在1900—1902年間德國學者斯特里貝克(Stribeck)曾經對滾動軸承與滑動軸承的摩擦進行試驗，探討運動速度、法向載荷和潤滑劑的黏度等參數與摩擦係數之間的關係，並繪製了著名的斯特里貝克曲線(Stribeck Curve)。斯特里貝克曲線用摩擦係數μ作縱坐標，並以 ( (潤滑劑粘度×滑動速度) /載荷) 為橫坐標來說明幾種潤滑方式。利用這條曲線可將潤滑狀態劃分為三種主要類型：邊界潤滑(Boundary Lubrication)，混合潤滑(Mixed Lubrication)，流體潤滑(Hydrodynamic Lubrication)。
基本介紹
- 中文名：斯特里貝克曲線
- 外文名：Stribeck Curve
- 套用：潤滑摩擦領域
- 橫坐標：(潤滑劑粘度×滑動速度) /載荷
- 縱坐標：摩擦係數m
- 曲線分段表示：邊界潤滑, 混合潤滑,流體潤滑
產生及說明,套用範疇,套用舉例,液粘調速離合器,航空活塞發動機,
產生及說明
遠古時期人類就認識到了摩擦現象，並利用動物油脂等手段提高摩擦表面的潤滑性能，降低表面摩擦係數。 但科學意義上的潤滑狀態研究始於1902年德國學者斯特里貝克(Stribeck)對有潤滑劑存在的滾動軸承與滑動軸承的摩擦試驗，試驗結果被繪製成斯特里貝克曲線(Stribeck Curve)，如圖所示。
斯特里貝克曲線
斯特里貝克曲線邊界潤滑是指兩摩擦副間有少量潤滑劑，摩擦副表面接觸充分，摩擦係數較大(~0.1)；
流體動壓潤滑是指兩摩擦副間有一定的距離而沒有接觸，潤滑劑充滿其間，摩擦係數很小(0.001~0.01)且取決於潤滑劑黏度、潤滑劑與摩擦副之間的作用及其相對運動速度；
混合潤滑是處在邊界潤滑和流體潤滑之間，指摩擦副間既有一定油膜厚度同時也存在少量的表面接觸，因此其摩擦係數處在邊界潤滑與流體潤滑之間。
斯特里貝克（Stribeck）曲線表示了邊界潤滑與流體潤滑的區別。曲線的縱坐標摩擦係數是其橫坐標（潤滑劑粘度×滑動速度）/載荷 ）這個變數的函式。而將速度減小，載荷加大，按流體潤滑曲線的函式看，走向應指向坐標原點。但實際情況並非如此，而是摩擦係數增大，且與橫坐標的變數無關，基本上是定值（邊界潤滑曲線段）。這種現象的發生，首先是因為發生了固體表面間的接觸，然後摩擦面的一部分進入邊界潤滑狀態。於是曲線的左側基本成為完全的邊界潤滑。由此曲線可知，潤滑類型隨著轉速、載荷和潤滑劑黏度的變化而變化，可以從一種潤滑狀態轉變到另一種潤滑狀態。
套用範疇
斯特里貝克曲線套用於潤滑摩擦領域。
“潤滑”是摩擦學研究的主要內容，是改善摩擦副的摩擦狀態以降低摩擦阻力，減緩磨損的技術。“潤滑”一詞包括兩個方面，即包括“潤”與“滑”；前者主要描述固-液界面間靜態潤濕性質，後者描述固-固(液)界面間相對運動的性質； 前者是因，後者是果。“潤滑劑”也不僅僅局限於水基材料，包括固體潤滑劑、液體潤滑劑以及氣相潤滑劑等各種狀態潤滑材料。固-液界面間潤濕狀態可以分為黏濕、浸濕和鋪展三種類型。 潤濕的過程是液體與固體表面接觸後固-液體系自由能或Gibbs自由能降低的過程，是一個自發的過程。 液滴在固體表面達到平衡後，氣、液、固相交界處界面張力和為零。
