机械设备润滑

•润滑部件间隙及油膜厚度•滚动轴承0.1---0.3micron•齿轮0.1---1.0micron•滑动轴承0.5---50micron•润滑的作用–１、控制摩擦；２、控制磨耗；–３、控制温度；４、控制腐蚀；–５、绝缘功能；６、传递动力；–７、吸收弱振动；–８、排除污染；９、形成密封75m–头发的直径第14章机械设备的润滑第14章机械设备的润滑(1)减少摩擦和磨损在机器或机构的摩擦表面之间加入润滑材料，使相对运动的机件摩擦表面不发生或尽量少直接接触，从而降低摩擦系数，减少磨损。(2)冷却机器在运转中，因摩擦而消耗的功会全部转化为热量，引起摩擦部件温度升高。(3)防止锈蚀摩擦表面的润滑油层可使金属表面和空气完全隔开，保护金属不发生锈蚀。(4)冲洗润滑油的流动油膜可将金属表面由于摩擦或氧化而形成的碎屑和其他杂质冲洗掉，以保证摩擦表面的清洁。14.1润滑状态与原理14.2润滑材料第14章机械设备的润滑14.3润滑油润滑(稀油润滑)及其装置14.4润滑脂润滑(干油润滑)及其装置14.5典型零部件的润滑15.1概述15.2过盈配合的装配15.3联轴器的装配15.4轴承的装配λ=油膜厚度（h）/表面粗糙（σ）hλ流体动力润滑弹性流体动力润滑混合润滑边界润滑λ的数值取决于：σ设备(部件材质、部件几何外形等)操作条件(负荷、速度、温度等)润滑剂(粘度、基础油、添加剂等)润滑状态(1)无润滑具有相对运动的两表面完全没有任何润滑介质存在，处于干摩擦状态下，称为无润滑。(2)流体润滑流体状态的润滑剂，在相对运动的两摩擦表面之间形成一层润滑膜，把摩擦表面完全隔开，称为流体润滑。(3)边界润滑边界润滑是处于有润滑和无润滑之间的一种临界状态的润滑形式，它由润滑剂中牢固地吸附在金属表面的极性分子或润滑剂中的活性元素与金属表面生成的反应膜而形成一层极薄的润滑膜。(4)半液体润滑在摩擦副中出现的润滑状态并不都处于单一的润滑状态。14.1.2液体动压润滑原理14.1润滑状态与原理(1)动压形成原理在工程上，液体动压可以在曲面及平面摩擦副中形成。图14-1滑动轴承动压润滑油膜的建立过程a)静止状态b)开始旋转c)形成油楔d)动压润滑(浮起状态)14.1润滑状态与原理图14-2液体动压润滑轴承径向及轴向的油膜分布14.1润滑状态与原理图14-3两平面间油液的流动情况a)两平面平行b)两平面倾斜14.1润滑状态与原理(2)液体动压润滑形成条件及影响因素1)两相对运动的摩擦表面必须沿运动的方向形成收敛的楔形间隙。2)两摩擦面必须具有一定的相对速度。3)润滑油必须具有适当的粘度，并且供油充足。4)外载荷必须小于油膜所能承受的极限值。5)摩擦表面的加工精度应较高，使表面具有较小的表面粗糙度值，可以在较小的油膜厚度下实现流体动压润滑。14.1.3液体静压润滑原理1.液体静压润滑原理14.1润滑状态与原理从外部将高压流体经节流阻尼器送入运动副的间隙中，使两摩擦表面在没开始运动之前就被流体的静压力强行隔开，由此形成的液体润滑膜使运动副能承受一定的工作载荷而处于液体润滑状态，称为液体静压润滑。图14-4具有四个对称油腔的液体静压轴承原理图1—液压泵2—节流阻尼器3—粗过滤器4—油箱5—溢流阀6—精过滤器7—轴承套8—轴颈9—油腔10—回油槽11—周向封油面12—轴向封油面14.1润滑状态与原理2.液体静压轴承的特点(1)优点1)应用范围广，承载能力强。2)摩擦系数低并且稳定。3)无磨损，寿命长。4)对轴承材料要求不高，比轴颈稍软即可。(2)缺点1)供油系统昂贵，液压泵长期工作增加动力消耗。2)如果一旦断油将导致重大事故。14.1润滑状态与原理14.1.4液体动、静压润滑原理液体动、静压润滑轴承充分发挥了液体动压润滑和液体静压润滑的优点，克服了二者的不足。