１７.１潤滑１７.１.１潤滑的概念及作用１.潤滑概念機械中的可動零部件，在壓力下接觸而做相對運動時，其接觸表面間就會產(chǎn)生摩擦，造成能量損耗和機械磨損，影響機械運動精度和使用壽命。因此，在機械設(shè)計中，考慮降低摩擦，減輕磨損，是非常重要的問題，其措施之一就是采用潤滑。潤滑是在相互接觸、相對運動的兩固體摩擦表面間，引入潤滑劑（流體或固體等物質(zhì)），將摩擦表面分開。下一頁返回１７.１潤滑潤滑劑能夠牢固地吸附在機器零件的摩擦面上，形成一定厚度的潤滑膜，它與摩擦表面的結(jié)合力很強，但其本身分子間的摩擦系數(shù)很小。當(dāng)摩擦副被潤滑膜隔開時，它們在做相對運動時就不會直接接觸，使兩摩擦副之間的摩擦轉(zhuǎn)變成潤滑劑的本身間摩擦，摩擦系數(shù)大大減少，達到減小摩擦、磨損的目的。２.潤滑的作用（１）減少摩擦，減輕磨損。（２）降溫冷卻。（３）防止腐蝕。（４）沖洗、密封作用。上一頁下一頁返回１７.１潤滑（５）緩沖減振作用。１７.１.２常用潤滑劑及其性能指標(biāo)合理選擇和使用潤滑劑，是保證機器正常運行的重要技術(shù)措施。在相對運動的摩擦面間加入潤滑劑不僅可以降低摩擦，減少磨損，提高效率，延長機件的壽命，同時還能起到冷卻、傳力、絕緣、防腐、密封和排污等作用。機械中所用的潤滑劑有氣體、液體、半固體和固體物質(zhì)。常用的潤滑劑有液體的潤滑油和半固體的潤滑脂。１.潤滑油潤滑油主要有礦物油（石油制品）、動物油、植物油和合成油。上一頁下一頁返回１７.１潤滑礦物油主要是石油產(chǎn)，因其來源充足，成本低廉，適用范圍廣，且穩(wěn)定性好，故應(yīng)用最多。無論是哪類潤滑，若從潤滑觀點考慮，主要是從以下幾個理化性能指標(biāo)評判它們的優(yōu)劣。（１）黏度。黏度是表示潤滑油黏性的指標(biāo)，即流體抵抗變形的能力，它表征油層間內(nèi)摩擦阻力的大小。黏度大的內(nèi)部阻力大，承載后不易被擠出，有利于油膜的保持，但內(nèi)部摩擦損耗也大。黏度分動力黏度和運動黏度。潤滑油采用運動黏度，單位是ｍｍ２／ｓ。油的黏度會隨溫度高低而變化，用黏度指數(shù)（ＶＩ）表示黏度隨溫度變化的幅度。上一頁下一頁返回１７.１潤滑ＶＩ值越大，黏度越穩(wěn)定。通常潤滑油的黏度是指一定溫度（４０℃）、一定黏度指數(shù)（ＶＩ＝９５）條件下的黏度。潤滑油按用途劃分油的品種，按黏度值列牌號，并制定標(biāo)準，如全損耗系統(tǒng)用油（原名機械油）在４０℃測定的運動黏度值為２８.８～３５.２ｍｍ２／ｓ，中心值為３２ｍｍ２／ｓ，其黏度牌號為３２，標(biāo)記為：全損耗系統(tǒng)用油Ｌ—ＡＮ３２ＧＢ４４３—１９８９。常用潤滑油的牌號、主要性能和用途見表１７－１.（２）油性。油性是指潤滑油在金屬表面上的吸附能力。油性好的潤滑油其油膜吸附力大且不易破。上一頁下一頁返回１７.１潤滑（３）極壓性能。極壓性能是指潤滑油中的活性分子與金屬表面形成化學(xué)反應(yīng)膜的能力。極壓性強，油膜化學(xué)穩(wěn)定性好。極壓性對低速重載的運動副特別重要。另外，油的凝點是限制低溫的依據(jù)，閃點為限制高溫、防火的依據(jù)，酸值為防腐蝕金屬表面的依據(jù)。２.潤滑脂與潤滑油相比，潤滑脂流動性差，內(nèi)部阻力大，性能也不穩(wěn)定，只適用于非液體潤滑、重載、低速的場合；但潤滑脂的使用周期長、污染輕，特別適合加油不便的場合。