Fråga:
Varför är olja ett bättre smörjmedel än vatten?
ahemmetter
2016-06-03 12:04:22 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Hur kommer det sig att mineralolja är ett bättre smörjmedel än vatten, även om vatten har lägre viskositet?

Sketch of the problem

När två ytor glider över varandra med ett mellanrum fyllt med en vätska, dras de olika lagren av vätskan i olika hastigheter.Det allra översta lagret som rör den övre metallytan kommer att ha samma hastighet som själva ytan, medan det undre lagret är stillastående.Hastigheten i skikten mellan fördelas linjärt och det finns friktionskrafter mellan de skikten som bromsar rörelsen.Dessa friktionskrafter bör emellertid reduceras om man väljer en vätska med lägre viskositet.

Varför är det inte så?

Har det att göra med vattnets polaritet så att det fastnar på ytor på ett annat sätt än olja?

Jag tycker att smörjning är en extremt komplicerad verksamhet.Men du vill faktiskt inte att viskositeten ska vara för låg: ett kritiskt syfte med smörjmedel är att förhindra metall-till-metall-kontakt som i allmänhet är snabbt dödlig för maskiner och för att göra detta måste den vara ganska viskös.
Vatten är inte * alltid * ett sämre smörjmedel.Har du någonsin sett dessa "våta golv" -skyltar?Golv kan bli extremt hala genom att införa en liten mängd vatten, mycket mer än med olja.Isark eller fartyg är ett annat bra exempel - ta ett vattenburet fartyg, lägg det i olja och det kommer att uppleva mycket mer friktion än i vatten.
Vatten är bra vid smörjning, problemet är att det förångas som galet.Vad nyttar det med ett smörjmedel som är borta på 5 minuter?
@Luaan, klart vatten är inte alltid ett sämre smörjmedel än andra ämnen, men det verkar för mig att olja under "hushållsförhållanden" (som att gnugga händerna eller skjuta en sko på trottoaren) gör det bättre.Fallet med ett fartyg som simmar i olja mot vatten är bara beroende av vätskans viskositet, det är bara ett vanligt laminärt dragproblem och jag är inte säker på om det är tillämpligt för den ursprungliga frågan.
@Davor, avdunstningshastighet är en annan bra egenskap att tänka på.Men om experimentet görs inom en kort tidsperiod, där avdunstning kan försummas, är det förmodligen inte den främsta orsaken till skillnaden.Det kan vara så att viskositet och avdunstningshastighet är kopplade på något sätt, finns det något material om det?
Vår hud utvecklades med ett mål att "glida inte på vattna ytor".Så du tittar på material som är speciellt "designade" för att förhindra glidning, precis som dina gummisulor.Ta en old-school sko utan gummi, så ser du att den är extremt hal på våta ytor - medeltida européer gick barfota för det mesta, särskilt på vintern.Olja förekommer inte vanligt i naturen, så det var inte mycket tryck för att göra huden motståndskraftig mot att glida på en oljig yta - faktiskt är den vanligaste oljekällan * vår egen hud *, "designad" för smörjningsaker).
Vad som gör ett "bättre smörjmedel" är nog inte enhetligt för alla situationer.Till exempel.fett ger ett bra smörjmedel med bladfjädrar, just _ eftersom det är så visköst.
Kan det vara molekylstorlek - hålla delarna isär?
Det är värt att notera att vatten har både noll smörjningsförmåga och noll separeringsförmåga vid temperaturer över 100 ° C - olja och fett har båda ett arbetsområde som sträcker sig till mycket högre temperaturer.
Det är inte nödvändigtvis så att den har noll smörjningsförmåga över 100 ° C.T.ex.[folielager] (https://en.wikipedia.org/wiki/Foil_bearing) som används i jetmotorer smörjs med luft.
Så för att sammanfatta, ett bra smörjmedel bör (åtminstone under de flesta omständigheter) ha låg viskositet, kunna hålla maskindelarna isär (vilket kan relateras till högre viskositet, vidhäftning, ytspänning), vara icke-flyktiga, icke-frätande, har låg interaktion mellan dess molekyler (icke-polära) och kan behöva tjäna för andra funktioner (kylvätska, rostskydd) i det förväntade temperaturområdet.
Sex svar:
Luboš Motl
2016-06-03 12:24:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Din härledning består av korrekta påståenden, och om något är känt för att fungera som ett smörjmedel, vill vi att viskositeten ska vara så låg som möjligt eftersom friktionen minskas på detta sätt.Till exempel är honung ett dåligt smörjmedel eftersom det är för visköst.

