1應(yīng)力的概念

 

講這個(gè)之前，先看看“內(nèi)力”的概念，一個(gè)流體被外部改變要發(fā)生變形時(shí)，其內(nèi)部任意截面的兩個(gè)方向上出現(xiàn)的作用力，稱(chēng)為內(nèi)力。通俗地理解，你去打別人，可人家是個(gè)練家子，能用力擋住，這就叫做內(nèi)力。內(nèi)力是考察于特定截面積上的，如果人家將內(nèi)力集中于手掌阻擋你，而你卻打人家腦袋，這就悲劇了。

 

 

內(nèi)力又可分解成與截面相切（平）的力叫做切線力，也叫剪切力；而垂直于截面的力叫正力，也叫法向力。怎么會(huì)有兩個(gè)方向呢，因?yàn)榱臀覀兘厝〉钠矫娌灰欢ㄊ瞧叫械模@樣力就可以分解成垂直的兩個(gè)方向。

 

 

應(yīng)力的概念，所考察的截面某一點(diǎn)單位面積上的內(nèi)力，叫做應(yīng)力，單位N/㎡。

 

 

說(shuō)到這里，已經(jīng)出現(xiàn)了正向應(yīng)力和剪切應(yīng)力（Shear Stress）的概念了。正向應(yīng)力咱們很少用，但剪切應(yīng)力是咱們要講的。

 

2剪切速率（shear rate）

 

舉個(gè)例子，水管中的水，咱們可以把水想象分成無(wú)限的薄層，在流體流通的橫截面上，就會(huì)產(chǎn)生速度差，如下圖：

 

 

這時(shí)，剪切速率=流速差/所取兩液面的高度差

 

 

速度的單位m/s，高度的單位m，那么剪切速率的單位是1/s,也寫(xiě)作S-1。

 

說(shuō)到這里，估計(jì)有人煩了，這和粘度什么關(guān)系？

 

 

別急，粘度馬上來(lái)了，這些先決條件要清楚，后續(xù)有大量和它們有關(guān)系的工作條件。

 

 

而且，這里之所以花些筆墨來(lái)介紹以上兩個(gè)定義，是因?yàn)檫@是粘度測(cè)試的基礎(chǔ)，尤其是旋轉(zhuǎn)粘度儀原理。

 

 

3上述兩者的關(guān)系
 

剪切速率與剪切應(yīng)力間具有如下關(guān)系：（F/A）=η（dv/dx），此比例系數(shù)η即被定義為液體的剪切粘度。這里，F(xiàn): 剪切力，A：面積，dv/dx:剪切速率。

 

 

這個(gè)公式是牛頓同學(xué)發(fā)現(xiàn)的，后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)牛頓的這個(gè)理論有時(shí)候也不對(duì)，那么，就把符合這個(gè)公式的流體叫做牛頓流體，而不符合這個(gè)定律的流體就叫做非牛頓流體。通俗地說(shuō)，水就是典型的牛頓流體，而攪勻了的生雞蛋就是非牛頓流體。對(duì)于咱們潤(rùn)滑油來(lái)說(shuō)，沒(méi)有VIM的油品基本都是牛頓流體，而具有VIM的則都是非牛頓流體。

 

 

牛頓流體的定義：剪切應(yīng)力和剪切速率呈線性關(guān)系，粘度不隨著剪切速率而改變的流體。

 

 

動(dòng)力粘度

 

動(dòng)力粘度（dynamic viscosity），也被稱(chēng)為動(dòng)態(tài)粘度、絕對(duì)粘度或簡(jiǎn)單粘度，定義為應(yīng)力與應(yīng)變速率之比，其數(shù)值上等于面積為1m2相距1m的兩平板，以1m/s的速度作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，因之間存在的流體互相作用所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。單位為N·s/㎡(牛頓秒每米方），即Pa·s（帕秒）。

 

工程上也常用泊（P）和厘泊(cP, Centipoise)作單位，這些單位的換算關(guān)系如下：1Pa.s=1000cP=1000mPa.s=10P

 

請(qǐng)問(wèn)，這個(gè)大家是否眼熟，這里的動(dòng)力粘度其實(shí)就是剪切粘度η，在定義里我們將所有的單位數(shù)據(jù)都定義為1。

 

