[科普中國]-潤滑

基本含義

相對運動物體表面加入第三種物質(zhì)—潤滑劑，降低摩擦、減少磨損，改善摩擦副的摩擦狀態(tài)以降低摩擦阻力、減緩磨損的技術措施。1

分類按摩擦副之間潤滑材料的不同，潤滑可分為流體（液體、氣體）潤滑和固體潤滑（見潤滑劑）。按摩擦副之間摩擦狀態(tài)的不同，潤滑又分為流體潤滑和邊界潤滑。介于流體潤滑和邊界潤滑之間的潤滑狀態(tài)稱為混合潤滑，或稱部分彈性流體動壓潤滑。2

流體潤滑 在適當條件下，兩相互摩擦表面可以被一層具有一定厚度（1.5～2微米以上）的粘性流體隔開，由流體壓力平衡外載荷，流體層內(nèi)的分子大部分不受摩擦表面離子電力場的作用而可自由移動，即摩擦只存在于流體分子之間的潤滑狀態(tài)。流體潤滑的摩擦系數(shù)很低（小于0.01）。按潤滑膜壓力的產(chǎn)生方式，流體潤滑可分為動壓潤滑和靜壓潤滑。1

在傳統(tǒng)的潤滑力學研究中，摩擦體和潤滑流體分別被看作為剛性體和粘性流體（牛頓流體）。實際上摩擦體是彈性體，不過有時可以把它簡化為剛性體。需要考慮彈性變形和壓力對粘度影響的流體動壓潤滑，稱為彈性流體動壓潤滑。摩擦體處于塑性狀態(tài)時需要考慮塑性效應的流體動壓潤滑，稱為塑性流體動壓潤滑。流體潤滑的傳統(tǒng)研究方法始于1886年，奠基人為英國的O.雷諾。后人把傳統(tǒng)潤滑力學研究成果統(tǒng)稱為經(jīng)典潤滑力學。1

在流體潤滑中，流體的粘性一般用粘度來評定。圖1為假設流體為不可壓縮并作層片狀流動的模型。流體對切向運動的粘性剪切阻力，即切應力τ與速度梯度(流體速度u沿垂直于層片方向y的變化率)的關系為式中η為比例常數(shù)，即粘度，又稱動力粘度。上述關系稱為流體層流流動（圖2）的內(nèi)摩擦定律，又稱牛頓內(nèi)摩擦定律。流體的流動行為符合此定律的稱為牛頓流體。對于脂類塑性體(稱非牛頓流體)相應的內(nèi)摩擦定律為式中 τ0為脂的初始剪切阻力。有時還應考慮流體流動對時間的依從關系。 雷諾方程是描述流體動壓潤滑膜壓力分布的基本方程。傳統(tǒng)的雷諾方程是基于粘性流體的運動方程，又稱納維－斯托克斯方程。它是與質(zhì)量連續(xù)性方程合并后根據(jù)某些假設簡化得出的。描述流體潤滑膜壓力分布的普遍雷諾方程為式中v1、v2分別為邊界面1、2沿x方向的速度；t為時間；η為流體的動力粘度；p為流體膜的壓力為流體的密度；h為膜厚度。此式左邊兩項表征膜壓力分布，右邊三項表明流體動壓潤滑膜壓力產(chǎn)生的原因，即楔入效應、表面伸張效應和擠壓效應。1

通常表面伸張效應極微，可以忽略。當膜厚h無變化時，擠壓效應也可忽略。因此在大多數(shù)工況下，潤滑流體的楔入效應為產(chǎn)生膜壓力的主要項。對于氣體動壓潤滑，還要對上述普遍雷諾方程附加一狀態(tài)方程，如認為潤滑氣體為真實氣體，滿足多方關系，則附加的方程為式中T為絕對溫度；R為特定氣體的氣體常數(shù)；n為多方膨脹指數(shù)，n=cp/cv，cp和cv分別為定壓比熱容和定容比熱容。當n=1時，為等溫流動；當n=1.401(空氣)時，為絕熱流動。此外，當潤滑膜中的溫度變化很大，從而使粘度發(fā)生顯著變化時，還須對普遍雷諾方程附加一能量方程聯(lián)立求解。2

