第六章 潤滑與潤滑劑,第一節(jié) 流體潤滑基本概念 一、定義 在摩擦副對偶表面之間，有一層一定厚度（一般在1. 52m以上）的粘性流體潤滑膜，由這層潤滑膜的壓力平衡外載荷，使兩對偶表面不直接接觸，在兩對偶表面作相對運動時，只在流體分子間產(chǎn)生摩擦，這就是流體潤滑。 在流體潤滑中，根據(jù)潤滑膜壓力產(chǎn)生的方法，潤滑方式可分為以下幾種: 1.流體動壓潤滑 流體動壓潤滑，系由摩擦副對偶表面的幾何形狀和相對運動，并借助粘性流體的內(nèi)摩擦力作用而產(chǎn)生潤滑膜壓力，從而平衡外載。 2.彈性流體動壓潤滑 彈性流體動壓潤滑理論是流體動壓潤滑理論的重要發(fā)展，它主要研究名義上是點線接觸的摩擦副潤滑問題（如齒輪副、滾動軸承等）。 3.流體靜壓潤滑,二、STRIBECK曲線,如圖Stribeck曲線縱坐標是摩擦系數(shù)， 橫坐標是承載特性。,流體潤滑區(qū)：1、兩相對運動表面完全被潤滑膜隔開 2、摩擦力主要是油膜內(nèi)部摩擦 3、油膜厚度遠大于粗糙度 4、膜厚比如式子- 5、油的粘度是主要因素 混合潤滑區(qū)：1、兩表面承載是由凸峰和油膜承擔 2、油的粘度是主要因素 3、摩擦力由接觸摩擦和油的內(nèi)部摩擦構(gòu)成 4、油膜厚度與粗糙度接近( ) 邊界潤滑區(qū)及干摩擦區(qū)： 1、干摩擦?xí)r無油膜，邊界潤滑時油膜厚度非常有限 2、膜厚比多為：0.5-0.4，當為1時70%的載荷由油膜承擔，30%由凸峰承擔。 3、油的粘度不是主要因素，而粘性和極壓性起主要作用。,三、潤滑的作用及常見摩擦（潤滑）狀態(tài) 1、潤滑的作用 摩擦是消耗能源的原因；磨損是降低機械零件使用壽命，消耗材料的原因。 而潤滑則是減少摩擦、節(jié)約能源；減少磨損節(jié)約材料的有力手段和有效措施。 所謂潤滑，是在具有相對運動二個物體的接觸表面間，注入第三種物質(zhì)（潤滑劑）將兩接觸表面隔開，形成剪切強度低的潤滑膜，用該物質(zhì)的內(nèi)部摩擦代替兩接觸物體之間的摩擦。因其抗剪強度低，因而可以達到減少摩擦和磨損的目的。潤滑可以提高機械零件的壽命和提高機械效率。還可起到冷卻、沖洗、減振和防蝕作用。,2 、幾種常見的摩擦狀態(tài)： 1、流體動壓潤滑 2、流體靜壓潤滑 3、彈性流體動壓潤滑 4、邊界潤滑 5、干摩擦狀態(tài),四、潤滑油的粘性 1、粘性流體的內(nèi)摩擦定律 粘性流體在流動時流層之間產(chǎn)生阻礙相對運動的性質(zhì)既是粘性。,根據(jù)牛頓實驗：相鄰流層之間阻力與速度變化梯度成正比。 既： 如圖：由于分子間極性吸引力所產(chǎn)生的內(nèi)聚力的作用，在流層之間有剪切力。 式中： 是流體流速沿油膜厚 度h（z軸）方向的變化率，若速度 變化規(guī)律為三角形,則 = ；,是比例常數(shù)，被定義為流體的動力粘度。具有這種特性的流體稱為牛頓流體。,2、動力粘度的單位 (1)國際制單位 圖示,長、寬、高各為1m的流體，如果使立方體頂面流體層相對底面流體層產(chǎn)生1m/s的運動速度，所需要的外力F為1N時，則流體的粘度為1Ns/m，叫做“帕秒”，常用Pas表示。,(2)物理單位制 如圖,F=1dyne(厘米、克、秒) ,u=1cm/s 時,換算關(guān)系： 1Pa S=10P=1000cP,此時,流體粘度為1個物理單位制的動力粘度，用P 表示。 有時用P/100表示, 叫厘泊，用cP表示。,因為1N=105dyne 所以有如下?lián)Q算,3、潤滑油的運動粘度,流體的動力粘度與同溫度下的密度的比值,稱為運動粘度:,物理單位是cm/s,叫做“斯”,常用St表示， St/100叫厘斯,用cSt表示,換算關(guān)系：1m2/s=104St=106cSt ； 1St=1cm2/s=10-4m2/s=100cSt,4、相對粘度,恩氏粘度是相對粘度的一種,它是用200ml的粘性流體,在給定的溫度t下流經(jīng)一定直徑和長度的毛細管所需的時間,與同體積的蒸餾水在20時流經(jīng)同樣的毛細管所需時間的比值來衡量流體的粘性。恩氏粘度用 表示,國際單位是 m/s 。,(1)粘溫特性,5、潤滑油的特性,潤滑油的粘度隨溫度的變化存在指數(shù)關(guān)系:,(2)潤滑油的粘壓特性,粘度和壓力的關(guān)系近似表示為:,粘度指數(shù)VI按下式計算： 粘度指數(shù)的物理意義還可改寫成 衡量粘溫特性溫度變化范圍。 粘度指數(shù)VI是表示被測油粘度隨溫度 的變化程度 與標準油粘度隨溫度變化程度 的比值。,6、粘度指數(shù)（粘度比50、100，粘度指數(shù)VI ）,第二節(jié) 流體動壓潤滑雷諾方程,一、流體動壓潤滑的承載機理 圖a 增壓過程 圖b 溢出附加流動 圖c 附加流動為零 C-C 截面壓力最大 圖d 壓力分布曲線,二、雷諾方程 1、流體的連續(xù)性方程 如圖所示：兩個滑動板A，B，設(shè)在其相對運動中可以產(chǎn)生收斂型油楔，并能形成足夠的承載能力將兩板分開。,油楔中取一微小單元體，底面積為dxdy,高為h.