它的主要工作原理是：轴承副在起动和制动过程中，采用液体静压润滑的方式，将高压油压入轴承承载区，把轴颈扶起，保证液体润滑条件，从而避免在起动和制动过程中因速度变化不能形成动压油膜而使金属表面直接接触。当轴承副进入稳定运转时，可以把静压供油系统停止，而靠动压润滑形成动压润滑膜，仍能保持轴颈在轴承中的液体润滑状态。14.2润滑材料1.润滑材料按其形态分类(1)液体润滑材料主要有矿物油、各种植物油、乳化液和水等。(2)塑性体及半流体润滑材料主要是由矿物油及合成润滑油通过稠化而成的各种润滑脂，以及半流体润滑脂。(3)固体润滑材料如石墨、二硫化钼、二硫化钨、氮气等，是新型的很有发展前途的润滑材料，可以单独使用或作润滑油脂的添加剂。(4)气体润滑材料如气体轴承中使用的空气、氮气、二氧化碳，主要用于航空、航天及精密仪表的气体静压轴承。2.工程上对润滑材料的要求1)较低的摩擦系数，从而减少动力消耗，降低磨损速度，提高设备使用寿命。14.2润滑材料2)具有良好的吸附及楔入能力，以便能渗入摩擦副微小的间隙内，并能牢固地粘附在摩擦表面上，不易被相对运动形成的剪切力刮掉。3)有一定的内聚力，以便能抵抗较大的压力而不致被从摩擦副中挤出，从而能保持足够的润滑膜厚度。4)具有较高的纯度及抗氧化安定性，没有研磨和腐蚀性，不致因迅速与水或空气接触而变质。14.2.1润滑油1.润滑油认识润滑油润滑油：基础油＋添加剂调和而成基础油（Basestock)矿物油（MineralOil）Ⅰ组:石蜡基、环烷基Ⅱ组:加氢裂化Ⅲ组:深度加氢合成类基础油(SyntheticOil)IV组:PAOsV组:其它（酯类、聚醚、硅油、氟素油、磷酸酯等）在润滑油成分中，一般占90％以上添加剂（Additives)加入少量的添加剂可增加新的特殊性能，或强化其原有的性能。抗磨剂、极压剂、抗氧化剂、抗泡剂、防锈抗腐蚀剂、粘度指数改进剂清净分散剂、乳化剂（金属加工液）、耦合剂、增溶剂(金属加工液)杀菌剂(金属加工液)矿物油从石油中分馏出来选用适于润滑油性能的原油,经分溜、精制、脱蜡等工艺生产而成。分馏决定了矿物型润滑油为一混合物润滑油在石油产品中为（L）类。14.2润滑材料润滑油是最重要的润滑材料之一，占润滑剂的90%以上。它主要是由石油提炼过程中蒸馏出的高沸点物质再经过精制而成的产品。原油经过初馏和常压蒸馏提取汽油、煤油和柴油以后，剩下常压渣油，再经过减压蒸馏，按照沸点范围不同分馏，经精制而获得粘度较低的润滑油。2.润滑油的物理指标和技术性能(1)外观评价润滑油质量是否优良一般从颜色、透明度、气味三方面来考察。(2)粘度粘度反映了润滑油的稀稠程度。1)绝对粘度：绝对粘度有动力粘度和运动粘度两种表示方法。14.2润滑材料①动力粘度：动力粘度η：在流体中取两面积各为1m2，相距1m，相对移动速度为1m/s时所产生的阻力称为动力粘度。单位Pa.s（帕.秒）。动力粘度实质反映流体内摩擦力的大小。如图14-5所示，在两平行平板间充满粘性流体，当一块板以速度u相对于另一块平板做相对移动时，粘附在上下两表面的流体具有与该表面相同的速度。在层流状态时，中间各相邻层的速度近似呈线性递减。若距离为dz的相邻两层流体的切应力为τ，根据牛顿粘性定律得出图14-5平行平板的粘性牵引力14.2润滑材料②运动粘度:在同一温度下流体的动力粘度与密度的比值称为运动粘度。2)相对粘度:相对粘度也称为条件粘度。表14-1各种粘度的符号、单位、换算公式及使用的国家3.常用的润滑油及其用途14.2润滑材料现在采用ISO标准一律按40℃时的运动粘度划分油的标号，标号的数值就是润滑油在40℃时的运动粘度的中心值。例如，标号N32的运动粘度中心值就是32mm2/s或32×10-6m2/s，其误差范围为±10%，即为28．