邊界潤滑 兩相互摩擦表面間存在一層薄膜（邊界膜）時的潤滑狀態(tài)。這種現(xiàn)象通常出機器起動或停車時。邊界膜可分為吸附膜和反應膜等（圖3）。潤滑劑中的極性分子吸附在摩擦表面所形成的膜稱為吸附膜。吸附膜又分為物理吸附膜和化學吸附膜。①物理吸附膜：分子的吸引力將極性分子牢固地吸附在固體表面上，并定向排列形成一至數(shù)個分子層厚的表面膜。②化學吸附膜：潤滑油中的某些有機化合物（如二烷基二硫代磷酸鹽、二元酸二元醇酯等）降解或聚合反應所生成的表面膜，或潤滑油中極性分子的有價電子與金屬表面的電子發(fā)生交換而產(chǎn)生的化學結(jié)合力，使金屬皂的極性分子定向排列并吸附在表面上所形成的表面膜。潤滑油中的添加劑，如含硫、磷、氯等有機化合物的極壓劑，與金屬表面起化學作用生成能承受較大載荷的表面膜稱為反應膜。在兩個摩擦面上凸峰直接接觸相對運動時所產(chǎn)生的摩擦熱作用下，反應膜不斷形成和破壞。 吸附膜達到飽和時，極性分子緊密排列，分子間的內(nèi)聚力使膜具有一定的承載能力，防止兩摩擦表面直接接觸。圖4為吸附膜的潤滑作用模型。當摩擦副相對滑動時，吸附膜如同兩個毛刷子相對滑動，能起潤滑作用，降低摩擦系數(shù)。反應膜熔點高，不易粘著，剪切強度低，摩阻力小，又能不斷破壞和形成，故能防止金屬表面直接接觸而起潤滑作用。2

影響吸附膜潤滑性能的因素有極性分子的結(jié)構(gòu)和吸附量、溫度、速度和載荷等。當極性分子中碳原子數(shù)目增加時，摩擦系數(shù)降低。極性分子吸附量達到飽和時，膜的潤滑性能良好并穩(wěn)定。當工作溫度超過一定范圍時，吸附膜將散亂或脫附，潤滑失效。通常吸附膜的摩擦系數(shù)隨速度的增加而下降，直到某一定值。在一般工況下，吸附膜的摩擦系數(shù)與干摩擦相同，不受載荷的影響。反應膜在極高壓力下有很強的抗粘著能力，潤滑性能比任何吸附膜更穩(wěn)定，它的摩擦系數(shù)隨速度的增加而增加，直到某一定值。反應膜常用于重載、高速和高溫等工況下。2

在一定的工作條件下，邊界膜抵抗破裂的能力稱為邊界膜的強度。它可用臨界pv值、臨界溫度值或臨界摩擦系數(shù)來表示。①臨界pv值：在正常的邊界潤滑中，當載荷p或速度v加大到某一數(shù)值，摩擦副的溫度突然升高，摩擦系數(shù)和磨損量急劇增大。邊界膜強度達到極限值時相應的pv值稱為臨界pv值。②臨界溫度值：當摩擦表面溫度達到邊界膜散亂、軟化或熔化的程度時，吸附膜發(fā)生脫附，摩擦系數(shù)迅速增大但仍具有某些潤滑作用，這時的溫度稱為第一臨界溫度。當溫度繼續(xù)升高到使?jié)櫥停ㄖ┌l(fā)生聚合或分解，邊界膜完全破裂，摩擦副發(fā)生粘著，磨損劇增時的溫度稱為第二臨界溫度。臨界溫度是衡量邊界膜強度的主要參數(shù)。③臨界摩擦次數(shù)：邊界膜達到潤滑失效時所重復的摩擦次數(shù)稱為臨界摩擦次數(shù)3

在兩個相對摩擦的表面之間加入潤滑劑，形成一個潤滑油膜的減磨層，就可以降低摩擦系數(shù)，養(yǎng)活摩擦阻力，減少功率消耗。例如在良好的液體摩擦條件下，其摩擦系數(shù)可以低到0.001甚至更低。此時的摩擦阻力主要是液體潤滑膜內(nèi)部分子間相互滑移的低剪切阻力。2