潤滑油可以從x、y、z 三個方向流進和流出該單元體。,設(shè)在單位寬度上沿x和y方向的容積流量分別為qx和qy. 沿x方向流入的容積流量為: qxdy，流出的容積流量為: （qx+ )dy, 式中 是沿x方向容積流量的變化。,沿y方向流入元單位的容積流量為 : qydx, 而流出的容積流量為:（qy+ dy)dx,若流體以速度Wo向上流入， 則其容積流量為: Wodxdy； 若在頂端流體以Wh速度流出， 則其容積流量為: Whdxdy 。,1、考慮不可壓縮及流動的連續(xù)性， 2、單位時間內(nèi)沿x、y、z三個方向流入單元體的總?cè)莘e流量等于總流出容積流量。 即： qxdy+qydx+wodxdy= (qx+ dx)dy+(qy+ dy)dx+whdxdy 將上式展開并消去同類項可得： dxdy+ dxdy+(wh-wo)dxdy=0 再消去 dxdy, 可得出流體的連續(xù)性方程：,(wh-wo)=0,3、流體連續(xù)性方程：,如果該單元柱體的頂面和底面均為不可滲透的表面，那么(wh-wo)dxdy是表示由于A板與B板在Z方向有運動使h發(fā)生變化而引起的容積變化率，即(wh-wo)柱體高度的變化率， 因此(wh-wo)可寫成 。,(1)油楔中取一各邊長為dx、dy、dz的微小單元體。,粘性流體在剪應(yīng)力與壓應(yīng)力作用下的微單元體受力平衡是流體動壓潤滑的原始方程之一。,2、微單元體的力平衡方程式,(3)底面受剪應(yīng)力 ，剪力為: ， 而頂面上受剪應(yīng)力( )，其相應(yīng)的作用剪力為( )dxdy。 平衡方程式：,(2)單元體的左表面受壓力強度為P，作用壓力為Pdydz。 右表面受壓力強度為(p+ dx),相應(yīng)的作用壓力為(p+ dx)dydz。,式中 是壓力沿X方向的變化梯度。,dxdy,研究X方向的力平衡，所以實際上應(yīng)寫成： 對y方向上的力平衡有： 潤滑油膜的厚度很薄，壓力在膜厚方向無變化，即Z方向壓力梯度為零， 。 根據(jù)粘性流體內(nèi)摩擦定律式，其剪力與潤滑油的粘度及速度變化梯度成正比。 可得： 式中u、v分別為質(zhì)點沿x、y方向的速度。 潤滑油粘度 、壓力P都不是Z的函數(shù)?，F(xiàn)對上式進行兩次積分：,整理得:,（1）,（2）,簡化：,積分常數(shù)為：,代入,得：,將上式積分得：,根據(jù)假設(shè)知：,積分得：,同理，在y方向積分可求得： 式中：Vh、Vo分別是板A和B沿y方向速度。,3、雷諾方程 將 qx和 qy 值代入流量方程可得： 可寫成： -這就是三維的雷諾方程。 式中 反映油膜形狀引起的楔形效應(yīng)； 和 為切向速度變化引起的剪切效應(yīng)，稱伸縮效應(yīng)； wh-wo是由于A、B兩板法向趨近所產(chǎn)生的擠壓效應(yīng)。,因上面的三維雷諾方程較為復(fù)雜，故常將雷諾方程簡化。 以U代替式中的 ；V代替式中 。 故有：,由于實際上在x、y兩個互相垂直的方向上不能同時有楔形和速度， 故: （Vh）=0。 另外，A板和B板都不能向上或向下滲透潤滑油， 必是表示兩板 本身的距離變化，故可以用 代替。而實際上穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，油膜厚度是不 該變化的，因此常令 =0,上式簡化為：,因為U并不是x的函數(shù)。 同時，油膜熱效應(yīng)不明顯，接觸區(qū)內(nèi)為 常數(shù)。 最常用的雷諾方程：,-二維雷諾方程,（1）潤滑油不可壓縮； （2）潤滑油做連續(xù)層流運動； （3）潤滑油是粘性流體，符合粘性流體內(nèi)摩擦定律（牛頓定律）； （4）潤滑油膜很薄，除 實際存在，其余均忽略不計； （5）潤滑油膜慣性力、重力不計，膜厚方向粘度、壓力不變； （6）潤滑油與板接觸并有相同速度； （7）沒有考慮壓力變化對粘度的影響； （8）潤滑油在厚度方向上沒有滲透，沒有流動。,4、雷諾方程條件歸納:,流體動壓潤滑膜壓力，通常由以下四個效應(yīng)決定。 (1)動壓效應(yīng) 圖1a可說明流體動壓潤滑膜的形狀特征及所產(chǎn)生的動壓效應(yīng)。當下表面相對上表面以速度u運動時，沿運動方向的間隙逐漸減小，剪切流動引起的潤滑劑從大口流向小口的流量也逐漸減小，不符合流量連續(xù)條件，只有產(chǎn)生如圖所示的潤滑膜壓力分布，由壓差流動減小大口流入流量和增大小口流出流量，才能保證流過各斷面的流量相等，從而滿足流量連續(xù)條件。 (2)伸縮效應(yīng) 圖1b可以說明伸縮效應(yīng)。當對偶表面由于彈性變形或其它原因使其速度沿運動方向逐漸減小時，剪切流動引起的流量沿運動方向也逐漸減小，因流量連續(xù)必然會產(chǎn)生如圖所示的潤滑膜壓力分布。 (3)變密度效應(yīng) 圖1c可以說明變密度效應(yīng)。當潤滑劑密度沿運動方向逐漸降低時，即使各斷面的體積流量相同，其質(zhì)量流量沿運動方向仍是逐漸減小的，因質(zhì)量守恒，則必然產(chǎn)生如圖所示的潤滑膜壓力分布。