按定義來(lái)說(shuō)，動(dòng)力粘度的定義為流體之間的內(nèi)摩擦力，這個(gè)參數(shù)才是粘度的真實(shí)老大，而咱們經(jīng)常說(shuō)的油品粘度往往都不是動(dòng)力粘度。

 

不只在潤(rùn)滑油行業(yè)，在幾乎所有的流體里，動(dòng)力粘度的測(cè)量都是很廣泛的，大家所熟悉的如發(fā)動(dòng)機(jī)油掃描粘度SBV、車(chē)輛齒輪油的低溫粘度等都是測(cè)試動(dòng)力粘度。這個(gè)公式是基本。因此，不理解動(dòng)力粘度，后續(xù)將嚴(yán)重影響對(duì)粘度的理解。

 

 

運(yùn)動(dòng)粘度

 

 

運(yùn)動(dòng)粘度的概念是這樣的，動(dòng)力粘度是需要有一定的外力條件下成形的，如果沒(méi)有外力，那就談不上粘度了，因?yàn)闆](méi)有任何的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，屬于平衡狀況。

 

可運(yùn)動(dòng)粘度不一樣，運(yùn)動(dòng)粘度表征是假設(shè)沒(méi)有外力，只靠流體的重力區(qū)分流體的粘稠度，也就是說(shuō)，外力就是自身的重力，因此運(yùn)動(dòng)粘度表征是在重力作用下，不同的流體的流動(dòng)情況，大家看到的所有測(cè)運(yùn)動(dòng)粘度的設(shè)備都是基于這個(gè)原理的。

 

說(shuō)到重力作用影響流動(dòng)，除了流體內(nèi)部摩擦的阻力以外，還有一個(gè)重要的參數(shù)就是密度，如水銀和水在重力的作用下肯定有很大的差別，但這種差別可能更多的體現(xiàn)在密度上，因此咱們需要解決密度這個(gè)變量，因此動(dòng)力粘度的定義就出來(lái)了：簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是動(dòng)力粘度/密度=運(yùn)動(dòng)粘度，運(yùn)動(dòng)粘度單位為(m2)/s，有興趣的可以推演一下單位的換算，請(qǐng)注意，這個(gè)單位其實(shí)沒(méi)什么意義。

 

常用的還有另外的一個(gè)單位是Stokes，叫做斯，還有一個(gè)更小的叫做“Centistokes”讀作“厘斯”），這幾個(gè)單位的換算m2/s=1*104 Stroke=1*106 cst=1*106mm2/s。

 

換算單位：動(dòng)力粘度 mpa/s，運(yùn)動(dòng)粘度：mm2/s，密度單位g/cm3

 

大家常說(shuō)的多少多少的粘度，其實(shí)說(shuō)的是運(yùn)動(dòng)粘度，但有很多的應(yīng)用，重力的作用其實(shí)都不大，比如低溫下的發(fā)動(dòng)機(jī)油，但為什么大家都習(xí)慣說(shuō)運(yùn)動(dòng)粘度呢？是因?yàn)檫@個(gè)指標(biāo)更容易測(cè)試，還很準(zhǔn)確。而動(dòng)力粘度則不容易測(cè)，但對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油來(lái)說(shuō)，有些條件下的動(dòng)力粘度是非測(cè)不可的，如CCS，MRV，HTHS粘度。看到了吧，J300里面總共4個(gè)粘度指標(biāo)，3個(gè)都是動(dòng)力粘度，只有1個(gè)是運(yùn)動(dòng)粘度，可能大家更喜歡說(shuō)運(yùn)動(dòng)粘度（30、40、50等）。我們?cè)偬嵋惶嵩谑裁礂l件下測(cè)試哪一類(lèi)粘度。

 

運(yùn)動(dòng)粘度：理論上只和重力有關(guān)系的狀況下才測(cè)，但現(xiàn)在已經(jīng)離不開(kāi)這個(gè)粘度了，變成用來(lái)區(qū)分粘稠度的尺子了，其實(shí)是有誤區(qū)的，以至于有的人都忘了動(dòng)力粘度了。

 

