第15章机械的润滑与密封《机械基础》课件

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1、第15章 机械的润滑与密封,（时间：1次课，2学时）,第15章 机械的润滑与密封,教学目标： 为了节约能源、提高效率及延长机械零件的寿命，润滑与密封是必不可少的。 本章对摩擦、磨损作简要介绍，重点介绍润滑剂、润滑方式、润滑装置和密封装置。,第15章 机械的润滑与密封,重点与难点：,摩擦、磨损和润滑 常用润滑剂的选择 常用传动装置的润滑方式 常用机械装置的密封方式,第15章 机械的润滑与密封,案例导入： 与家用缝纫机、自行车需要定期加机油润滑一样，机器运转时，在作相对运动的零件间，不可避免地要产生摩擦、磨损和发热现象，并消耗一部分动力。为了减少阻力、磨损速度和控制机器的温升，以提高机器的效率和工

2、作寿命，必须注意机器的润滑。而密封的问题也随之产生了。,15.1 摩擦、磨损和润滑 15.2 常用润滑剂的选择 15.3 常用传动装置的润滑 15.4 机械装置的密封 15.5 本章实训 机构运动方案创新设计 15.6 习题与练习,第15章 机械的润滑与密封,15.1.1 摩擦的类型 15.1.2 磨损 15.1.3 润滑的作用,15.1 摩擦、磨损和润滑,15.1 摩擦、磨损和润滑,各类机器在工作时，零件相对运动的接触部分都存在着摩擦，摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。摩擦不仅消耗能量，而且使零件发生磨损，甚至导致零件失效。据统计，世界上每年使用的能源中1/31/2消耗在摩擦上，而各种

3、机械零件因磨损失效的也占全部失效零件的一半以上。磨损是摩擦的结果，润滑则是减少摩擦和磨损的有力措施，这三者是相互联系不可分割的。,15.1.1 摩擦的类型,在外力作用下，一物体相对于另一物体运动或有运动趋势时，两物体接触面间产生的阻碍物体运动的切向阻力称为摩擦力。这种在两物体接触区产生阻碍运动并消耗能量的现象，称为摩擦。 摩擦会造成能量损耗和零件磨损，在一般情况下是有害的，应尽量减少摩擦。但有些情况下却要利用摩擦工作，如带传动、摩擦制动器等。 根据摩擦副表面间的润滑状态将摩擦状态分为干摩擦、液体摩擦、边界摩擦和混合摩擦4种，如图15.1所示。由于液体摩擦、边界摩擦、混合摩擦都必须在一定的润滑条

4、件下才能实现，因此这3种摩擦又分别称为液体润滑、边界润滑和混合润滑。,15.1.1 摩擦的类型,图15.1 摩擦表面的润滑状态,15.1.2 磨损,运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐损失，这种现象称为磨损。单位时间内材料的磨损量称为磨损率。磨损量可以用体积、质量或厚度来衡量。 机械零件严重磨损后，将降低机器的工作效率和可靠性，使机器提早报废。因此，预先考虑如何避免或减轻磨损，是设计、使用、维护机器的一项重要内容。但另一方面，磨损也并非全都是有害的，工程上常利用磨损的原理来减小零件表面的粗糙值，如磨削、研磨、抛光以及跑合等。,15.1.2 磨损,1. 磨损过程 在机械的正常运转中，磨损过程

5、大致可分为以下3个阶段。 (1) 跑合(磨合)磨损阶段 (2) 稳定磨损阶段 (3) 剧烈磨损阶段,15.1.2 磨损,2. 磨损分类 按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同，一般情况下磨损可分为磨粒磨损、黏着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损等。 (1) 磨粒磨损 (2) 黏着磨损 (3) 疲劳磨损 (4) 腐蚀磨损,15.1.3 润滑的作用,在摩擦副间加入润滑剂，以降低摩擦、减轻磨损，这种措施称为润滑。 润滑的主要作用是，不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保护零件不受锈蚀，而且在采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有缓冲、吸振的能力。使用膏状润滑脂，既可防止内部的润滑

6、剂外泄，又可阻止外部杂质侵入，避免加剧零件的磨损，起到密封作用。减小摩擦系数，提高机械效率；减轻磨损，延长机械的使用寿命。此外，润滑还可起到冷却、防尘、防止腐蚀、密封以及吸振等作用。,15.2.1 润滑剂的类型 15.2.2 润滑剂的选用,15.2 常用润滑剂的选择,15.2.1 润滑剂的类型,凡是能降低摩擦阻力、减轻磨损的介质都可作为润滑剂。 润滑剂按介质的形态可分为液体、半固体、固体和气体4种基本类型。 1. 液体润滑剂 在液体润滑剂中应用最广泛的是润滑油，包括矿物油、动植物油、合成油和各种乳剂。,15.2.1 润滑剂的类型,2. 半固体润滑剂 半固体润滑剂主要是指各种润滑脂，俗称黄油、干

