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1、第2章机械设备的润滑,2.1 润滑原理及润滑材料 2.2 润滑的方法和装置 2.3 典型零部件的润滑 2.4 实验实训项目,2.1 润滑原理及润滑材料,2.1.1 润滑原理 摩擦副在全膜润滑状态下运行，这是一种理想的状况。但是，如何创造条件，采取措施来形成和满足全膜润滑状态则是比较复杂的工作。人们在长期生产实践中不断地对润滑原理进行了探索和研究，有的比较成熟，有的还正在研究。,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,1.流体动压润滑原理 (1)曲面接触。如图2-1所示为滑动轴承摩擦副建立流体动压润滑的过程。如图2-1(a)所示是轴承静止状态时轴承的接触状态。在轴的下部正中与轴承接触，轴的两侧
2、形成了楔形间隙。开始启动时，轴滚向一侧如图2-1(b)所示，具有一定黏度的润滑油钻附在轴颈表面，随着轴的转动被不断带入楔形间隙，油在楔形间隙中只能沿轴向溢出，但轴颈有一定长度，而油的黏度使其沿轴向的流动受到阻力而流动不畅，这样，油就聚积在楔形间隙的尖端互相挤压，从而使油的压力升高，随着轴的转速不断上升，楔形间隙尖端处的油压也愈升愈高，形成一个压力油楔逐渐把轴抬起，如图2-1(c)所示。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,但此时轴处于一种不稳定状态，轴心位置随着轴被抬起的过程而逐渐向轴承中心另一侧移动，当达到一定转速后轴就趋于稳定状态，如图2-1(d)所示。此时油楔作用于轴上的压
3、力总和与轴上负载(包括轴的自重)相平衡，轴与轴承的表面完全被一层油膜隔开，实现了液体润滑。这就是动压液体润滑的油楔效应。由于动压流体润滑的油膜是借助于轴的运动而建立的，一旦轴的速度降低(如启动和制动的过程中)油膜就不足以把轴和轴承隔开。而且，可以看出，如载荷过重或轴的转速低都有可能建立不起足够厚度的油膜，从而不能实现动压润滑。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,通过轴承副轴颈的旋转将润滑油带入摩擦表面，由于润滑油的钻性和油在轴承副中的楔形间隙形成的流体动力作用而产生油压，即形成承载油膜，称为流体动压润滑。 动压流体润滑轴承径向及轴向的油膜压力分布如图2-2(a), (b)所示,
4、上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,如图2-2(a)所示，在楔形间隙出口处油膜厚度最小。根据雷诺方程经一定简化导出流体动压润滑径向轴承的最小油膜厚度公式: (2-1),上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,式中，润滑油的运动黏度(PaS) n轴的转速(r/min) ; d轴的名义直径(m); q轴承在与载荷垂直的投影面积上的单位载荷(Pa) ; s轴承的顶间隙(m) ; c考虑轴颈长度对漏油的影响系数， l轴颈的有效长度(m)。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,实现动压润滑的条件是动压油膜必须将两摩擦表面可靠地隔开: (2-2) 式中 轴颈与轴承表面
5、的最大粗糙度(m)。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,流体动压润滑理论的假设条件是润滑剂的钻性(即润滑油的黏度)在一定的温度下，不随压力的变化而改变;其次是假定发生相对摩擦运动的表面是刚性的，即在受载及油膜压力作用下，不考虑其弹性变形。在上述假定条件下，对一般非重载(接触压力在15MPa)的滑动轴承，这种假设条件接近实际情况。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,但是，在滚动轴承和齿轮表面接触压力增大至4001500MPa时，上述假定条件就与实际情况不同了。这时摩擦表面的变形可达油膜厚度的数倍，而且润滑油的黏度也会成几何倍数增加。因此在流体动压润滑理论的基础上，