潤滑脂的性能指標(biāo)有以下幾個方面。上一頁下一頁返回１７.１潤滑（１）錐入度。錐入度表征潤滑脂內(nèi)阻力的大小和流動性的強弱。它是指一個質(zhì)量為１５０ｇ的標(biāo)準錐體，于２５℃恒溫下，由潤滑脂表面經(jīng)５ｓ后刺入的深度（以０.１ｍｍ計）。錐入度越小，表示流動性越差，內(nèi)部阻礙力越大。重載、低速的場合選用錐入度小的潤滑脂。（２）滴點。在規(guī)定的加熱條件下，潤滑脂從標(biāo)準測量杯的孔口滴下第一滴時的溫度叫潤滑脂的滴點。它標(biāo)志著潤滑脂耐高溫的能力。一般使用溫度應(yīng)低于滴點２０℃～３０℃，甚至４０℃～５０℃。（３）氧化安定性。上一頁下一頁返回１７.１潤滑氧化安定性是指潤滑脂抵抗空氣氧化的能力。氧化安定性差的潤滑脂在儲存過程中，易與空氣中的氧接觸而生成各種有機酸，對金屬表面起腐蝕作用，同時失去潤滑作用。潤滑脂是由潤滑油與稠化劑合成的膏狀混合物。稠化劑有鈉、鈣、鋰、鋁等金屬皂基。根據(jù)調(diào)制潤滑脂所用皂基的不同，潤滑脂主要有以下幾類。①鈣基潤滑脂。用途最廣，呈黃色，具有良好的抗水性，但耐熱能力差。②鈉基潤滑脂。呈褐色或黑色，具有較高的耐熱性，工作溫度可達１２０℃，但抗水性差。上一頁下一頁返回１７.１潤滑由于它能與少量水乳化，從而保護金屬免遭腐蝕，比鈣基潤滑脂有更好的防銹能力。③鋰基潤滑脂。呈白色，既能抗水、耐高溫（工作溫度不宜高于１４５℃），而且有較好的機械安定性，是一種多用途的潤滑脂。④鋁基潤滑脂。具有良好的抗水性，對金屬表面有高的吸附能力，故可起到很好的防銹作用。３.固體潤滑劑固體潤滑劑呈粉末狀。其材料有無機化合物、有機化合物、金屬以及金屬化合物，其中以石墨和二硫化鉬應(yīng)用最廣。上一頁下一頁返回１７.１潤滑１７.１.３潤滑劑的選用潤滑油與潤滑脂的品種牌號很多，要合理選擇必須要考慮很多因素，如摩擦副的類型、規(guī)格、工況條件、環(huán)境及潤滑方式與條件等，不同情況有不同選擇方法。潤滑油的選用原則是：載荷大或變載、沖擊載荷、加工粗糙或未經(jīng)跑合的表面選黏度較高的潤滑油；轉(zhuǎn)速高時，為減少潤滑油內(nèi)部的摩擦功耗，或采用循環(huán)潤滑芯捻潤滑等場合，宜選用黏度低的潤滑油；工作溫度高時，宜選用黏度高的潤滑油。其在選用時可參照表１７－１。１７.１.４常用機械零部件的潤滑潤滑方法有分散潤滑和集中潤滑兩大類。上一頁下一頁返回１７.１潤滑分散潤滑是各個潤滑點用獨立的分散的潤滑裝置來潤滑，這種潤滑可以是連續(xù)的或間斷的，有壓的或無壓的；集中潤滑則是一臺機器或一個車間的許多潤滑點由一個潤滑系統(tǒng)來同時潤滑。選擇潤滑方法主要考慮機器零部件的工作狀況、采用的潤滑劑及供油量要求。低速、輕載或不連續(xù)運轉(zhuǎn)的機械需要油量少，一般采用簡單的手工定期加油、加脂、滴油或油繩、油墊潤滑。中速、中載較重要的機械，要求連續(xù)供油并起一定的冷卻作用，常用油?。ń停⒂铜h(huán)、濺油潤滑或壓力供油潤滑。高速、輕載齒輪及軸承發(fā)熱大，用噴霧潤滑效果較好。高速、重載、供油量要求大的重要部件應(yīng)采用循環(huán)壓力供油潤滑。上一頁下一頁返回１７.１潤滑當(dāng)機械設(shè)備中有大量潤滑點或建立車間自動化潤滑系統(tǒng)時可使用集中潤滑裝置。１.齒輪傳動潤滑（１）閉式齒輪潤滑。對于閉式齒輪傳動，一般根據(jù)齒輪圓周速度大小確定潤滑方式，分為浸油潤滑和噴油潤滑如圖１７－１所示。