7、油。润滑脂是在液体润滑剂(基础油)中加入稠化剂而成的膏状稳定混合物。目前应用最多的是在矿物油中分别加入钙、钠、锂等碱金属皂类而制成的钙基、钠基和锂基润滑脂。此外还常加入一些添加剂，以增加抗氧化性和油膜强度。由于润滑脂的黏稠度大、不易流失、承载能力也较大、密封装置简单及不需经常换油和加油，因此多用于加油困难、低速、重载、有冲击载荷或间歇运动的场合。但其物理和化学性质不如润滑油稳定，并且摩擦损耗大，不易在温度变化大或高速下使用，应用范围仅次于润滑油。,15.2.1 润滑剂的类型,3. 固体润滑剂 固体润滑剂是任何可以形成固体膜以减少摩擦阻力的物质，如石墨、三硫化钼、聚四氟乙烯等。主要用于极低温、高

8、温、高压、强辐射、太空、真空等特殊工况条件或不允许污染、不易维护、无法供油的场合。其减小摩擦和抗磨损效果一般不如液体润滑剂和半固体润滑剂。,15.2.1 润滑剂的类型,4. 气体润滑剂 任何气体都可作为气体润滑剂，其中用得最多得是空气，其对环境没有污染。气体黏度低、摩擦阻力极小且温升很低，特别适用于高速、轻载场合，能在低温(-200)或高温(2000)的环境中应用，但其气膜厚度和承载能力都较小。气体润滑剂主要用在气体轴承中。,15.2.2 润滑剂的选用,1. 润滑油的选用原则 载荷大或变载、冲击的场合，加工粗糙或未经跑合的表面，选黏度较高的润滑油；速度高时，为减少润滑油内部的摩擦功耗，或采用循

9、环润滑、芯捻润滑等场合，宜选用黏度低的润滑油。,15.2.2 润滑剂的选用,2. 润滑脂的选用原则 在选用润滑脂时，首先应明确润滑脂所起的作用，即在润滑减摩、防护、密封等方面所要起的作用。作为减摩用润滑脂，主要考虑耐高低温的范围、负荷与转速等。作为防护润滑脂，主要考虑所接触的介质与材质，着重考虑对金属、非金属的防护性质与安全性。作为密封润滑脂则应考虑接触的密封件材质与介质，根据润滑脂与材质(特别是橡胶)的相容性来选择适宜的润滑脂。,15.3.1 滑动轴承的润滑 15.3.2 滚动轴承的润滑 15.3.3 齿轮传动的润滑 15.3.4 蜗轮传动的润滑 15.3.5 链传动的润滑,15.3 常用传

10、动装置的润滑,15.3.1 滑动轴承的润滑,滑动轴承一般都需要使用润滑剂进行润滑，主要是为了降低摩擦、减少磨损和表面损坏，同时还可以起到冷却、吸振、防尘、防锈等作用。 对于滑动轴承的润滑，除了正确选择润滑剂外，还应选择适当的润滑方法和润滑装置，具体可参见第13章相关内容。,15.3.2 滚动轴承的润滑,润滑对滚动轴承的使用寿命有重要意义。润滑的主要目的是减小摩擦与磨损。滚动接触部位形成油膜时，还有吸收振动、降低工作温度等作用。 滚动轴承的润滑剂可以是润滑脂、润滑油或固体润滑剂。一般情况下，轴承采用润滑脂润滑，但在轴承附近已经具有润滑油源时(如变速箱内本来就有润滑齿轮的油)，也可采用润滑油润滑。

11、具体选择可按速度因数dn值来定。d代表轴承内径(mm)；n代表轴承转速(r/min)，dn值间接地反映了轴颈的圆周速度，当dn(1.52)105mmr/min时，一般滚动轴承可采用润滑脂润滑，超过这一范围宜采用润滑油润滑。,15.3.3 齿轮传动的润滑,润滑对于齿轮传动十分重要。润滑不仅可以减小摩擦、减轻磨损，还可以起到冷却、防锈、降低噪声、改善齿轮的工作状况、延缓轮齿失效和延长齿轮的使用寿命等作用。,15.3.4 蜗轮传动的润滑,由于蜗轮传动的相对滑动速度vs大，效率低，发热量大，因此必须注意蜗轮传动的润滑；否则会进一步导致效率显著降低，并会带来剧烈的磨损，甚至产生胶合。蜗轮传动的润滑方法和