Din härledning är dock inte hela historien.Det andra villkoret är att de två ytorna måste hålla isär.Om du använder ett smörjmedel med för låg viskositet kommer ytorna att komma i kontakt och den ursprungliga friktionen kommer att dyka upp igen.

Så det optimala smörjmedlet är den minst viskösa vätskan som är tillräckligt viskös för att hålla ytorna isär.Vilken av dem som är den bästa beror på detaljerade ytor och andra förhållanden.Det finns till exempel situationer där vatten är ett bättre smörjmedel än olja - till exempel när is glider på is.En del av isen smälter och vattnet är anledningen till att isen glider så snyggt.

Vad sägs om ytspänning och vätning?Borde de inte vara en viktig parameter också?
Ja, de är också viktiga.Vätning minskar vanligtvis med viskositet men de är inte identiska.
Fettet är mycket visköst men det är ett bra smörjmedel.Jag tror att egenskapen som gör en vätska till ett bra smörjmedel har ingenting att göra med dess viskositet.Att påstå att honung är ett dåligt smörjmedel eftersom det är för visköst är lika felaktigt som att hävda att olja är ett bra smörjmedel eftersom det inte är visköst.
Fett är verkligen inte ett bra smörjmedel för motorer etc. Det är klibbigt och man kan känna det.OP: n har helt rätt att friktionskraften i slutet är proportionell mot viskositeten.
Vilken fysikalisk egenskap hos en vätska (eller ett pulver för den delen) styr hur "lätt" det är för plattorna att röra vid?Är det också viskositeten?Eller kanske också ytspänningen, som @user_na nämnde, eftersom det skulle motsätta sig en droppe som ska pressas, när kraft utövas på topplattan för att minska gapet mellan plattorna.Kan till exempel kvicksilver användas som smörjmedel i åtminstone vissa fall? Finns det också något arbete med sambandet mellan dessa värden?
@Neil-fett är ofta ett fruktansvärt smörjmedel.Det är bra i fall där du behöver något som kommer att förbli där det är (till exempel om du har maskiner som inte har någon mekanism för att hålla lagerytor täckta av olja) men i allmänhet skulle du använda olja om du kunde.Observera dock att mycket av anledningen till att använda olja i (säg) bilmotorer är att det också är ett kylvätska och du behöver därför ett betydande flöde genom lagren.Lunrication är ett riktigt komplicerat ämne.
@tfb Så "dåligt" som fett är, används det fortfarande som ett smörjmedel, som, om en vätskas viskositet avgör dess förmåga att vara ett bra smörjmedel, borde det vara ett sämre smörjmedel än vatten.Jag tycker också att det är tveksamt att fett är ett så fruktansvärt smörjmedel.
Det kan också vara bra att nämna att vatten är mycket mer benägna att skada saker än mineralolja, och rostig metall tenderar att ha mer friktion.
@Neil Viskositet är inte det enda som är avgörande och beroendet av viskositet är inte heller monotont: vatten är inte tillräckligt visköst, fett är (mycket ofta) för visköst.Det är därför till exempel motoroljor som specificeras av viskositet och ofta har tillsatser för att få dem att fungera som en högre viskositetsolja när de är heta (10W-30 säger betyder 'som 10W när det är kallt, men som 30 när det är varmt' där jag tror"het" betyder 100C).PS: försök smörja din bil med fett (inte om du inte vill köpa en ny) om du tycker att det är ett rimligt smörjmedel ...
@Niel Observera att fett används på platser som dörrfogar, där den resulterande friktionen inte är ett problem.Skarven rör sig bara några millimeter när du öppnar dörren, och du vill inte ens ha en friktionsfri rörelse eftersom viss friktion förhindrar att dörren smälter.
"Minst viskös vätska som är tillräckligt viskös för att hålla ytorna isär".Jag gillar det.Förklarar varför vatten är ett så bra smörjmedel för båtar.De flyter.:)
@Neil: Viskositet _är_ om det viktigaste kännetecknet men fett är pseudoplast, dess viskositet minskar under skjuvning (skjuvtunnning).Viskositeten sjunker till en punkt nära viskositeten hos dess bassmörjmedel, såsom en olja.Så det stannar normalt på plats * och * smörjer mellan ytorna på grund av viskositetsfallet.
@tfb Det var min poäng exakt.Viskositet är inte den enda faktorn här.Glad att vi håller med.
@LubošMotl Hej, det finns en sak som inte är tydlig för mig "* tillräckligt viskös för att hålla ytorna isär *", hur påverkar viskositeten att hålla isär eller komma ihop?Det kommer inte från definitionen och jag ser ingen uppenbar koppling, särskilt inte när det gäller ytor.Jag förstår att ett objekt skulle falla långsammare i honung än i vatten, men jag kan inte se hur det förvandlas till att "röra" mellan två ytor.Skulle du bry dig om att förklara denna detalj?Kanske i svaret skulle det vara mycket tydligare IMO.Eller är det uppenbart?Ingen tog upp det här, så jag kanske är lite dum.
@LubošMotl Bara kanske för att utarbeta lite.Jag tänkte på två föremål i en flytande miljö, låt oss säga två ark eller till och med händer, gnuggar mot varandra.Jag kan inte se hur processen skulle skilja sig åt i vatten och honung när det gäller närhet mellan ytorna.Det är svårare att flytta runt dem i mer viskös miljö, men är det svårare att hålla dem nära också?Jag hoppas att jag är tydlig (och det är inte så dumt av en fråga).
Abhinav
2016-06-03 12:29:15 UTC
view on stackexchange narkive permalink

