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斯特里贝克曲线

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斯特里贝克曲线(英语:Stribeck curve)是力学当中的摩擦学的一个基础概念。该曲线指出流体润滑接触摩擦力是接触负载、润滑剂黏度以及润滑剂夹带速率的非线性函数。此一发现与基础研究源于理察·斯特里贝克[1][2][3]梅奥·代尔·赫西[4][5]等人的贡献。

概念

斯特里贝克曲线示意图(横轴为赫西数;纵轴为摩擦力) 1. 边界润滑 2. 混合润滑 3. 流体动力润滑

对于两流体润滑界面的接触行为,斯特里贝克曲线指出了赫西数Hersey number)与摩擦系数之间的非线性关系。其中,赫西数为无因次量,并定义为:

其中,η为流体动态黏度,N为流体夹带速率,而P是摩擦接触的正向负载。因此,给定一黏度和负载,斯特里贝克曲线可描述摩擦力如何随速度而改变。基于典型的斯特里贝克曲线(如右图),可定义三种润滑机制:

1. 边界润滑boundary lubrication 固体表面的直接接触,主要由表面粗糙度英语Asperity (materials science)支撑负载、高摩擦力
2. 混合润滑mixed lubrication 一些表面粗糙度接触,由表面粗糙度和液体润滑剂支撑负载。
3. 流体动力润滑hydrodynamic lubrication 粗糙度接触可忽略不计,负载主要受流体动力的压力影响。

历史与归属

马滕斯研究所获得的典型斯特里贝克曲线[6]

理察·斯特里贝克曾在柏林皇家普鲁士技术检测研究所(MPA,今BAM)从事研究工作,并于1901年12月5日的一场铁路学会的公开会议中展示其研究成果,随后于1902年9月6日正式发表。早于斯特里贝克,同一机构的工程师阿道夫·马滕斯曾在1855年进行类似的研究[6],而美国史蒂文斯理工学院罗伯特·亨利·瑟斯顿教授亦早于1870年代中期从事过类似研究[7][8]。虽然马滕斯和瑟斯顿等人较斯特里贝克早先得到相关结论,但由于斯特里贝克将自己的成果发表于当时德国最有影响力的科技期刊《德国机械工程师期刊》(VDI)上,因此流体润滑表面的摩擦曲线理论最终归属于斯特里贝克。马滕斯曾在普鲁士皇家技术检测研究所的官方杂志上发表了他的研究成果,该研究所即今日的BAM。VDI期刊将斯特里贝克的数据广泛提供给各界取得,其同事后来又将这些结果细分为三大典型摩擦机制。瑟斯顿没有可用于连续纪录摩擦系数的实验设备,其研究仅限于分散取样点的量测;这些说明了为何他没有发现液体润滑轴套的最小摩擦系数,而相反地,在马滕斯和斯特里贝克等人提出的曲线中则诠释了该最小值。

参考资料

  1. ^ Stribeck, R. (1901), Kugellager für beliebige Belastungen (Ball Bearings for any Stress), Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure 45.
  2. ^ Stribeck, R. (1902), Die wesentlichen Eigenschaften der Gleit- und Rollenlager (Characteristics of Plain and Roller Bearings), Zeit. des VDI 46.
  3. ^ Jacobson, Bo. The Stribeck memorial lecture. Tribology International. November 2003, 36 (11): 781–789. doi:10.1016/S0301-679X(03)00094-X. 
  4. ^ Hersey, M. D. (1914), The Laws of Lubrication of Horizontal Journal Bearings, J. Wash. Acad. Sci., 4, 542-552.
  5. ^ Biography of Mayo D. Hersey. [2018-03-15]. (原始内容存档于2019-07-16). 
  6. ^ 6.0 6.1 Woydt, Mathias; Wäsche, Rolf. The history of the Stribeck curve and ball bearing steels: The role of Adolf Martens. Wear. 2010-05-12, 268 (11): 1542–1546. doi:10.1016/j.wear.2010.02.015. 
  7. ^ Robert H. Thurston, Friction and lubrication - Determination of the laws and coefficients of friction by new methods and with new apparatus, Trübner and Co., Ludgate Hill, London, 1879
  8. ^ Robert H. Thurston, A treatise on friction and lost work in machinery and millwork, Wiley, New York, 1894, 5th Edition