8~35．2mm2/s。(1)普通机械油普通机械油是没有添加油性或极压添加剂的润滑油，它仅用于载荷、转速和温度都不高的一般无特殊要求的轴承、纺织锭子、齿轮及其他工作条件类似的机械润滑。14.2润滑材料表14-2普通机械油的标号和主要质量指标(2)通用机床工业用润滑油此类润滑油由于加入一定量的油性及抗氧防锈等添加剂，在使用过程中机械的磨损小、油的温升低，说明抗磨及减摩性能都优于普通机械油，可防止设备锈蚀及延长机床的加工精度保持性，14.2润滑材料而且润滑油的使用寿命也比普通机械油提高一倍。表14-3通用机床工业用润滑油的标号和主要质量指标(3)工业齿轮油工业齿轮油分普通工业齿轮油和极压工业齿轮油两种。14.2.2润滑脂认识润滑脂润滑脂：基础油+添加剂+稠化剂基础油：可由矿物油或合成油组成添加剂：改善或强化某方面的性能稠化剂：如同海绵般将基础油及添加剂紧紧吸附以达润滑效用，一般稠化剂没润滑性。润滑脂的典型特性：触变性。稠化剂Thicker润滑脂的皂基(稠化剂)按稠化剂分：一。皂基脂：1。单皂基脂：锂基脂，钙基脂，钠基脂，钡基脂，铝基脂2。混合皂基脂：锂-钙基脂，钙-钠基脂，铝-钙基脂；3。复合皂基脂：复合锂基脂，复合铝基脂，复合钠基脂二。非皂基脂1。无机脂：膨润土脂，硅胶脂2。烃基脂：工业凡士林，石蜡，地蜡。3。有机脂：氟素脂，聚脲脂，酰胺脂，酞菁酮脂。常见润滑脂的滴点•锂基(Lithiumsoaps)–滴点170~200℃,多种类型，从好到极佳，机械稳定性佳，防水性佳•钙基(Calciumsoaps)滴点80~100℃,便宜，防水性佳，低温•铝基(Aluminumsoaps),滴点100~120℃,透明，耐水性好，食品加工用•锂复合基(LithiumComplex)–滴点230~250℃,耐高压性良好，极佳机械稳定性，防酸，防水性佳•铝复合基(AluminumComplex)–滴点200~260℃,耐高压性良好，极佳机械稳定性，防酸，防水性佳•钡复合基(BariumComplex)–滴点200~240℃,防酸，防碱，防水性佳•膨润土(Bentonite)–无滴点,胶状或不深性油脂。•尿素基Polyurea(无机皂基)–250,耐高温，极佳机械稳定性，防酸，防水性佳•复合磺酸钙–300,抗水性能佳，高温性能佳•PTFE（聚四氟乙稀）–无滴点,耐高温，抗酸碱，抗水•使用温度比较？–相容B-不能确定I-不相容稠化剂的相容性测试•不同的稠化剂在混合后可能出现如右图的结晶现象，直接导致润滑失效，所以在更换润滑脂前一定非常慎重润滑脂性能指标:锥入度锥入度：是鉴定润滑脂稠度的指标（稠度即为软硬程度）。在规定质量（150g)，在规定温度（25℃）下标准圆锥体自由落体直入杯内样脂中，经过5S所达到的深度，其单位为1/10mm.NLGI等级：000，00，0，1，2，3，4，5，6号。测定：润滑脂锥入度测定法测定。滴点滴点：润滑脂在规定的加热条件下，从不流动状态到一定流动性的最低温度。对于非皂基稠化剂类的润滑脂，可以没有状态的变化，而是析出油。将其视为油脂耐温之最高点。脂的最高使用温度要比滴点低20-30℃。14.2润滑材料目前常用的润滑脂是锂基脂，它的性能比较好，滴点较高，抗水性好，对各种添加剂的感受性也比较好，尤其是机械安定性优异，而且对金属表面的粘附力强。由于其锥入度适中，因而泵送性能好。14.2.3高性能的合成润滑油脂1.合成润滑油14.2润滑材料合成润滑油是类似油的中性润滑材料，它并不是直接由矿物油处理得来的，而是用有机物合成的方法制得。由于它具有特定的分子结构，所以比矿物油具有更好的润滑性能。合成润滑油的化合物或聚合物有一个特点，就是可以根据使用的需要而调整其有关的性能。例如，在某种化合物或聚合物的基本结构式中采用不同的取