A bra smörjmedel tenderar att effektivt minimera direktkontakt mellan komponenter i alla enheter som behöver det

Med tanke på detta är viskositet inte den enda inblandade faktorn.Slipa en grafitblyant och det blir ett mäktigt fint smörjmedel.Det kan hända att i fallet med vatten placerat mellan två ytor, en vattendroppe som skulle fungera som ett mellanliggande skikt lätt förskjuts, vilket resulterar i en för tidig kontakt mellan de annars smorda delarna, vilket resulterar i slitage, medan oljekomponentertenderar att stanna på plats som det mellanliggande mediet och fungera som smörjmedel.Grafit uppenbarligen uppträder inte som vatten för att vara ett fint pulver.

En utmärkt observation.Viskositet är inte den avgörande faktorn här.
Slipad grafit är inte en vätska (det är därför viskositeten är dåligt definierad) och jag tror att det inte ens bör kallas ett smörjmedel.Det är ett mikroskopiskt rullager.Det har egentligen ingenting att göra med frågan.
Grafit är inte det enda fasta smörjmedlet.Det finns fasta och halvfasta smörjmedel gjorda av kisel, keramik, molybdendisulfid, bornitrid och polytetrafluoretylen.Den vanliga faktorn i dessa smörjmedel är deras molekylära struktur och svaga bindning mellan molekyler.
talk är ett annat fast smörjmedel, grafit är inte rullar, dess ark,
Vid fasta smörjmedel som tunna filmer är * skjuvhållfastheten * för det fasta skiktet vanligtvis den avgörande faktorn och kan betraktas som ekvivalent med * viskositet * av vätska.
Vax är ett bra smörjmedel för trälådor.
@LubošMotl Grafit är inte en mikroskopisk rull som bär det ** är ** ett smörjmedel.Det finns inga grafitnanobollar som rullar mellan ytorna.I början av gliden täcker grafiten båda motsvarigheter som fyller alla håligheter och glider kontakt mellan, säg stålstål / grafit ändras till grafit-grafit.
@Crowley Jag läste om linjära luftspår och så finns det luftkudden som stöder ryttarens fria rörelse.I vilket fall som helst om denna kommentar är för sent, är det korrekt att kategorisera luft som smörjmedel?
@Abhinav Om det förhindrar att ytor vidrör varför inte?Jag använder en enhet där luft används ad dämpning.Magnetfält kan också betraktas som smörjning :-)
Chet Miller
2016-06-03 19:23:46 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Parallellplattansituationen som du beskriver är inte det typiska tillståndet vid praktiska smörjningsoperationer.Förutom att underlätta ytorna som glider över varandra, måste det smorda lagret också bära en normal belastning.För att göra detta varierar klyftan mellan ytorna med plats längs lagret.Till exempel, i ett lagerlager kommer axeln inte att vara koncentrisk med lagerhylsan, och i ett glidlager är den rörliga ytan i en liten vinkel mot den stationära ytan.Dessa egenskaper hos geometrin tillåter tryck att byggas upp i gapet mellan ytorna som ett resultat av en kombination av dragflöde och tryckflöde.Detta orsakar en uppåt normal belastning på glidorganet.Ju högre smörjmedlets viskositet är, desto större tryckuppbyggnad och desto större är den normala belastningen som lagret kan bära.Därför använder vi smörjmedel med högre viskositet än vatten.

