承、多油楔轴承、可倾瓦轴承等。
汽轮发电机组因动力学失稳导致的重大事故原因的分析论证。在此基础上，对现场汽轮发电机组构建振动状态在线监测与故障诊断技术，并针对现代汽轮发电机组多转子复杂系统建立摩擦学设计专家系统。
在水轮机推力轴承研究中，针对三峡电站重型推力轴承，对轴瓦弹性变形规律进行实验室测定，并分析对润滑性能的影响；研制了小型水轮机用金属塑料复合弹性轴瓦的材料、结构及其应用。
以精密机床为应用背景的静压轴承研究取得进展。提出了浅腔静动压复合轴承的设计，获得比常规结构优越的润滑性能；将静压轴承用于改造磨床主轴，提高主轴回转精度，得到较大规模推广应用，经济效益显著。
气体静压润滑轴承在高速磨头主轴等装置中研制成功；特别是所研制的以气体动压为基础的各类螺旋槽密封装置性能优良，已经形成产业化，行销国内外。此外，
将铁磁流体用于密封在航空航天装置中应用也进行了实验研究。
1883年,Tower对火车轮轴的滑动轴承进行试验，首次发现轴承中的油膜存在流体压力。
1886年,Reynolds针对 Tower发现的现象应用流体力学推导出 Reynolds方程，解释了流体动压形成机理，从而奠定了流体润滑理论研究的基础。
1904年,Sommerfeld求出了无限长圆柱轴承的 Reynolds方程的解析解。
1954年,Ocvirk建立了无限短轴承的解析解，促使流体润滑理论得以应用于工程近似设计。
随着电子计算机和数值计算技术的发展，许多学者采用有限差分、变分和有限元等方法求得各种结构和工况条件下的有限长轴承数值解，得到了更为精确的结果，使得流体润滑理论日趋成熟。
1985年，王玉良用有限差分法完成某实验轴承的数值解。
流体动压润滑形成机理在于，摩擦表面的相对运动将粘性流体带人楔形间隙，从而使得润滑膜产生压力以承受载荷，这就是所谓的动压效应。润滑膜为粘性流体膜，其厚度处于 I～ 100 μm数量级，属于厚润滑膜；其理论基础是粘性流体力学．流体动压润滑通常应用于面接触摩擦副，如机床和汽轮发电机组等动力机械中的滑动轴承。
1.动压润滑形成机理运动副工作时，两工作表面之间的相对运动可将润滑剂带入工作区，并建立一定的油压 (动压 )支撑外载荷，形成油膜，保护工作表面，形成所谓,流体动压润滑,。
流体动压润滑的形成需要三个条件：
1) 两表面之间有相对的运动 (滚动或滑动 )
2) 两表面之间有楔形间隙，润滑油从大口进入，小口流出；
3) 两表面之间润滑剂有一定的粘度。
这就是所谓的流体动压润滑的三要素。
F
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2.径向滑动轴承形成流体动力润滑过程 △
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几何关系：
·
半径间隙：
相对间隙：
偏心率：
最小油膜厚度：
轴承直径间隙：
3.流体动力润滑基本方程 — 雷诺方程
式中,U,V分别为流体沿坐标 x,z方向的速度分量； η-流体动力粘度； h-流体膜厚度； p-压力。方程左端表示流体润滑膜压力在润滑表面上随 x,z的变化率。右端表示产生润滑膜压力的各种效应，第一项为油楔动压效应；第二项为挤压效应项。
VxhUUzphzxphx 12)(6 2133
对于滑动轴承,U1＝ 0,V=0，雷诺方程可简化成
x
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4.雷诺方程的求解：
用有限差分法求解二维雷诺方程。
5.液体动压润滑径向滑动轴承的设计过程
１．已知条件：外加径向载荷 F(N)，轴颈转速
n(r/min)及轴颈直径 d(mm)。
２．设计及验算：
选择轴承材料，验算 p,v,pv
选择轴承参数：如轴承宽度 (B)、相对间隙 (ψ)和润滑油黏度 (η) ;
计算承载量；
计算最小油膜厚度：
和许用油膜厚度,
验算温升：
hrh 1m in
21 ZZ RRSh
6.流体润滑与滑动轴承研究展望
经过长期的实验与理论研究，总体来说迄今各种结构的滑动轴承的静态润滑设计已达到相当完善的境地。随着高速大容量动力机械的发展，以下问题还有待于进一步研究。
（ 1） 油膜振荡与稳定性
在 20世纪 70～ 80年代，由于滑动轴承油膜振荡导致汽轮发电机组的断轴事故时有发生，
这是因为高速轻载轴承的轴心与轴承中心接近而处于不稳定状态所致。
研究 主要涉及油膜刚度特性和阻尼特性等 8
个动态系数的确定，基于转子动力学耦合的轴承一转子系统稳定性研究，以及失稳判据。
多油楔轴承油膜动态特性系数的计算还比较粗略，多跨度转子系统的动力学计算也存在困难。
（ 2 ）湍流润滑理论
大型水轮机推力轴承的雷诺数很高，在推力瓦边缘的流态极可能达到超层流甚至湍流状态。
相对层流润滑而言，湍流润滑需要考虑流体运动惯性和质点不规则运动产生的湍流附加应力．现有的湍流润滑理论通常忽略了惯性的影响，同时近似地采用湍流润滑系数来表示附加应力，故其在理论上仍很不完备，有待于深入研究．
（ 3） 动载荷轴承设计
诸如大型船舶多缸柴油机曲轴轴承润滑设计尚需进一步完善，这是由于相应的求解同时包含动压效应和挤压效应，而载荷的大小和方向以及速度的大小均随时间变化的
Reynolds方程的数学求解难度很大，通常采取将动压效应和挤压效应分别计算而后进行叠加的近似计算方法来求解该类 Reynolds方程。
对于汽轮机组、透平压缩机等叶片机械的高速径向滑动轴承的润滑设计进行了系统研究，包括椭圆轴承、多油楔轴承、可倾瓦轴承等。
汽轮发电机组因动力学失稳导致的重大事故原因的分析论证。在此基础上，对现场汽轮发电机组构建振动状态在线监测与故障诊断技术，并针对现代汽轮发电机组多转子复杂系统建立摩擦学设计专家系统。
在水轮机推力轴承研究中，针对三峡电站重型推力轴承，对轴瓦弹性变形规律进行实验室测定，并分析对润滑性能的影响；研制了小型水轮机用金属塑料复合弹性轴瓦的材料、结构及其应用。
以精密机床为应用背景的静压轴承研究取得进展。提出了浅腔静动压复合轴承的设计，获得比常规结构优越的润滑性能；将静压轴承用于改造磨床主轴，提高主轴回转精度，得到较大规模推广应用，经济效益显著。
气体静压润滑轴承在高速磨头主轴等装置中研制成功；特别是所研制的以气体动压为基础的各类螺旋槽密封装置性能优良，已经形成产业化，行销国内外。此外，
将铁磁流体用于密封在航空航天装置中应用也进行了实验研究。
