1應力的概念

 

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

 

 

內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。怎么會有兩個方向呢，因為力和我們截取的平面不一定是平行的，這樣力就可以分解成垂直的兩個方向。

 

 

應力的概念，所考察的截面某一點單位面積上的內力，叫做應力，單位N/㎡。

 

 

說到這里，已經出現了正向應力和剪切應力（Shear Stress）的概念了。正向應力咱們很少用，但剪切應力是咱們要講的。

 

2剪切速率（shear rate）

 

舉個例子，水管中的水，咱們可以把水想象分成無限的薄層，在流體流通的橫截面上，就會產生速度差，如下圖：

 

 

這時，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,也寫作S-1。

 

說到這里，估計有人煩了，這和粘度什么關系？

 

 

別急，粘度馬上來了，這些先決條件要清楚，后續有大量和它們有關系的工作條件。

 

 

而且，這里之所以花些筆墨來介紹以上兩個定義，是因為這是粘度測試的基礎，尤其是旋轉粘度儀原理。

 

 

3上述兩者的關系
 

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

 

 

這個公式是牛頓同學發現的，后來人們發現牛頓的這個理論有時候也不對，那么，就把符合這個公式的流體叫做牛頓流體，而不符合這個定律的流體就叫做非牛頓流體。通俗地說，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。對于咱們潤滑油來說，沒有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：剪切應力和剪切速率呈線性關系，粘度不隨著剪切速率而改變的流體。

 

 

動力粘度

 

動力粘度（dynamic viscosity），也被稱為動態粘度、絕對粘度或簡單粘度，定義為應力與應變速率之比，其數值上等于面積為1m2相距1m的兩平板，以1m/s的速度作相對運動時，因之間存在的流體互相作用所產生的內摩擦力。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，這些單位的換算關系如下：1Pa.s=1000cP=1000mPa.s=10P

 

請問，這個大家是否眼熟，這里的動力粘度其實就是剪切粘度η，在定義里我們將所有的單位數據都定義為1。

 

按定義來說，動力粘度的定義為流體之間的內摩擦力，這個參數才是粘度的真實老大，而咱們經常說的油品粘度往往都不是動力粘度。

 

不只在潤滑油行業，在幾乎所有的流體里，動力粘度的測量都是很廣泛的，大家所熟悉的如發動機油掃描粘度SBV、車輛齒輪油的低溫粘度等都是測試動力粘度。這個公式是基本。因此，不理解動力粘度，后續將嚴重影響對粘度的理解。

 

 

運動粘度

 

 

運動粘度的概念是這樣的，動力粘度是需要有一定的外力條件下成形的，如果沒有外力，那就談不上粘度了，因為沒有任何的相對運動，屬于平衡狀況。

 

可運動粘度不一樣，運動粘度表征是假設沒有外力，只靠流體的重力區分流體的粘稠度，也就是說，外力就是自身的重力，因此運動粘度表征是在重力作用下，不同的流體的流動情況，大家看到的所有測運動粘度的設備都是基于這個原理的。

 

說到重力作用影響流動，除了流體內部摩擦的阻力以外，還有一個重要的參數就是密度，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在密度上，因此咱們需要解決密度這個變量，因此動力粘度的定義就出來了：簡單的說，就是動力粘度/密度=運動粘度，運動粘度單位為(m2)/s，有興趣的可以推演一下單位的換算，請注意，這個單位其實沒什么意義。

 

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

 

換算單位：動力粘度 mpa/s，運動粘度：mm2/s，密度單位g/cm3

 

大家常說的多少多少的粘度，其實說的是運動粘度，但有很多的應用，重力的作用其實都不大，比如低溫下的發動機油，但為什么大家都習慣說運動粘度呢？是因為這個指標更容易測試，還很準確。而動力粘度則不容易測，但對發動機油來說，有些條件下的動力粘度是非測不可的，如CCS，MRV，HTHS粘度。看到了吧，J300里面總共4個粘度指標，3個都是動力粘度，只有1個是運動粘度，可能大家更喜歡說運動粘度（30、40、50等）。我們再提一提在什么條件下測試哪一類粘度。

 

運動粘度：理論上只和重力有關系的狀況下才測，但現在已經離不開這個粘度了，變成用來區分粘稠度的尺子了，其實是有誤區的，以至于有的人都忘了動力粘度了。

 

動力粘度：當存在外部應力時，以及其他非重力條件的，都要用這個。尤其是非牛頓流體時，說到非牛頓流體的流動，咱們還是舉個例子，如番茄醬，當我們把它從瓶里弄出來的時候，需要大力搖晃并用力擠，這時流體受到剪切力會導致粘度變小，容易流動。而當它放在漢堡中間的時候，沒外力時，它就會粘度變大不容易流動，這種就是典型的非牛頓流體，這個時候測試的粘度才是純粹的動力粘度。該粘度我們后續介紹發動機油的粘度的時候依然會用到，請大家理解并謹記。

 

油品相關延伸閱讀:潤滑油的重要性好比人類的血液

 

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

 

      潤滑油在設備潤滑系統中不間斷循環是設備安全可靠運行的保障，一旦潤滑油循環終止或油品發生氧化污染等，設備摩擦副將在很短的時間里發生擦傷、膠合，嚴重時將導致整機損毀。然而，在現實中，有的企業往往忽略油品作為設備血液的重要性，設備在用油出現乳化、油水混合、油品氧化發黑、固體顆粒污染等仍"帶病"工作，導致設備時常發生異常，維修成本居高不下。

潤滑油形象地比喻為機械設備的血液

 

      潤滑油作為機器潤滑系統的"血液",受光、熱、污染及金屬催化等作用，將通過不同的表現形式告訴人們油品本身理化性能的變化，系統摩擦副、密封件、過濾器等的工作狀態以及進入系統的外界污染情況，即潤滑油能說話。

 

      事實上，除油潤滑設備外，滾動軸承使用的潤滑脂也同樣反映自身理化性能和軸承狀態的特征。當潤滑脂在使用過程中，短期出現"滴油""分油"現象時，通常表明潤滑脂的膠體安定性不好。潤滑脂的膠體安定性評價的是潤滑脂在長期儲存中與實際應用時的分油趨勢，如果潤滑脂的膠體安定性差，則在受熱、壓力、離心力等作用下易發生嚴重分油，導致其壽命迅速降低，并使潤滑脂變稠變干，失去潤滑作用。