6、应考虑由压力引起的金属摩擦表面的弹性变形和润滑油黏度随压力改变这两个因素，来研究和计算油膜形成的规律及厚度、油膜截面形状和油膜内的压力分布更为切合实际，这种润滑就称为弹性流体动压润滑。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,(2)平面接触。在两块平行平板与之间允满润滑油，如图2-3(a)所示，若平板固定不动，平板以速度v作平行移动，在未受载时，由于平板间的润滑油具有一定的黏度和油性，与平板接触的油层能较牢固地吸附在平板的表面，所以随着平板一起的这层油层的流速为零;与平板接触的油层流速和平板的速度相等，即流速为v。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,而在油膜中各油层的
7、流速，随着与平板距离的增加而逐渐递减，呈线性规律分布。如图2-3(b)所示为不考虑相对运动时，在载荷尸作用下油从两平面间被挤出的流动速度分布。如图2-3(C)所示是图2-3(a)和图2-3(b)叠加后在出口和人口处油液流速分布。如用单位时间的流量来代替流速，则可以看出对于平面来说，在载荷和相对运动的联合作用下，单位时间流入平面间的流量低于流出的流量。根据前面分析的曲面接触动压润滑的原理可知，这种情况下不可能出现油楔效应，也就不可能实现流体动压润滑。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,如果将上述情况改为由曲面板和平板组成具有收敛楔形间隙的形式，如图2-4所示。若曲面板固定不动，平
8、面平板以滑动速度 沿箭头所示方向相对曲面板移动，同时将润滑油从楔形间隙的大口带向小口，即沿着运动方向，间隙逐渐变窄。这时，如果油膜中各个截面的流速沿油膜厚度方向的分布和上述的图2-3(a)所示速度流动一样，仍依三角形变化，则截面口a-a、b-b、c-c等处三角形的面积不相等，也就是在各截面处，单位时间内的流量不相等。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,油进入截面c-c的流量将大于通过截面a-a的流量，油在流动中受到挤压，楔形间隙中油压逐渐增高，使平面平板向上抬起。但平面平板本身的质量和承受的载荷又阻止平面平板抬起，与此同时楔形间隙中的油向两端挤压，从而产生压力流动，把c-c截面
9、的流速减弱，a-a截面的流速增加。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,若油膜进出口处的压力与外界压力相等，即Pa=0，则在油膜中间部分产生高压，其压力变化情况如图2-4所示。由于油膜中间有压力存在，所以具有承受载荷的能力。 如果平板以图2-4所示的相反方向移动，将润滑油从小口带向大口。这样带人的油量少于流出的油量，则不能建立起任何可以承载的油膜压力。但在轴承副中不存在这个问题，因为它具有两个楔形间隙，正反转都能形成油楔。 由上面有分析可知，实现流体动压润滑必须具备以下条件:,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,两相对运动的摩擦表面，必须沿运动的方向形成收敛一楔形间
10、隙; 两摩擦面应具有足够的相对速度。相对运动速度愈高带入油楔的油量愈多，因而油膜压力、油膜厚度以及承载能力也都相应增加。 润滑油具有适当的黏度，并且供油充足。黏度增加，润滑油端泄阻力就提高，因而油膜压力和油膜厚度就增加，有利于造成液体润滑。但是过高的黏度使得油膜内部分子间的摩擦阻力增加，消耗过大的摩擦功率和增加热量。过低的黏度则不易形成油楔压力和达不到足够的油膜厚度。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,外载荷必须小于油膜所能承受的最大载荷极限值，否则将把油膜压破，仍不能形成液体润滑。 摩擦表面的加工精度应较高，使表面具有较小的粗糙度，这样可以在较小的油膜厚度下实现流体动压润滑。
11、 还应注意，进油口不能开在油膜的高压区，否则进油压力低于油膜压力，油就不能连续供入，会破坏油膜的连续性。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,2.流体静压润滑原理 通过一套高压的液压供油系统，将具有一定压力的润滑油经过节流阻尼器，强行供到运动副摩擦表面的间隙中(如在静压滑动轴承的间隙中、平面静压滑动导轨的间隙中、静压丝杆的间隙中等)。摩擦表面在尚未开始运动之前，就被高压油分隔开，强制形成油膜，从而保证了运动副能在承受一定工作载荷条件下，完全处于液体润滑状态，这种润滑称为液体静压润滑。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,如图2-5所示为静压轴承的原理图，由图中可以看