密度的變化可以是潤滑劑通過間隙時由于溫度逐漸升高而造成的，也可以是外加熱源使表面溫度變化而產(chǎn)生的。雖然變密度效應(yīng)產(chǎn)生的潤滑膜壓力并不高，但是這種作用可以使相互平行的對偶表面具有一定的承載能力。 (4)擠壓效應(yīng) 圖1d表示兩個平行表面在法向力作用下相互接近，使?jié)櫥ず穸戎饾u減小而產(chǎn)生壓差流動，此稱擠壓效應(yīng)。當兩個表面相互分離時，將導(dǎo)致潤滑膜破壞和產(chǎn)生空穴現(xiàn)象。動壓效應(yīng)和擠壓效應(yīng)通常是形成潤滑膜壓力的兩個主要因素。,潤滑膜壓力形成機制 a)動壓效應(yīng) b)伸縮效應(yīng) c)變密度效應(yīng) d)擠壓效應(yīng),動壓潤滑基本方程：,1）無限長模擬： 根據(jù)工程實際將二維方程化為一維方程處理。 在y方向的尺寸L遠遠大于x方向的尺寸b，即Lb，則 ，認為 ， y方向無限寬，潤滑油在這個方向不流動， 化為一維雷諾方程： 對上式積分，得： b區(qū)間內(nèi)必然有一點x= 處 的壓力最大，即 ， 設(shè)此處對應(yīng)的油膜厚度 ，積分常數(shù)C=-6U ， 無限長的一維雷諾方程應(yīng)為：,5、無限長模擬與無限短模擬,2）無限短模擬 同樣可以認為板在y方向很短，,對y進行兩次積分得：,因為h和 都是x的函數(shù)，故只要給出兩板間的間隙形狀，便可直接求出 各點的壓力值。所以應(yīng)用起來很方便。,根據(jù)邊界條件，當y= 時，P=0；而當y=0由于在y方向的對稱性,得：,故可求得積分常數(shù)：C1=0,所以得：,1、徑向滑動軸承的幾何參數(shù),-偏心距,-油膜厚度,-半徑間隙,-相對間隙,-偏心率,三、流體動壓徑向滑動軸承,-偏位角,（1）無限寬軸承 大，實際工程中很少出現(xiàn)。,2、承載能力分析,（2）無限窄軸承 小，工程實際 =1.5，應(yīng)用較多，加以研究,（3）坐標變換 , 或 ,故知壓力分布：,根據(jù)已知：,代入得：,：表示沿軸承軸線方向壓力分布規(guī)律為拋物線,：表示油膜壓力沿圓周方向分布是按正弦分布規(guī)律變化,在軸承寬度中央：,1、在,2、在 承載區(qū),3、圓周壓力分布邊界條件如圖,（1）全素莫菲爾德邊界條件 （2）雷諾條件 （3）半素莫菲爾德邊界條件,半素莫菲爾德條件下承載能力計算：,代入P得:,分別對 積分得:,經(jīng)素菲爾德變量代換得:,于是得:,由于:,令:,且:,( 轉(zhuǎn)速, ),故:,是無量鋼參數(shù),稱為軸承的承載特性參數(shù),3、軸承的偏位角和軸心軌跡,由圖知:,將 , 代入:,由三角關(guān)系知:,如果,那么對比形式可得如下關(guān)系,即:,如圖稱為軌跡圓或間隙圓,4、油的流量,無限窄軸承：,所以,（1）油膜起點處：,軸承寬度上流入量：,（2）油膜終點處：,流出量：,（3）端泄流量：,5、潤滑油膜摩擦力,摩擦功率為：,第三節(jié) 彈性流體動力潤滑,彈性流體動力潤滑理論-研究在點、線接觸條件下，兩彈性物體間的流體動力潤滑膜的力學(xué)性質(zhì)。,求解油膜壓力分布、潤滑膜厚度分布等問題,流體動力潤滑理論的前提：,-適應(yīng)于低副中兩零件之間的潤滑問題，,潤滑劑粘度不隨壓力變化；,零件摩擦表面為剛體；,在油膜壓力下，摩擦表面的變形的彈性方程； 表述潤滑劑粘度與壓力間關(guān)系的粘壓方程； 流體動力潤滑的主要方程。,彈性流體動壓潤滑理論是流體動壓潤滑理論的重要發(fā)展，它主要研究名義上是點線接觸的摩擦副潤滑問題（如齒輪副、滾動軸承等）。名義上點線接觸摩擦副的接觸應(yīng)力是非常高的（可達14GPa )，按照經(jīng)典的潤滑理論，很難想象潤滑劑能存在于對偶表面之間并將它們隔開，經(jīng)典的潤滑理論未考慮粘壓效應(yīng)和彈性變形效應(yīng)，這兩個重要效應(yīng)都有利于提高潤滑膜的承載能力。,圖a所示模型是彈性圓柱體與一剛性平面干接觸的情況。在載荷作用下，彈性圓柱體發(fā)生彈性變形，使線接觸變成了小面積接觸，載荷所造成的接觸壓力常稱為赫茲壓力，其分布情況是在接觸區(qū)域內(nèi)成拋物線形分布。,彈性流體動力潤滑的機理：,赫茲接觸是彈性流體動壓潤滑的主要條件，它建立了接觸面的整個形狀： 1、先是非常狹長的收斂區(qū)(進口區(qū)）， 2、緊接著是赫茲區(qū)（平面區(qū)）， 3、最后是發(fā)散區(qū)（出口區(qū)）。 收斂區(qū)的作用是產(chǎn)生流體動壓力將兩對偶表面隔開（如圖b所示），因為對偶表面是收斂的，故對偶表面能帶人潤滑劑而產(chǎn)生流體動壓力； 隨著收斂區(qū)壓力增大，潤滑劑的粘度也隨之升高，粘度越高產(chǎn)生的流體動壓力也就越大。當潤滑劑到達赫茲區(qū)的前緣時，潤滑劑的粘度便增加一個數(shù)量級，流體動壓力便能達到典型值0.14GPa。 