什麼是Stribeck曲線

以黏度×速度÷面壓的軸承特性數為橫軸,畫出滑動軸承等摩擦係數的曲線。表示邊界潤滑、混合潤滑、流體潤滑的轉變。

日文名稱: ストライベック曲線

「Stribeck曲線」出現在1領域的1道練習題中(表面處理與磨潤學等)。

這個名詞所屬的領域: 表面處理與磨潤學

曲線的形狀與3個區域

Stribeck曲線以軸承特性數 ηN/P(η為潤滑油黏度,N為轉速,P為面壓)為橫軸、摩擦係數為縱軸。ηN/P 小的區域是邊界潤滑,表面的突起互相接觸,摩擦係數約為0.1。ηN/P 變大時,成為由油膜壓力支撐部分負荷的混合潤滑,摩擦係數急遽下降。再變大時,成為油膜完全隔開兩面的流體潤滑,摩擦係數越過極小值後,因油的黏性阻力而緩慢上升。

流體潤滑的機制

在流體潤滑中,油被帶往滑動面間隙像楔子般變窄的方向,在那裡產生壓力而支撐負荷。這稱為楔形效應,速度越大、黏度越高,油膜越厚。在滾動軸承或齒輪這類接觸面壓力非常高的地方,會加上接觸部的彈性變形與壓力使油黏度上升的效應,成為彈性流體動力潤滑,即使厚度1 µm以下的薄油膜也能隔開兩面。油膜厚度與表面粗糙度之比的膜厚比,是判斷潤滑狀態的標準。

對設計與材料的意義

軸承在比摩擦極小值稍偏流體潤滑側使用時,即使速度或負荷改變,摩擦係數也穩定。在比極小值偏邊界潤滑的一側,溫度上升使黏度下降時,會更接近邊界潤滑而使摩擦增加,可能導致咬死。啟動與停止時必定會經過邊界潤滑,因此摩擦面的材料必須在油膜破裂時也不易黏著。油的添加劑、表面處理與固體潤滑劑,主要是為了減少這個邊界潤滑區的摩擦與磨耗而使用。

練習Stribeck曲線的題目

以潤滑油黏度η、轉速N、面壓P組成的軸承特性數 ηN/P 為橫軸,畫出滑動軸承摩擦係數的Stribeck曲線,下列敘述何者正確?

  1. A邊界到混合潤滑區增大 ηN/P 時摩擦係數下降,越過極小值後的流體潤滑區因黏性阻力而緩慢上升
  2. B在油的黏性阻力最大的流體潤滑區摩擦係數最大,在油膜破裂而固體互相接觸的邊界潤滑區最小
  3. C摩擦係數與 ηN/P 無關而大致固定,邊界、混合、流體潤滑的形態只由面壓決定,與黏度和速度無關
查看答案與解析

正確答案:A. 邊界到混合潤滑區增大 ηN/P 時摩擦係數下降,越過極小值後的流體潤滑區因黏性阻力而緩慢上升

ηN/P 小,也就是低速、高面壓、低黏度的條件下,油膜薄而突起互相接觸,成為邊界潤滑,摩擦係數約為0.1而偏大。增大 ηN/P 時,會經過由楔形效應產生的油膜壓力支撐部分負荷的混合潤滑,成為油膜完全隔開兩面的流體潤滑,摩擦係數降到約0.001〜0.01。在流體潤滑區再提高速度時,剪切油所造成的黏性阻力增加,摩擦係數緩慢上升。認為邊界潤滑時摩擦最小的敘述正好相反,而且潤滑的形態不只取決於面壓,也取決於黏度與速度。軸承在比極小值稍偏流體潤滑側使用時較穩定。

常見問題

什麼是邊界潤滑?

是油膜變得非常薄、突起互相接觸,由吸附在表面的分子或與添加劑反應形成的薄膜左右摩擦的狀態。油的黏度幾乎不起作用,摩擦係數約為0.1。在啟動、停止時,或低速重負荷時發生。

使用黏度高的油,摩擦就一定會下降嗎?

不一定。在邊界潤滑或混合潤滑區,油膜變厚而摩擦下降;但若已處於流體潤滑區,黏性阻力增加,摩擦損失反而變大。為了節能而使用低黏度油,就是這個原因。

為什麼能以軸承特性數整理?

流體潤滑油膜的壓力與黏度及速度成正比而變大,與面壓相抗衡。因此黏度×速度÷面壓這個組合,就成為表示油膜能否撐住負荷的量。條件不同的實驗結果,也能以這個數整理成1條曲線。

出現「Stribeck曲線」的題目(1題)

  1. 以潤滑油黏度η、轉速N、面壓P組成的軸承特性數 ηN/P 為橫軸,畫出滑動軸承摩擦係數的Stribeck曲線,下列敘述何者正確?

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