12、润滑油黏度可参考表15.5。 (表见电子文档),15.3.5 链传动的润滑,链传动的润滑是影响传动工作能力和寿命的重要因素之一，润滑良好可减少铰链磨损。润滑方式可根据链速和链节距的大小由图15.4选择。润滑油应加于松边，以便润滑油渗入各运动接触面。润滑油一般可采用L-AN32、L-AN46、L-AN68油。,15.3.5 链传动的润滑,图15.4 推荐的润滑方式,15.4.1 静密封 15.4.2 动密封,15.4 机械装置的密封,15.4 机械装置的密封,机械装置密封有两个主要作用。 (1) 阻止液体、气体工作介质、润滑剂泄漏； (2) 防止灰尘、水分进入润滑部位。 密封装置的类型很多，两个

13、具有相对运动的结合面之间必然有间隙(比如减速器外伸轴与轴承端盖之间)，它们之间的密封称为动密封。两个相对静止不动的结合面之间的密封称为静密封，比如减速器箱体与轴承端盖、减速器箱体与减速器箱盖等。所有的静密封和大部分的动密封都是靠密封面互相靠近或嵌入以减少或消除间隙，达到密封的目的，这类密封方式称为接触式密封。密封面间有间隙，依靠各种方法减少密封间隙两侧的压力差而阻漏的密封方式，称为非接触式密封。,15.4.1 静密封,(1) 研磨面密封 最简单的静密封是依靠结合面加工平整、光洁，在螺栓预紧力的作用下实现贴紧密封。要求结合面研磨加工，间隙小于5m，如图15.6(a)所示。 (2) 垫片密封 如图

14、15.6(b)所示，在结合面间加垫片，螺栓压紧使垫片产生弹塑性变形填满密封面上的不平，从而消除间隙，达到密封的目的。常温、低压、普通介质可用纸、橡胶、垫片；高压、特殊高温和低温场合可用聚四氟乙烯垫片；高温、高压可用金属垫片。 (3) 密封胶密封 密封胶有一定的流动性，容易充满结合面的间隙，黏附在金属面上能大大减少泄漏，即使在较粗糙的表面上密封效果也很好。密封胶型号很多(如铁锚602)，使用越来越广，使用时可查机械设计手册，如图15.6(c)所示。 (4) O形圈密封 如图15.6(d)所示，在结合面上开密封圈槽，装入O形密封圈，利用其在结合面间形成严密的压力区来达到密封的目的。,15.4.1

15、静密封,图15.6 静密封,15.4.2 动密封,两个具有相对运动的结合面之间的密封称为动密封，这里主要分析回转轴的动密封。在回转轴的动密封中，有接触式、非接触式和组合式3种类型。 1. 接触式密封 由于接触式密封是利用密封元件与结合面的压紧而起密封作用，必定产生摩擦磨损，因此这种密封方式不宜用于高速。 2. 非接触式密封 由于非接触式密封方式中密封面间有间隙，因此通常情况下，工作速度没有限制。 3. 组合密封 前面介绍的各种密封，各有其优缺点，在一些较重要的密封部位常同时采用几种密封组合使用的形式。,15.5 本章实训 机构运动方案创新设计,实训目的 1. 掌握机构创新模型的使用方法及实训原

16、理。 2. 训练学生的工程实践动手能力，培养学生创新意识及综合设计的能力。 3. 加深对平面机构的组成原理及其运动特性的理解和感性认识。,15.5 本章实训 机构运动方案创新设计,实训原理 任何平面机构均可以用零自由度的杆组依次连接到原动件和机架上去的方法来组成，这是机构的组成原理，也是本实训的基本原理。,15.5 本章实训 机构运动方案创新设计,实训过程 1. 根据日常生活、课程学习、工程实践等的知识积累，提出有一定应用背景(可以是日常生活或工程实际)的设计目标。设计目标必须有新意，经教师审核后再进行下面工作。 2. 根据设计目标制定设计任务，通过功能分析确定工作原理和工艺动作过程。 3. 分解工艺动作过程为若干独立运动，确定实现各独立运动的执行构件和动力源与控制方式。 4. 构思实现动力源与执行构件之间运动、动力传递与变换的机构和机械传动方案，确定运动协调关系，绘制机构与机械传动路线图和运动循环图。 5. 进行机构与机械传动的运动学设计，确定运动参数。 6. 利用创新模型的基本模块和基本单元搭接出实物装置，并进行运动效果的评价。 7. 整理上述设计与计算过程，形成设计说明书，并装订成册。,