當(dāng)齒輪的圓周速度υ＜１２ｍ／ｓ時，通常將大齒輪浸入油池中進行潤滑，如圖１７－１（ａ）所示。浸入油中深度約為一個齒高，但不應(yīng)小于１０ｍｍ，浸入過深會增大齒輪運動阻力并使油溫升高。上一頁下一頁返回１７.１潤滑在多級齒輪傳動中，可采用帶油輪將油帶到未浸入油池內(nèi)的齒輪齒面上，并且丟到齒輪箱壁上的油，能散熱使油溫下降。當(dāng)齒輪圓周速度υ＞１２ｍ／ｓ時，由于圓周速度大，齒輪攪油劇烈，且離心力大，會使黏附在齒面上的油被丟掉，不宜采用浸油潤滑，可采用噴油潤滑［如圖１７－１（ｂ）所示］，即用油泵將具有一定壓力的油經(jīng)噴油嘴噴到嚙合齒面上。對于開式齒輪傳動的潤滑，由于速度較低，通常采用人工定期加油潤滑。（２）開式、半開式齒輪潤滑。開式齒輪傳動一般速度較低、載荷較大、接觸灰塵和水分，工作條件差且油易流失。上一頁下一頁返回１７.１潤滑為維持潤滑油膜，應(yīng)采用黏度很高、防銹性好的開式齒輪油。速度不高的開式齒輪也可采用脂潤滑。開式齒輪傳動的潤滑可用手工、滴油、油池浸油等方式供油。齒輪傳動用的潤滑油，首先根據(jù)齒輪材料和圓周速度查表，如表１７－２所示，確定運動黏度值，再根據(jù)運動黏度值確定潤滑油的牌號。２.蝸桿傳動的潤滑蝸桿傳動的潤滑不僅能避免輪齒的膠合、減少磨損，而且能有效地提高傳動效率。上一頁下一頁返回１７.１潤滑閉式蝸桿傳動的潤滑黏度和給油方式，一般根據(jù)相對滑動速度、載荷類型等參考表１７－３選擇，壓力噴油潤滑還是改善蝸桿傳動散熱條件的方法之一，保證蝸桿傳動的工作溫度不超過許可溫度。為提高蝸桿傳動抗黏合性能，以選用黏度較高的潤滑油。對于青銅蝸輪，不允許采用抗膠合能力強的活性潤滑油，以免腐蝕青銅齒面。３.滾動軸承的潤滑滾動軸承可采用油潤滑或脂潤滑。潤滑方法可按軸承類型與ｄｎ值由表１７－４中選取。在ｄｎ值較小時，可采用潤滑脂潤滑。上一頁下一頁返回１７.１潤滑優(yōu)點是潤滑脂不易流失，便于密封和維護，一次填充可運轉(zhuǎn)較長時間。裝填潤滑脂時一般不超過軸承內(nèi)空隙的１／３～１／２，以免因潤滑脂過多引起軸承發(fā)熱，影響軸承的正常工作。在ｄｎ值較大時可采用潤滑油潤滑。潤滑油潤滑不僅摩擦阻力小，還可起到散熱、冷卻作用。一般采用浸油或飛濺潤滑方式，浸油潤滑時，油面不應(yīng)高于最下方滾動體中心，以免因攪油能量損失較大，使軸承過熱。高速軸承可采用噴油或噴霧潤滑。上一頁返回１７.２密封１７.２.１密封的作用機械裝置密封的主要作用是：阻止液體、氣體工作介質(zhì)以及潤滑劑泄漏；防止灰塵、水分及其他雜質(zhì)進入潤滑部位。１７.２.２密封的種類密封分兩大類，靜密封和動密封。靜密封指相對靜止的結(jié)合面間的密封；動密封指相對運動的結(jié)合面間的密封。動密封按其形式與結(jié)構(gòu)又分接觸式密封和非接觸式密封。接觸式密封指兩密封結(jié)合面間相互接觸，并做相對運動（或填料與結(jié)合面間做相對運動）。非接觸式密封指兩密封結(jié)合面間有一定間隙，并做相對運動。如圖１７－２列出各種密封的類別。下一頁返回１７.２密封１７.２.３常見的密封裝置及密封方法在機械結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣泛密封型式有：法蘭連接、壓緊式填料密封、Ｏ形密封圈、唇形密封圈、油封、毛氈密封、漲圈密封等。