12、出，油泵供出的油经过滤器过滤后，分别送至与轴承的各个油腔相串联的节流阻尼器(R1、 R2、R3、 R4)进入轴承的各个油腔，把轴浮起在轴承的中央。在轴没有受到径向载荷时，轴与轴承四周有一个厚度相同的油膜，各个油腔内的压力相同。如果轴受到一个径向载荷W(包括轴的质量)作用，则轴将顺着W载荷的方向偏向一边，即与载荷W的方向相同的一边的轴承间隙(即图2-5中所示轴承上面油腔的轴承间隙)增大。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,由于轴承每个油腔串联有节流阻尼器，在轴承间隙减小的地方，相应油腔(即图2-5中所示轴承下面的油腔)的压力Pb3便增大。在轴承间隙增大的地方，相应油腔的压力Pb1
13、便减小。这样，轴在载荷方向的上下两个方向所受到的液体压力就不平衡，也就是出现了压力差。正是这个压力差与轴所受的径向载荷形平衡，使轴受到载荷W后仍能处于平衡，而保持液体润滑状态。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,由上述可知，静压轴承是靠高压油液经节流阻尼器输入到油腔的油压力(静压力)来承受载荷的，其工作注意点是必须有足够的流量和压力供油系统。轴承要有微小的封油间隙，使油腔内可能形成油液的压力。油腔必须与起调压作用的节流阻尼器连接。当轴受载后，在载荷上下方向油腔出现压力差来抵抗所承受的载荷，使轴颈能悬浮在油液中保持平衡，以形成液体静压润滑。 静压润滑油膜形成的特点与动压润滑不同。
14、静压轴承的承载能力与供油压力大小有关，而与轴的转速、间隙、载荷大小关系不大。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,3.流体动、静压润滑原理 流体静压润滑的优点很多，但是油泵长期工作要耗费大量能源，流体动压润滑在启动、制动过程中，由于速度低不能形成足够厚度的流体动压油膜，使轴承的磨损增大，严重地影响动压轴承的使用寿命。如果采用液体动、静压联合轴承，则可允分发挥液体动压轴承和液体静压轴承两者的优点，克服两者的不足。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,主要工作原理是当轴承副在启动或制动过程中，采用静压液体润滑的办法，将高压润滑油压入轴承承载区，把轴颈浮起，保证了液体润滑
15、条件，从而避免了在启动或制动过程中因速度变化不能形成动压油膜而使金属摩擦表面(轴颈表面与轴瓦表面)直接接触产生的摩擦与磨损。当轴承副进入全速稳定运转时，可将静压供油系统停止，利用动压润滑供油形成动压油膜，仍能保持住轴颈在轴承中的液体润滑条件。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,这样的方法从理论上来讲，在轴承副启动、运转、制动、正反转的整个过程中，完全避免了半液体润滑和边界润滑，成为液体润滑。因此，摩擦系数很低，只要克服润滑油的钻性所具有的液体内部分子间的摩擦阻力即可。此外，摩擦表面完全被静压油膜和动压油膜分隔开，若情况正常，则几乎没有磨损产生，从而大大地延长了轴承的工作寿命，减
16、少了动能消耗。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,4.边界润滑原理 除了干摩擦和流体润滑外，几乎各种摩擦副在相对运动时都存在着边界润滑状态边界 润滑是从摩擦面间的润滑剂分子与分子间的内摩擦(即液体润滑)过渡到摩擦表面直接接触之前的临界状态。这时摩擦界面上存在着一层吸附的薄膜，厚度通常为0.1 m左右，具有一定的润滑性能，我们称这层薄膜为边界膜。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,在边界润滑状态下，如果温度过高、负载过大、受到振动冲击，或者润滑剂选用不当、加入量不足、润滑剂失效等原因，均会使边界润滑膜遭到破坏，导致磨损加剧，使机械寿命大大缩短，甚至马上导致设备损坏。良好的边界润滑虽然比不上流体润滑，但是比干摩擦的摩擦系数低得多，相对来说可以有效地降低机械的磨损，使机械的寿命大大提高。一般地说，机械的许多故障多是由于功界润滑解决不当引起的。,上一页,下一页,返回,2.1 润滑原理及润滑材料,在润滑油中，某些有机物的分子在分子引力和静电引力作用下能够牢固地附着在摩擦副的金属表面，这种现象