赫茲區(qū)的最高壓力可高達典型值1.4GPa。盡管如此，流體動壓力還是能將兩對偶表面隔開，因為流體動壓力能克服赫茲區(qū)前緣的壓力而將前緣分開。潤滑劑一旦進入赫茲區(qū)，其粘度將迅速增加若干數(shù)量級而變成半固體甚至固體。后緣的局部高壓和局部頸縮是保持流量連續(xù)的結(jié)果。,2、彈性流體動力潤滑,工作原理：依靠供油裝置，將高壓油壓入軸承間隙中，強制形成油膜。,特點：靜壓軸承載任何工況下都能勝任工作。,關(guān)鍵器件： 節(jié)流器,節(jié)流器作用：根據(jù)外載荷的變化自動調(diào)節(jié)各油腔內(nèi)的壓力。,第四節(jié) 流體靜力潤滑,1、靜壓軸承,2、流體靜壓潤滑的特點： 1)由于摩擦副對偶表面是依靠外來壓力潤滑劑分開的，潤滑膜的形成與對偶表面的幾何形狀、相對運動無關(guān)，因此，兩對偶表面可以在各種相對運動速度下得到潤滑，且具有較高的承載能力。 2)流體靜壓潤滑能始終保持摩擦副處于流體潤滑狀態(tài)，因此，其摩擦力始終較小，當然也就不會產(chǎn)生嚴重磨損和大的功率消耗。這對于需要經(jīng)常起動、停車、逆轉(zhuǎn)和速度變化的摩擦副而言，可以大大延長其使用壽命。 3)精度高，精度保持性好，剛度也較高。 4)對摩擦副對偶表面的要求不高（如材料的抗磨性等）。 5)具有較高的抗振性，靜壓潤滑膜具有良好的吸振性，運動均勻平穩(wěn)。 6)流體靜壓潤滑的缺點是需要一套供油系統(tǒng)，并且應(yīng)對潤滑劑進行嚴格過濾，因此，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造和使用成本較高。,3、流體動、靜壓潤滑 流體動、靜壓潤滑是近代出現(xiàn)的較先進的潤滑方式，其原理是綜合利用動壓和靜壓潤滑的優(yōu)點，避免兩者的缺點。 它的工作原理是：當摩擦副起動、制動、正反轉(zhuǎn)、載荷變化等動壓潤滑條件不能滿足時，投入靜壓潤滑，以保證流體潤滑條件；而當摩擦副已進入穩(wěn)定運行并形成動壓潤滑膜時，就停止供給壓力潤滑劑（即停止靜壓潤滑）。這樣既避免了靜壓系統(tǒng)能量的消耗，同時也保證了起動、制動等情況下的流體潤滑條件，從而達到降低成本，延長機械壽命的目的。,4、邊界潤滑 在不能形成流體動壓潤滑膜和彈性流體動壓潤滑膜的條件下，潤滑劑在摩擦副對偶表面上形成與介質(zhì)性質(zhì)不同的薄膜（習(xí)慣稱為邊界膜），也可以降低摩擦和減少磨損，這種潤滑狀態(tài)常稱為邊界潤滑。 (1)吸附膜 潤滑油中常含有少量極性分子，如脂肪酸、醉、胺等。這些極性分子通常是含10個以上碳原子的長鏈有機化合物，其一端具有極性很強的極性基團。極性分子的極性基團，依靠范德華引力（或化學(xué)鍵）牢固地吸附在金屬表面上，而烴鏈則指向潤滑油內(nèi)部。當潤滑油中含有足夠濃度的極性分子時，極性分子相互平行密集排列并垂直吸附于金屬表面，相鄰分子烴鏈間的橫向內(nèi)聚力促使分子密集排列，在第一層分子之上還可吸引第二、第三等多層分子而形成多層分子吸附膜，吸附膜的厚度決定于極性基團的強弱，極性越強，能形成吸附分子的層數(shù)就越多，吸附膜抗壓強度就越高。,根據(jù)極性基團和表面的吸附機理，吸附可以分成物理吸附和化學(xué)吸附兩類。 物理吸附是依靠范德華引力而形成，這種吸附一般無選擇性，非極性分子也能形成。物理吸附結(jié)合微弱，其過程完全可逆。 化學(xué)吸附是金屬表面和吸附分子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的一種吸附。極性分子通過化學(xué)鍵與金屬表面形成牢固的吸附單分子層，與吸附分子結(jié)合的金屬離子并未脫離金屬晶格。形成化學(xué)吸附的一個要素是，金屬表面必須有一定的反應(yīng)活性（如鋅、鎘、銅等金屬很活潑，鐵和鋁屬適中，而鉻、鉑的表面活性較差）。減摩效果隨金屬表面活性的增大而增加?；瘜W(xué)吸附的吸附能包括化學(xué)鍵能，故具有較大的吸附熱，其吸附過程是不完全可逆的?；瘜W(xué)吸附膜比較穩(wěn)定，能承受較大的載荷和適應(yīng)較高的溫度。,應(yīng)注意，若邊界膜是吸附膜時，邊界潤滑效果與潤滑油量密切相關(guān)，如圖所示。 (1)當潤滑油量很少時，首先在整個表面上形成單分子層吸附膜而使表面自由能盡可能達到最低， (2)油量增加吸附膜厚度也均勻增加，吸附膜形狀如圖A所示；此后表面自由能的降低則依靠減少吸附膜的表面積， (3)油量繼續(xù)增加時，其油膜表面如圖B所示；當油量充足時，潤滑油將充滿粗糙峰谷而達到圖C所示狀態(tài)。 由此可知，潤滑油量在圖3中的A與C之間時，峰頂處的油膜厚度是維持不變的，而摩擦只發(fā)生在峰頂，所以當油量達到一定量后對摩擦因數(shù)的大小不再產(chǎn)生影響。此時，一旦峰頂油膜破壞，峰谷的油則依靠表面自由能減少的趨勢迅速補充峰頂而使峰頂油膜得到恢復(fù)。當油量只能達到圖中A或更少時，由于油膜很薄而難以流動補充破壞了的峰頂油膜，便會產(chǎn)生干摩擦。 