動(dòng)力粘度：當(dāng)存在外部應(yīng)力時(shí)，以及其他非重力條件的，都要用這個(gè)。尤其是非牛頓流體時(shí)，說(shuō)到非牛頓流體的流動(dòng)，咱們還是舉個(gè)例子，如番茄醬，當(dāng)我們把它從瓶里弄出來(lái)的時(shí)候，需要大力搖晃并用力擠，這時(shí)流體受到剪切力會(huì)導(dǎo)致粘度變小，容易流動(dòng)。而當(dāng)它放在漢堡中間的時(shí)候，沒(méi)外力時(shí)，它就會(huì)粘度變大不容易流動(dòng)，這種就是典型的非牛頓流體，這個(gè)時(shí)候測(cè)試的粘度才是純粹的動(dòng)力粘度。該粘度我們后續(xù)介紹發(fā)動(dòng)機(jī)油的粘度的時(shí)候依然會(huì)用到，請(qǐng)大家理解并謹(jǐn)記。

 

油品相關(guān)延伸閱讀:潤(rùn)滑油的重要性好比人類(lèi)的血液

 

 潤(rùn)滑油是設(shè)備的血液，潤(rùn)滑油起著潤(rùn)滑機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件、清潔臟物、冷卻降溫、密封防漏及降噪減振等作用。在集中潤(rùn)滑系統(tǒng)中，潤(rùn)滑油的運(yùn)行過(guò)程猶如人體的血液循環(huán)，因此，也將潤(rùn)滑油形象地比喻為機(jī)械設(shè)備的血液，機(jī)械設(shè)備的"健康狀況"和"壽命長(zhǎng)段"都取決于潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油一般由基礎(chǔ)油和添加劑兩部分組成，不同組成部分具有不同的作用。基礎(chǔ)油是潤(rùn)滑油的主要成分，決定著潤(rùn)滑油的基礎(chǔ)性質(zhì)；添加劑澤則可彌補(bǔ)和改善基礎(chǔ)油性能方面的不足，賦予基礎(chǔ)油某些新的性能，如抗氧化性、極壓抗磨性、防銹性等，是潤(rùn)滑油的重要組成部分，決定著潤(rùn)滑油的基本性質(zhì)；添加劑則可彌補(bǔ)和改善基礎(chǔ)油性能方面的不足，賦予基礎(chǔ)油某些新的性能，如抗氧化性、極壓抗磨性、防銹性等，是潤(rùn)滑油的重要組成部分。

 

      潤(rùn)滑油在設(shè)備潤(rùn)滑系統(tǒng)中不間斷循環(huán)是設(shè)備安全可靠運(yùn)行的保障，一旦潤(rùn)滑油循環(huán)終止或油品發(fā)生氧化污染等，設(shè)備摩擦副將在很短的時(shí)間里發(fā)生擦傷、膠合，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致整機(jī)損毀。然而，在現(xiàn)實(shí)中，有的企業(yè)往往忽略油品作為設(shè)備血液的重要性，設(shè)備在用油出現(xiàn)乳化、油水混合、油品氧化發(fā)黑、固體顆粒污染等仍"帶病"工作，導(dǎo)致設(shè)備時(shí)常發(fā)生異常，維修成本居高不下。

潤(rùn)滑油形象地比喻為機(jī)械設(shè)備的血液

 

      潤(rùn)滑油作為機(jī)器潤(rùn)滑系統(tǒng)的"血液",受光、熱、污染及金屬催化等作用，將通過(guò)不同的表現(xiàn)形式告訴人們油品本身理化性能的變化，系統(tǒng)摩擦副、密封件、過(guò)濾器等的工作狀態(tài)以及進(jìn)入系統(tǒng)的外界污染情況，即潤(rùn)滑油能說(shuō)話。

 

      事實(shí)上，除油潤(rùn)滑設(shè)備外，滾動(dòng)軸承使用的潤(rùn)滑脂也同樣反映自身理化性能和軸承狀態(tài)的特征。當(dāng)潤(rùn)滑脂在使用過(guò)程中，短期出現(xiàn)"滴油""分油"現(xiàn)象時(shí)，通常表明潤(rùn)滑脂的膠體安定性不好。潤(rùn)滑脂的膠體安定性評(píng)價(jià)的是潤(rùn)滑脂在長(zhǎng)期儲(chǔ)存中與實(shí)際應(yīng)用時(shí)的分油趨勢(shì)，如果潤(rùn)滑脂的膠體安定性差，則在受熱、壓力、離心力等作用下易發(fā)生嚴(yán)重分油，導(dǎo)致其壽命迅速降低，并使?jié)櫥兂碜兏桑?rùn)滑作用。