潤滑劑在摩擦表面之間，可以養(yǎng)活由于硬粒磨損、表面銹蝕、金屬表面間的咬焊與撕裂等造成的磨損。因此，在摩擦表面間供應足夠的潤滑劑，就能形成良好的潤滑條件，避免油膜有破壞，保持零件配合精度，從而大大養(yǎng)活磨損。2

潤滑劑能夠降低摩擦系數(shù)，養(yǎng)活摩擦熱的產(chǎn)生。我們知道運轉(zhuǎn)的機械，克服摩擦所做的功，全部轉(zhuǎn)變成熱量，一部分由機體向外擴散，一部分則不斷使機械溫度升高。采用液體潤滑劑的集中循環(huán)潤滑系統(tǒng)就可以帶走磨擦產(chǎn)生的熱量，起到降溫冷卻，使機械控制在所要求的溫度范圍內(nèi)運轉(zhuǎn)。2

機械表面，不可避免地要和周圍介質(zhì)接觸（如空氣、水濕、水汽、腐蝕性氣體及液體等）使機械的金屬表面生銹、腐蝕而損壞。尤其是冶金工廠的高溫車間和化工廠腐蝕磨損顯得更為嚴重。2

蒸汽機、壓縮機、內(nèi)燃機等的汽缸與活塞，潤滑油不僅能起到潤滑減磨作用，而且還有增強密封的效果，使其在運轉(zhuǎn)中不漏氣，提高工作效率的作用。潤滑脂對于形成密封有特殊作用，可以防止水濕或其他灰塵、雜質(zhì)浸入摩擦副。例如采用涂上潤滑脂的油浸盤根，對水泵軸頭的密封既有良好的潤滑作用，又可以防止泄漏和灰塵雜質(zhì)浸入泵體而起到良好的密封作用。此外，潤滑油還有減少振動和噪聲的效能。2

供應方法潤滑油或潤滑脂的供應方法在設計中是很重要的，尤其是油潤滑時的供應方法與零件在工作時所處的潤滑狀態(tài)有這密切的關系。2

油潤滑向潤滑表面施加潤滑油的方法。2

滴油潤滑針閥油杯和油芯油杯都可以做到連續(xù)滴油潤滑，兩者的區(qū)別就是針閥油杯在停車時同時停止供油，而油芯油杯在停車時繼續(xù)滴油，會引起無用的消耗。2

油環(huán)潤滑油環(huán)套在軸頸上，下部浸在油中，當軸頸轉(zhuǎn)動時會帶動油環(huán)轉(zhuǎn)動，將油帶到軸頸表面進行潤滑2

飛濺潤滑利用轉(zhuǎn)動件或曲軸的曲柄等將潤滑油濺成油星以潤滑軸承2

壓力循環(huán)潤滑用油泵進行壓力供油潤滑，可保證供油充分，能帶走摩擦熱以冷卻軸承2

潤滑脂脂潤滑只能間歇供應潤滑脂，旋蓋式油脂杯是應用的最廣的脂潤滑裝置，杯中裝滿潤滑脂后，旋動上蓋即可將潤滑脂擠入軸承中，有的也使用油槍向軸承補充潤滑脂。2

發(fā)展方向隨著人們環(huán)保意識的提高，潤滑技術逐漸向高效、環(huán)保方向發(fā)展，水基沖壓潤滑技術正是科學發(fā)展的產(chǎn)物。其是一種合成物，綜合了多種潤滑成份的優(yōu)點。潤滑性能更好，特別是冷確性能良好，滲透性能好，對環(huán)境污染小，是沖壓用潤滑油發(fā)展的方向。水基潤滑油主要應用于工件成型過程中的凸模拉延、沖孔、沖裁、彎曲等工藝，可以完成最難的深沖凸模拉延。經(jīng)過專業(yè)沖壓潤滑技術和產(chǎn)品研發(fā)機構(gòu)IRMCO做出大量實驗，得出環(huán)保型水基沖壓潤滑較普通潤滑的優(yōu)勢所在：1、增加模具壽命 2、高強度鋼成型 3、降低原材料費用 4、節(jié)省能源 5、高效生產(chǎn)、增加附加值 6、保護環(huán)境 7、減少油污和廢料 8、無油煙限制 9、雜項費用成本降低。2