。,油量分配,(2)反應(yīng)膜 反應(yīng)膜的形成與吸附膜不同，它是潤滑劑中某些分子與金屬表一面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，二者之間的價電子相互交換而形成的一種新化合物。 常見的反應(yīng)膜是氧化膜，事實上純凈金屬表面的摩擦是極稀少的。通常氧化膜具有減摩作用，但耐磨性較差，往往易引起氧化磨損。,為了改善潤滑性能，常在潤滑劑中加入含硫、磷、氯等元素的極壓抗磨添加劑，以便與金屬表面反應(yīng)生成反應(yīng)膜而達到減摩抗磨之目的。極性分子首先吸附在金屬表面上形成吸附膜，在高溫、高壓條件下，極性分子不僅吸附于金屬表面，而且還能分解出活性元素與金屬表面起化學(xué)反應(yīng)而生成一層金屬鹽膜。反應(yīng)膜的特點是，膜厚可以很大并且其形成是不可逆的，同時，膜具有較高的熔點和較低的抗剪強度，比吸附膜穩(wěn)定得多，適合于高速、重載、高溫等條件下工作。,第五節(jié)、潤滑油基本原理,潤滑的分類可視研究對象和內(nèi)容的不同而異。下面介紹幾種常見的分類方法。 1、根據(jù)潤滑劑分類 (1)氣體潤滑 以空氣、氫氣、氮氣和蒸汽等氣體作為潤滑劑的潤滑。 (2)液體潤滑 以潤滑油、乳化液和水等液體作為潤滑劑的潤滑。 (3)半固體潤滑 以潤滑脂等半固體材料作潤滑劑的潤滑。 (4)固體潤滑 以石墨和二硫化鉬等固體作潤滑劑的潤滑。 (5)油霧潤滑 利用壓縮空氣或蒸汽，將油液霧化后作為潤滑劑的潤滑。 2、根據(jù)供給潤滑劑的方法分類 (1)分散或單獨潤滑 各潤滑部位采用單獨裝置供油的潤滑。 (2)集中潤滑 各潤滑部位采用一個統(tǒng)一裝置供油的潤滑。 3、根據(jù)供油時間分類 (1)間歇潤滑 經(jīng)過一定時間間隔才對潤滑部位供油一次的潤滑。 (2)連續(xù)潤滑 在機械設(shè)備整個運轉(zhuǎn)過程中，連續(xù)不斷地對潤滑部位供油的潤滑（包預(yù)先調(diào)節(jié)好的短期性供油）。,4、根據(jù)供至潤滑部位的潤滑劑是否有壓力分類 (1)常壓潤滑 依靠油液自身重力或毛細管虹吸作用向潤滑部位供油的潤滑。 (2)壓力潤滑 依靠液壓泵將具有一定壓力的油液送至潤滑部位的潤滑。 5、根據(jù)供油系統(tǒng)分類 (1)流出潤滑系統(tǒng) 供應(yīng)到潤滑部位的油液只潤滑一次而不循環(huán)使用的系統(tǒng)。 (2)循環(huán)潤滑系統(tǒng) 供應(yīng)到潤滑部位的油液要多次循環(huán)使用的系統(tǒng)。 (3)混合潤滑系統(tǒng) 一臺機器同時具備上述兩類潤滑的系統(tǒng) 6、根據(jù)機械運轉(zhuǎn)和生產(chǎn)要求分類 (1)設(shè)備潤滑 對設(shè)備運動副的潤滑。 (2)工藝潤滑 生產(chǎn)工藝過程中所需要的潤滑。 7、根據(jù)潤滑狀態(tài)分類 (1)流體潤滑 兩接觸表面被一層連續(xù)不斷的流體潤滑膜完全隔開時的潤滑。 (2)邊界潤滑 兩接觸表面上有一層極薄的邊界膜（吸附膜或反應(yīng)膜的潤滑。 (3)半流體潤滑 兩接觸表面間同時存在邊界膜和流體潤滑膜的混合潤滑。 (4)半干潤滑 兩接觸表面上，大部分邊界膜遭到破壞時的邊界潤滑。,一、潤滑油主要理化指標 （1）粘度-主要因數(shù)(表征流體運動時內(nèi)阻力) （2）油性(吸附能力) （3）極壓性能(潤滑油的抗膠合性能) （4）抗氧安定性(常溫慢-5060度快-150度更快) （5）抗腐蝕性 （6）抗乳化性(水與表面活性物質(zhì)發(fā)生乳化,潤滑效果差,專用乳化液) （7）抗泡性(空氣與油形成的氣-液界面現(xiàn)象) （8）粘附性(油膜抗離心力及重力的能力) （9）凝固點，傾點(流動點,低溫性能） （10）閃點、燃點(高溫特性) （11）酸值(中和酸性物質(zhì)所需氫氧化甲克數(shù),有機酸及其他酸) （12）水份(潤滑油中含水量的質(zhì)量百分比) （13）苯胺點(油與笨胺相溶為液相溫度,測芳香烴含量,與密封相關(guān)),二、潤滑油的基礎(chǔ)油 (潤滑油=基礎(chǔ)油+添加劑) 1、礦物潤滑油的原料制備（碳氫化合物烴；硫、氮、氧化合物） 根據(jù)烴類分子結(jié)構(gòu)有：烷烴、環(huán)烴、芳香烴、不飽和烴。且沸點不同，蒸餾溫度 不同 其組成不同 35-200-汽油 175-300-煤油 200-350-柴油 350-重油 重油是潤滑油原料-高沸點重質(zhì)烴類混合物(高溫下（500）重油分解為其他產(chǎn)品 需采取減壓蒸餾，然后精制和調(diào)制) 三種潤滑油: （1）餾分潤滑油:抽真空減壓,蒸餾,不同沸點,不同餾分,粘度小,比重輕。 （2）殘渣潤滑油：將減壓殘渣精練而成，粘度大。 （3）調(diào)和潤滑油：餾分潤滑油與殘渣潤滑油精練，不同比例調(diào)和而成,2、礦物潤滑油的精制 （1）酸堿精制法：濃硫酸與有害物質(zhì)作用去除酸渣，后用堿溶液洗滌去除 環(huán)烷酸、硫化物、硫酸等。 （2）溶劑精制：含酚、糖醛的溶劑具有對非理想組分溶解度大，對理想組 分溶解度小的性質(zhì)。從而分離非理想組分。 （3）丙烷脫瀝青：高黏度油含膠質(zhì)及瀝青，利用液態(tài)丙烷析出。 （4）脫臘：去除正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴（蠟），改善低溫性能。 （5）白土補充精制：利用白土吸附少量的膠質(zhì)、環(huán)烷酸鹽、酸渣、磺酸等， 改善油品。 （6）加氫精制（一頂二,可代替溶劑與白土精制）：油在催化作用下與氫反應(yīng) 生成H2S、NH3 、H2O等氣體去除硫、氮、氧等,3、潤滑油的生產(chǎn)流程,（1）原油加工前的預(yù)處理,原油中含有石油氣、水、鹽類和泥沙等雜質(zhì)，先通過油氣分離器，將石油氣分離出去。再進入沉降池中除去泥沙及部分水和鹽類。最后，在15 kV25 kV的高壓電場下脫鹽、脫水。,（2）將預(yù)處理后的原油在 初餾塔中加熱到220 250 ，從塔頂蒸出輕汽油和殘留的水分。,減壓蒸餾：使常壓渣油在8kPa左右的絕對壓力下蒸餾出重質(zhì)餾分油作為潤滑油料、裂化原料或裂解原料，塔底殘余為減壓渣油。,通常包括三個工序：原油預(yù)處理：即脫除原油中的水和鹽。常壓蒸餾：在接近常壓下蒸餾出汽油、煤油(或噴氣燃料)、柴油等的直餾餾分，塔底殘余為常壓渣油(即重油)。,氣提塔的原理，通過塔盤上氣液兩相的接觸實現(xiàn)傳質(zhì)傳熱，使不同揮發(fā)度的組分分離,初餾塔,常壓塔,換熱,減壓爐,回流,原油,常壓爐,減壓塔,餾份潤滑油原料,工藝過程 包括原油預(yù)處理、常壓蒸餾和減壓蒸餾三部分。 原油預(yù)處理 應(yīng)用電化學(xué)分離或加熱沉降方法脫除原油所含水、鹽和固體雜質(zhì)的過程。主要目的是防止鹽類（鈉、鈣、鎂的氯化物）離解產(chǎn)生氯化氫而腐蝕設(shè)備和鹽垢在管式爐爐管內(nèi)沉積。采用電化學(xué)分離時,在原油中要加入幾到幾十ppm 破乳劑（離子型破乳劑或非離子型聚醚類破乳劑）和軟化水，然后通過高壓電場(電場強度1.21.5kV/cm),使含鹽的水滴聚集沉降，從而除去原油中的鹽、水和其他雜質(zhì)。 常壓蒸餾 預(yù)處理后的原油經(jīng)加熱后送入常壓蒸餾裝置的初餾塔,蒸餾出大部分輕汽油。初餾塔底原油經(jīng)加熱至360370C，進入常壓蒸餾塔（塔板數(shù)3648），該塔的塔頂產(chǎn)物為汽油餾分（又稱石腦油），與初餾塔頂?shù)妮p汽油一起可作為催化重整原料，或作為石油化工原料，或作為汽油調(diào)合組分。常壓塔側(cè)線出料進入汽提塔，用水蒸氣或再沸器加熱,蒸發(fā)出輕組分，以控制輕組分含量(用產(chǎn)品閃點表示)。通常,側(cè)一線為噴氣燃料（即航空煤油）或煤油餾分，側(cè)二線為輕柴油餾分，側(cè)三線為重柴油或變壓器油餾分（屬潤滑油餾分），塔底產(chǎn)物即常壓渣油(即重油)。 減壓蒸餾 也稱真空蒸餾。原油中重餾分沸點約370535C,在常壓下要蒸餾出這些餾分,需要加熱到420C 以上,而在此溫度下,重餾分會發(fā)生一定程度的裂化。因此,通常在常壓蒸餾后再進行減壓蒸餾。在約28kPa 的絕對壓力下，使在不發(fā)生明顯裂化反應(yīng)的溫度下蒸餾出重組分。常壓渣油經(jīng)減壓加熱爐加熱到約380400C 送入減壓蒸餾塔。減壓蒸餾可分為潤滑油型和燃料油型兩類。前者各餾分的分離精確度要求較高，塔板數(shù)2426；后者要求不高，塔板數(shù)1517。,三、合成潤滑油,石油基潤滑油存在問題：高低溫性能，化學(xué)穩(wěn)定性，抗燃性。石油精練技術(shù)，添加劑技術(shù)，化學(xué)方法合成技術(shù)得到發(fā)展。 1、特點 （1）粘溫特性好 （2）低溫性能好 （3）耐高溫性能好 （4）化學(xué)安定性好 2、合成潤滑油的分類 （1）酯類合成油:多烴基酯、多元醇酯、硅酸酯； （2）烴類合成油：環(huán)烷烴、聚烯烴、烷基笨； （3）聚合物類：聚笨醚、氟氯碳聚合物、聚乙二醇、硅酸油等 3、合成潤滑油的應(yīng)用 （1）汽車發(fā)動機 （2）航空潤滑油 （3）一般工業(yè)潤滑（液壓油、壓縮機油、）,四、添加劑作用機理 加入潤滑劑中的一種或幾種化合物，以使?jié)櫥瑒┑玫侥撤N新的特性或改善潤滑劑中已有的一些特性。功能主要有抗氧化劑、抗磨劑、摩擦改善劑(又名油性劑)、極壓添加劑、清凈劑、分散劑、泡沫抑制劑、防腐防銹劑、流點改善劑、粘度指數(shù)增進劑等類型。 (1)石墨、二硫化鉬類固體懸浮型 主要起減摩抗磨作用，但只能應(yīng)用于固體潤滑和低速大負荷設(shè)備，在潤滑油中的狀態(tài)不穩(wěn)定，在一定的時間及溫度條件下會發(fā)生析出現(xiàn)象。 (2) 含銅、鉛等重金屬微粒的鍍膜類 能在摩擦表面形成一層金屬膜，起抗磨及抗極壓作用，必須使用濾芯孔徑略大的機油濾清器，長時間使用它會在表面形成膜狀物，造成兩者粘結(jié)。 (3)磁性油精類 是一種表面金屬磁化劑，主要起減摩、抗磨作用。該類產(chǎn)品有效作用時間太短，需不斷添加，費用較高。 (4)含氯型“氯”是一種良好的極壓劑，但不適合高溫高速的工作環(huán)境，而且會在適宜條件下產(chǎn)生酸，氯添加劑可能會與潤滑油中已有添加劑發(fā)生匹配問題，引起其他副作用。 (5)無鉛、無氟、無氯的化學(xué)成膜劑類能同時表現(xiàn)出抗極壓性、抗氧化性及一定的抗磨性。由于它在金屬表面形成的化學(xué)反應(yīng)膜作用持久，因而能有效延長潤滑油和金屬機件壽命。,潤滑油的添加劑 （1） 清凈分散劑：吸附氧化產(chǎn)物，將其分散在油中。由浮游性組分抗氧化、抗腐蝕、組合、合成 （2） 抗氧抗腐劑：提高油品氧化安全性防止金屬氧化、催化陳舊延緩油品氧化速度隔絕酸性物與金屬接觸生成保護膜具有抗磨性 （3） 抗磨劑：在磨擦面的高溫部分能與金屬反應(yīng)生成融點低， （4） 油性劑：帶有極性分子的活性物質(zhì)，能在金屬表面形成牢固的吸附膜，可以防止金屬磨擦面的直接接觸。 （5） 增粘劑：又稱增稠劑，主要是高分子化合物，增粘劑不僅可以增加油品的粘度，并可改善油品的粘溫性能。 （6） 防銹劑：是一些極性化合物，對金屬有很強的吸附力，能在金屬和油的界面上形成緊密的吸附膜以隔絕水分、潮氣和酸性物質(zhì)的侵蝕；防銹劑還能阻止氧化、防止酸性氧化物的生成，從而起到防銹的作用。 （7） 抗泡劑：使氣泡能迅速地溢出油面，失去穩(wěn)定性并易于破裂，從而縮短了氣泡存在的時間。,潤滑油的清凈分散性添加劑對潤滑油重要意義 其一是指潤滑油能將其氧化后生成的膠狀物、積炭等不溶物或懸浮在油中，形成穩(wěn)定 的膠體狀態(tài)而不易沉積在部件上； 其二是指將已沉積在發(fā)動機部件上的膠狀物、積炭 等，通過潤滑油洗滌作用洗滌下來。 清凈分散劑是一種具有表面活性的物質(zhì)，它 能吸附油中的固體顆粒污染物，并使污染物懸浮于油的表面，以確保參加潤滑循環(huán)的 油是清凈的，以減少高溫與漆膜的形成。分散劑則能將低溫油泥分散于油中，以便在 潤滑油循環(huán)中將其濾掉。清凈分散添加劑是它們的總稱，它同時還具有洗滌清凈分散添加劑是它們的總稱，它同時還具有洗滌、抗氧化 及防腐等功能。因此，也稱其為多效添加劑。從一定意義上說，潤滑油質(zhì)量的高低， 主要區(qū)別在抵抗高、低溫沉積物和漆膜形成的性能上，也可以說表現(xiàn)在潤滑油內(nèi)清凈 分散劑的性能及加入量上，可見清凈分散劑對潤滑油質(zhì)量具有重要影響。,添加劑,作用 （1）補充性能 （2）提高性能 （3）增加新的性能,分類 （1）保護金屬表面 （2）改善潤滑性能 （3）保護潤滑油,添加劑,3、保護潤滑油的添加劑 （1）抗氧劑 （2）抗泡劑,1、保護金屬表面的添加劑 （1）油性添加劑 （2）極壓添加劑 （3）合理使用添加劑,2、改善潤滑油性能的添加劑 （1）粘溫特性 （2）降凝劑 （3）乳化劑,五、主要潤滑油種類、性能及其應(yīng)用 1、機械油 2、汽輪機油 3、齒輪油 （1）汽車齒輪油 （2）工業(yè)齒輪油 （3）蝸論蝸桿油 （4）開式齒輪油 4、液壓油 5、內(nèi)燃機潤滑油 6、壓縮機油 7、汽缸油 8、變壓器油 9、冷凍機油,六、 潤滑脂,潤滑脂是基礎(chǔ)油中（石油基礎(chǔ)油或合成基礎(chǔ)油）用稠化劑增稠，加入添加劑。 潤滑脂應(yīng)用廣泛，特別滾動軸承，滑動軸承使用較多。 （一）、潤滑脂組成 組成潤滑脂的基本組分是基礎(chǔ)油、稠化劑、添加劑和穩(wěn)定劑。 1、基礎(chǔ)油 （1）礦物油 （2）合成油 2、稠化劑：加入10%-20%固體組分，在潤滑劑中起分散作用和形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。 3、添加劑：改善性能 4、穩(wěn)定劑：極性較強的化合物物質(zhì)使稠化劑與基礎(chǔ)油結(jié)合穩(wěn)定不易產(chǎn)生分油。,鈣基,抗水性好、耐熱性差、價廉,鈉基,抗水性差、耐熱性好、防腐性較好,鋰基,抗水性和耐熱性好,鋁基,抗水性好、有防銹作用、耐熱性差,主要指標,針入性：表征潤滑脂稀稠,潤滑脂越稠,滴點：潤滑脂受熱后開始滴落的溫度，表征耐高溫的能力,潤滑脂工作溫度一般應(yīng)低于滴點20 30 C,（二）、潤滑脂類型,（三）、潤滑脂性質(zhì) 1、外觀 2、潤滑脂主要質(zhì)量指標 （1）針入度 （2）滴點 （3）膠體安定性 （4）機械雜質(zhì) （5）灰分 （6）水分 （四）、潤滑脂潤滑機理 1、潤滑脂基礎(chǔ)油的分油潤滑 2、基礎(chǔ)油與稠化劑同時潤滑,七、固體潤滑劑 固體潤滑劑指以分隔摩擦副對偶表面的一層低剪切阻力的固體材料。 