Detta är det enda fullständiga svaret här än.
JustAGuest
2016-06-03 16:42:52 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Varför olja är hal

Att förklara varför olja är hal kräver en titt på kemikalien egenskaper. För det första är olja opolär, vilket betyder att den inte har en positiv eller negativ laddning. Vissa molekyler, som vatten, har en "Laddningsfördelning", vilket betyder att molekylen fungerar nästan som en batteriet, en del av det har en positiv laddning och en del av det har en negativ laddning. Resultatet, eftersom positivt lockas till negativt och tvärtom, är att vatten och andra "polära" molekyler håller fast vid varandra. Olja har inte detta problem, så en oljemolekyl kan glida förbi en annan lättare än en vattenmolekyl kan glida förbi en annan.

Att lägga till oljans häftighet är dess tendens att bilda distinkt lager genom krafter som kallas Van der Waals-styrkor eller mer speciellt London Dispersion forces (en typ av Van der Waals-styrka). Dessa krafter, som är de svagaste kända inom vetenskapen, kan hjälpa gamla saker tillsammans, vilket skulle öka friktionen. Men oljor har den unika egenskapen att bilda krafter endast i lager eftersom molekyler är väsentligen plana. Planar betyder bara att molekyler är det platt som diagrammet nedan betonar och tar bara plats i två dimensioner snarare än tre. Utan utsprång att fästa vid, krafter kan bara distribueras inom planet och så det finns inga krafter till bind ett lager till nästa. Således binder två lager olja inte till ett en annan i stor utsträckning. ...

Det skulle vara i likhet med att grafit är ett bra smörjmedel, eftersom det också har svagt interagerande planstrukturer som kan glida förbi varandra.Men om polaritet var en av de ledande faktorerna, skulle exempelvis terpentin vara ett exceptionellt bra smörjmedel.
"Kolgrafit är ett självpolerande och dimensionellt stabilt material. Axlar polerade till en fin ytfinish polerar kolgrafitmaterialet till samma fina yta, så en tunn hydrodynamisk film räcker för att ge smörjning.
"[...] Plast- eller polymerbärande material misslyckas ofta i nedsänkta applikationer på grund av deras benägenhet att svälla, mjukna eller försämras. Metalliska lager är ofta otillfredsställande eftersom den hydrodynamiska filmen som tillhandahålls av vätskor med låg viskositet inte är tillräckligt tjock för att övervinna den starkaatomattraktion mellan metalllager och metallaxeln. "- [flowcontrolnetwork.com] (http://www.flowcontrolnetwork.com/bearings-for-running-submerged-in-low-viscosity-liquids/)
@andynitrox - Terpentin som smörjmedel skulle innebära att det är nedsänkt (du kan inte på ett tillförlitligt sätt smörja med ett flyktigt lösningsmedel annars) och lagret har utformats för det.
"hjälp gamla saker tillsammans" Jag redigerade inte eftersom jag inte vet om det är en [sic].
"Spridningskrafter i London är särskilt användbara för limanordningernas funktion, eftersom de inte kräver någon yta för att ha någon permanent polaritet."Jag tror att det till stor del har att göra med att [vidhäftning] (https://en.wikipedia.org/wiki/Adhesion) av olja är större än för vatten, i kombination med att den är rätt viskositet för applikationen (som den ledandesvaret antyder, om ditt smörjmedel kan förflyttas fungerar det inte).
@andynitrox Turpentine * är * ett ganska bra smörjmedel, under rätt omständigheter.Under de flesta "mänskliga" förhållanden är det för flyktigt för att vara bra för detta.Det är också ett bra lösningsmedel under många omständigheter, och att lösa dina arbetsdelar är ett dåligt drag för ett smörjmedel.Det drar dock nytta av både en relativt låg viskositet och av icke-polaritet, vilka båda * är * ledande faktorer i den totala smörjmedelsprestandan.I slutändan är dock frågan om vad som gör bra smörjmedel en alltför komplicerad fråga för att besvaras med en eller två basmaterialegenskaper.
Crowley
2016-06-07 19:13:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