這些密封形式的工作原理、使用范圍、密封效果及品種、規(guī)格、型號等，均可查看在關(guān)的機械零件手冊。下面將介紹幾種常見的密封裝置。１.毛氈圈密封毛氈圈密封如圖１７－３（ａ）所示，在軸承端蓋上的梯形斷面槽內(nèi)裝入毛氈圈，使其與軸在接觸處徑向壓緊達到密封。密封處軸頸的速度υ＜４～５ｍ／ｓ。２.密封圈密封上一頁下一頁返回１７.２密封密封圈密封如圖１７－３（ｂ）所示，密封圈由耐油橡膠式皮革制成。安裝時密封唇應(yīng)朝向密封的部位，密封效果比毛氈圈好，密封處軸頸的速度υ＜５～６ｍ／ｓ。接觸式密封要求軸頸接觸部分表面粗糙度Ｒａ＜１.６～０.８μｍ。３.油溝密封油溝密封屬于非接觸式密封，如圖１７－４所示，在油溝內(nèi)填充潤滑脂，端蓋與軸頸的間隙為０.１～０.３ｍｍ，油溝密封結(jié)構(gòu)簡單，適用于軸頸轉(zhuǎn)速υ＜５～６ｍ／ｓ。４.迷宮密封上一頁下一頁返回１７.２密封迷宮密封的結(jié)構(gòu)是在泄漏的通道上，依次排列環(huán)形密封齒，在齒與轉(zhuǎn)子間形成了一系列節(jié)流間隙與膨脹空腔，隙縫寬度為０.２～０.５ｍｍ，產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，從而起到密封作用，如圖１７－５（ａ）所示。在壓力差的作用下，工作介質(zhì)氣流經(jīng)間隙ｈ，高速進入環(huán)形腔室，突然膨脹而產(chǎn)生強烈的漩渦，使氣流的絕大部分動能轉(zhuǎn)化為熱能，被腔室中的氣流所吸收。而只有一小部分動能仍以余速進入下一個間隙，一級一級地重復(fù)上述過程，產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，來增加泄漏流動中的阻力，使造成泄漏的壓差急驟地損失，因而起到密封作用。迷宮密封有很多優(yōu)點。由于它是非接觸式密封，對一般密封所不能勝任的高溫、高壓、高速和大尺寸密封部位特別有效。上一頁下一頁返回１７.２密封它具有不需潤滑，允許熱膨脹，功率消耗低，使用壽命長，維修簡單等優(yōu)點。但也存在一定缺點，泄漏量大，加工精度高，裝配比較困難等，因而限制其應(yīng)用范圍。迷宮密封按其齒片與結(jié)構(gòu)形式不同，可分為凹凸形間隙迷宮［圖１７－５（ｂ）、（ｃ）］、直通形迷宮、參差形迷宮、復(fù)合直通形迷宮、階梯形迷宮等。上一頁返回１７.３密封材料常用密封材料有４大類，分別如下。１.纖維這類材料具有低的彈性模量，在較低的密封力作用下，即能獲得一定的彈性變形，對泄漏間隙產(chǎn)生較強的密封作用。這類材料適用于制成各種形式的填片、軟填料、成型填料等，如與金屬配制將會大大提高其抗壓抗磨能力。植物纖維———軟木、麻、紙、棉。動物纖維———毛、皮革、氈。礦物纖維———石棉。下一頁返回１７.３密封材料人造纖維———有機合成纖維、玻璃纖維、石墨纖維、碳石墨纖維、陶瓷纖維。２.高分子材料高分子材料是以橡膠與樹脂為主要材料，它具有較高彈性，其耐磨性能一般高于纖維材料，變形量大，能耐較高壓力。但其耐溫性能較低，使用壽命不長，適用于制成各種形式的成型墊料、油封、填片及全密封件。按化學(xué)組成分為：樹脂型———熱塑性樹脂、熱固性樹脂。橡膠———天然橡膠、合成橡膠。塑料———尼龍、氟塑料、聚苯等合成制品。上一頁下一頁返回１７.３密封材料復(fù)合型———高分子與高分子組合，高分子與非高分子組合。３.無機材料無