優(yōu)點： （1）潤滑油脂的使用溫度范圍一般為-60+350, 能充分發(fā)揮其效能； （2）潤滑油脂的承載能力也遠遠不如固體潤滑劑； （3）在高真空、強輻射、活性或惰性氣體環(huán)境中以及水或海水等流體中，潤滑油脂容易失效，固體潤滑劑； （4）固體潤滑劑在貯存，運輸和使過程中，對環(huán)境污染少得多； (5)固體潤滑劑還適合于要求無毒、無臭、不影響制品色澤的食品和紡織等行業(yè)； (6)固體潤滑劑的時效變化小，保管較為方便。 缺點: (1)摩擦因數(shù)比潤滑油脂的大；摩擦熱量不易帶散；容易產(chǎn)生碎屑、振動和噪聲等。 常用的固體潤滑劑有： (1)層狀固體材料（如石墨、二硫化鉬、氮化硼等）、 (2)無機化合物（如氟化鋰、氟化鈣、氧化鉛、硫化鉛等）、 (3)軟金屬（如鉛、銦、錫、金、銀、鎘等）、 (4)高分子聚合物（如尼龍、聚四氟乙烯、聚酰亞胺等）和復(fù)合材料。,一、層狀固體材料 層狀固體具有層片狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)，同一層內(nèi)的原子間結(jié)合力較強，而層與層之間原子間的結(jié)合力較弱。 1.石墨 石墨為層片狀碳，層與層之間容易滑動。在大氣條件下，石墨對石墨或石墨對鋼的摩擦因數(shù)大約為0.10.15，具有明顯的減摩效果；而在真空中，石墨間的摩擦因數(shù)則上升為0.50.8。在摩擦過程中，經(jīng)過除氣處理的石墨一旦導(dǎo)入空氣、氧氣、水蒸氣或苯、乙醇、丙酮、庚烷蒸汽等，則摩擦因數(shù)將很快降低，而當導(dǎo)入氮或二氧化碳等氣體，卻并先降低摩擦的效果。,2、二硫化鉬 二硫化鉬粉劑是由天然輝鉬精礦經(jīng)化學(xué)提純制成。其分散性高、純度高、吸附性強、色黑稍帶銀灰色、有金屬光澤、觸之有滑膩感、不溶于水。是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的材料。在大氣中，MoS2與鋼表面的摩擦因數(shù)只有0.1左右，即使在真空中也只有0.2。MoS2在干燥氮氣中的潤滑性能很好，MoS2在420430內(nèi)就會快速氧化，當溫度超過800時，MoS2 可能分解，而金屬鉬的摩擦因數(shù)相當大，因此潤滑性能就大大下降。,二硫化鉬的常見使用方法有下列幾種。 (1)干膜 將MoS2置于摩擦副對偶表面間，靠摩擦副對偶表面間的機械作用而形成一層附結(jié)于摩擦表面的薄膜。制備干膜以前，應(yīng)先將摩擦表面凈化，擦除油污、銹斑并清除塵埃，只有這樣才能在摩擦表面上形成一層粘結(jié)強度高的MoS2 表面膜。對于不易導(dǎo)入MoS2粉劑的摩擦副，可將MoS2粉混入有揮發(fā)性的流體中，將其噴涂在摩擦表面上，待流體揮發(fā)后即形成表面膜。但這樣制備的表面膜，不僅粘結(jié)強度低，而且不像經(jīng)機械作用所形成的表面膜那樣按最優(yōu)取向排列。 (2)涂敷膜 將MoS2 粉加入樹脂或其它粘合劑形成懸浮膠體，然后噴涂、侵入或簡單地刷涂到表面上。事先對表面進行仔細清洗和預(yù)處理，這有利于耐磨壽命的增加。 (3)復(fù)合材料 將MoS2粉加入金屬基或塑料基的復(fù)合材料中，可以直接用來制造零件，也可用來覆蓋在金屬表面上，其中所含的MoS2（或其它低剪切強度材料）組分起潤滑作用。 (4)潤滑油或脂的添加劑 可將MoS2粉以較低的濃度(1）作為齒輪油和發(fā)動機油的添加劑，也可以較高的濃度作切削液的添加劑。但主要是以0.518的濃度用作潤滑脂的添加劑，最常用于鋰基脂。當由于熱或機械作用而使油或脂的潤滑能力衰減時，MoS2就起著保護摩擦表面的作用。當用于在接近潤滑脂滴點溫度下工作的滑動軸承中時，MoS2的濃度以6-8為最佳。,3、與二硫化鉬相類似的材料 硫族元素，除硫外，尚有硒(Se),碲(Te )等。它們與難熔金屬如鎢(W),釩(V),鉭(Ta )和鈮(Nb)等形成二硫族化合物，如WS2, WSe2, NbSe2, TaS2等，其結(jié)構(gòu)均為六方晶體。在真空、輻射以及高溫下，這些化合物的性能均優(yōu)于石墨、MoS2。這一特點可能因鈮、鉭、鎢的原子直徑大于鉬原子，削弱了解理面間的范德華力，因而使這些化合物的剪切阻力降低。 4、氮化硼 氮化硼（BN）也是一種具有層狀結(jié)構(gòu)的材料，它與傳統(tǒng)的固體潤滑劑相比，石墨的解理面上全是碳原子，MoS2的解理面上全是硫原子，而氮化硼的解理面上既有氮原子又有硼原子。當它在大氣中常溫條件下與金屬表面接觸而相對運動時，摩擦因數(shù)約為0.20.4，比石墨大，但隨著溫度的升高而減小。BN的摩擦性能不受水蒸氣影響，但在有氣體（如庚烷）中，摩擦因數(shù)小于0.2。在大氣條件下，BN在溫度高達900時仍有較小的摩擦因數(shù)和良好的化學(xué)穩(wěn)定性。將BN加入潤滑油中，可以作為高溫潤滑劑使用。,二、氧化物、鹵化物及其它化合物 1.氧化物 眾所周知，鋼鐵表面的氧化膜具有保護表面的作用。當金屬表面直接接觸并發(fā)生粘著時，摩擦磨損就增加，一旦表面存在氧化物則摩擦磨損就可減小。氧化鉻(Cr2O3 ),氧化鈦(TiO2 )、氧化鋯(ZrO2)的熔點約在16003000之間，均有可用作高溫工