不是所有情况都通用的基本法则,并且不适用于大的物体。
伟大的物理学家牛顿发现了许多力学和运动的基本定律,其中也包括了对摩擦学的进一步发现。牛顿发现,动摩擦与速度和速率没有关系,这就是摩擦学第三条定律。
1950年,英国科学家菲利普·鲍登(Phillip Bowden)和泰伯(David Tabor)对摩擦定律进行了阐述,他们认为,物体间接触时,实际上的接触面积是很小的,并不是整个表面都产生了接触。在物体的表面,哪怕是看起来很光滑的表面,放大了看其实是一些凸凹不平的峰点。发生接触的实际上是这些起伏的峰点,而不是整个表面。物体接触时,正压力越大,两个接触面受到挤压,产生接触的峰点就越多,摩擦力随之增大。鲍登和泰伯还进一步确定,摩擦力取决于相互接触的峰点之间的粘附力。
不过,随着我们对接触面间的摩擦上升到单个分子层面上的分析,我们了解到这些宏观摩擦法则也具有局限性,还了解到接触面间的相互作用,在微观层面上是非常复杂的。
4.1859年,Drake的油井与世界润滑油工业的问世
1859年8月27日,在美国宾夕法尼亚州的Titusville,Drake钻出了第一口油井,位于地下69.5英尺,美国乃至世界都把这个时间看做世界石油工业的开端。随后几年,由于工业革命对能源的巨大需求,油井如雨后春笋一样出现,石油工业也带动了城市的繁荣发展。使用
石油制成的润滑油也在各行业推广:制造业、交通运输、发电、通讯等行业都使用石油基润滑油。
5.1883年~1905年:流体动力润滑原理
在工业革命之前,润滑还还没有上升到科学和理论层面,而只是依靠经验或者口耳相传。1883年,英国人开始阐述流体动力润滑的规则,其中,Beauchamp Tower做了实际测试。他使用特制的试验台架,模拟了货车轮轴滑动轴承的润滑状态。经过实验,Tower发现摩擦系数与负载和轴承速度有很大关系,并发现了流体动压现象。
在实验的最后阶段,Tower在滑动轴承上钻了一个加油孔,发现油会从加油孔中涌到轴承盖上。他在加油孔装了一个压力计,发现压力很大,连压力计都测量不了这样的高压,Tower这才意识到,在轴承内部存在着油膜层,能够承载很大的负荷。后来的科学家通过研究也证实了这个发现。
1886年,雷诺(Osborne Reynolds)提出了润滑理论的微分方程,成功地揭示了流体膜产生动压的机理,为现代流体润滑理论奠定了基础。雷诺方程是二阶偏微分方程,是Navier-Stokes方程的一种形式。
1905年,Arnold Sommerfeld进一步发展了Tower和雷诺的理论,正式形成了流体动力润滑的理论。
在奠定了润滑理论之后,人类对流体动力润滑的了解持续发展。流体动力润滑得名于润滑膜的产生机制:固体接触面之间发生了相对
运动,由此产生了液体动压,形成一层润滑膜,隔开两摩擦表面并承受负荷。
我们都知道,物体表面都是凸凹不平的,有许多凸起的峰点。两个表面发生接触,峰点就会发生接触。如果其中的一个平面在另一个平面上滑动,那么摩擦就会增大。相互接触的峰点在受力中会断裂,物体的表面也就发生了磨损。在流体动力润滑中,润滑剂形成一层润滑膜,把接触面分隔开,避免它们直接接触,达到减磨、避免磨损的目的。要达到流体动力润滑,需要满足这样的条件:设备的几何构造和尺寸、物体的运动速度、液体润滑剂的粘度能形成足够的液体动压,依靠液体动压来承载负荷。液体的动压迫使接触面分开,产生向上的支撑力,避免它们直接接触。
流体动力轴承就是依靠流体动压产生的支撑力,承载住负荷,最典型的例子就是滑动轴承,广泛运用于机器、车辆。
6.1877年~现在:合成油把润滑技术提升到新高度:
人类在各个领域都在追求更好的东西,包括润滑油领域——虽然矿物油给人类带来了更好的润滑油,但是石油工业发展还没满20年,人类便开始寻求更好的油类——合成油的研发之路由此展开。
人类对合成油的研究最早可追溯到1877年,法国化学家查尔斯·傅里德(Charles Friedel)和美国化学家詹姆斯·克拉夫茨(James Mason Crafts)共同发现了傅里德-克拉夫茨反应,简称傅-克反应
(Friedel–Crafts reaction),首次通过人工合成制取了碳氢化合物。
1913年,德国化学家Friedrich Bergius采取加氢反应,把煤制成了油,实现了人工合成法煤制油。不过,一直到1929年,美国的标准石油(埃克森美孚的前身)Standard Oil of Indiana取得了技术突破,合成油技术才真正成熟到商业化的水平,不过,鉴于成本过高,当时并没有实现真正的商业化。1937年,PAO开始问世,在合成油领域一枝独秀,尤其是发动机油领域。
德国的合成油研究也开始的很早,可以追溯到第一次世界大战前,还有第二次世界大战期间。1923年,德国人Frans Fischer和Hans Tropsch发明了天然气制油技术(费托合成),能把甲烷转化为高品质合成油。费托合成使高品质合成油的生产从商业上成为了可能。
1939年,费托合成法在德国实现了商业化,在30年代和40年代,通过费托合成制取合成燃油、橡胶、润滑油、石蜡在德国开始涌现。
在两次世界大战期间,合成油的研究主要得益于美军和德军的支持。在这个时期,还出现了另一种合成油——PAG(水溶性),确切地说PAG不属于油类,而应该是一种合成液。PAG是最早一批在交通领域试用的合成油,虽然它们吸水性较强,但是PAG具有出色的低温性能,以及良好的热稳定性。1944年,在北方(加拿大、阿拉斯加等北部地区)严寒条件下,美军把PAG运用于飞机发动机润滑。在累积飞行15万个小时后,发动机依然没有任何问题。
40年代末,科学家开始研究酯类油,最初是双酯,而后是聚酯
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