對於固-固界面摩擦，當外加水或其他潤滑劑完全潤濕摩擦副表面後，摩擦副表面之間存在穩定的潤滑薄膜，有利於形成混合潤滑和流體動壓潤滑，從而起到明顯的減摩抗磨效果。 而對於固-液界面摩擦,降低表面潤濕性，減小固液界面分子相互作用，可以有效減小固液界面摩擦阻力，特別是當流體完全不能潤濕固體表面(即超疏水狀態)，固液界面間由於空氣層的存在，固液界面間摩擦阻力可以大大降低。
套用舉例
液粘調速離合器
液粘調速離合器是以粘性液體為工作介質,依靠液體粘性或說油膜剪下力來傳遞動力，通過改變主、從動摩擦片間的油膜厚度調節輸出轉速併兼有離合功能的傳動裝置。當液粘調速離合器的結構尺寸和工作油不變時，根據牛頓內摩擦定律可以得出傳遞的轉矩為M：
M = K △/ h
式中K — 常數；
△— 滑差，單位為rad/s；
h 一油膜厚度，單位為mm。
油膜厚度可以通過油壓控制機構的油壓p來調節，即h=f(p)，則M=K △/ f (p)。
當工作油壓足夠大時,h就趨向於零，油膜被破壞，實現無滑差的直接傳動即同步運行。此時，液粘調速離合器所能傳遞的轉矩M為：
M=n
ApR
式中n ——摩擦片數目；
A ——摩擦面面積，單位為mm2
斯特里貝克曲線
斯特里貝克曲線p ——施加於活塞上的油壓，單位為Pa；
R ——平均作用半徑，單位為mm。
因此，液粘調速離合器可以方便地實現0~100%的輸出轉速調節，在工程系統中可以按工藝流程的需要，通過變速調節工作機( 如風機、水泵) 的轉速(及流量)，可以大幅度節能。
圖為斯特里貝克曲線，表示出運動速度v,法向載荷G和潤滑油的動力粘度
等參數與摩擦因數f 之間的關係曲線，可用以說明液粘調速離合器運行中的摩擦狀態。
航空活塞發動機
滑油是航空活塞發動機的血液，滑油應具有潤滑、清潔、保護、密封和冷卻等功能才能保證發動機的正常運轉，當今全球通用輕型飛機絕大部分使用萊康明航空活塞發動機提供動力，以萊康明航空活塞發動機為例，對這些功能進行探討，如圖所示。
萊康明典型航空活塞發動機
萊康明典型航空活塞發動機萊康明發動機滑油提供兩種類型的基本潤滑：壓力潤滑和邊界潤滑。
圖為萊康明發動機工作時的斯特里貝克曲線。用以分析各部件所處的潤滑狀態。從而更好的改進性能。
壓力潤滑指被潤滑部件被一層壓力滑油膜隔開。運動部件表面會產生一層油膜，油膜內有足夠的壓力可以將相互接觸部件的表面分開，就像水上飛機的水面效應。例如，曲軸、凸輪軸軸頸與軸承、挺桿體與其安裝孔之間就是壓力潤滑。
斯特里貝克曲線及發動機部件的工作情況氣門機構鏈中的關鍵部件，包括挺桿體和搖臂軸，主要工作在邊界潤滑和混合潤滑區域之間。
邊界潤滑指產生在油膜不足以將相互接觸的金屬部件分開的地方。它產生在高負荷區域，例如，凸輪凸峰、挺桿端面、齒輪、活塞環在死點位置時都會產生邊界潤滑。潤滑油具有表面活化特性和化學特性。固體表面的化學特性決定其摩擦和磨損特性。邊界潤滑是在金屬表面之間形成一層結實的油膜以阻止金屬相互接觸。滑油的邊界潤滑特性主要是由加入滑油中的添加劑決定的。