@tbf är rätt; smörjning och tribologi i allmänhet är komplicerad. Det är därför det är så stora ansträngningar att förstå det och att designa avancerade material.

Det finns flera fenomen som orsakar att friktionskraften finns och de som du har försummat orsakar att oljor är överlägsna vatten i de flesta industritillämpningar.

Vid torr glidning kan vi identifiera vidhäftning (dominerande för två supermjuka glasytor), asperitet hoppning och deformation (dominerande för två grova och hårda ytor) och plöjning (dominerande för att skjuta hård, grov yta mot mjuk). Vissa lägger till kemisk bindning som separat orsak, andra anser det som en del av vidhäftningen och andra anser det som ett tillstånd.

Smörjmedlen är valda för att sänka friktionen och slitaget och det finns inget universellt supersmörjmedel som är idealiskt för alla applikationer. Man måste tänka på:

  • Allt material i glidande kontakt;
  • Räckvidd för de applicerade krafterna;
  • Temperatur;
  • Glidhastigheter;
  • Miljö (luft / vätskeflöde, kemisk omgivning, glidfrekvens, skräp, ...)

Till frågan är mineraloljan ett bra smörjmedel vid glidning av två metaller eftersom det passiverar ytorna och förhindrar deras kontakt (vidhäftning försummas därför), om viskositeten är tillräckligt låg, minskar det också interaktionen mellan båda ytor. Å andra sidan kan vatten reagera kemiskt med ytorna och på grund av dess låga viskositet kan det inte förhindra asperitetsinteraktion. Men det säger ingenting i allmänhet.

Anmärkningar:
Det vanligaste smörjmedlet på jorden är vatten - fogar i kroppar hos alla ryggradsdjur är vattensmorda.
Som Abhinav noterade är grafit och alla fasta smörjmedel som nämns i kommentarerna under hans svar bra smörjmedel och du kan inte definiera viskositet där.
Turbomolekylära pumpar använder magnetiska lager där "smörjmedel" är vakuum.

kamran
2016-06-10 00:28:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Vatten kan inte bära såväl normal belastning som olja.
Vatten kommer troligen att fly från högtryckslager till lägre pressställen i en öppen smörjslinga som lämnar björnkontakter.
Vatten kan skapa bubblor runt håligheter och hörn och bryta laminärt flöde vilket kommer att äventyra separationen av rörliga delar. Vatten reagerar kemiskt med ytor.
Det finns smörjmedel mekaniskt utformade för att vara nära vattenviskositet men inerta kemiskt och med bredare temperaturtolerans som bromsvätskor.
Många av de snabba roterande delarna har utformats med utnyttjande av oljans lastbärande egenskaper för att aktivt och dynamiskt balansera systemet till dess rätta konfiguration under en rad olika belastningar eller varvtal, vilket är mer praktiskt med olja.Automatisk transmission är bara ett fall.



Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 3.0-licensen som det distribueras under.
Loading...