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1、 万谋成20061231 制润滑技术:润滑油集中润滑系统的设计一. 润滑油集中润滑系统的设计1.润滑油集中润滑系统是目前应用最广泛的润滑系统，包括全损耗与循环润滑方式的节流式、单线式、双线式、多线式及递进式等类型。全损耗润滑方式又称压力强制润滑，是由主机上的传动机构带动附装在主机上的油泵或润滑器施压强制供送润滑油到各润滑点，但使用过的润滑油不再流回油池循环使用。例如活塞式空气压缩机的气缸、蒸汽机车、电动空气锤等都采用这种润滑方式。 压力循环润滑方式多用于润滑点相对较多的单机器或由若干台机器组成的成套生产线。压力循环润滑系统通常包括油泵及驱动装置（电机）、分配阀、管路及阀门、滤油器、油箱、冷却器
2、及热交换器、控制装置及仪表、指示、报警及监测装置等，一般是标准的成套润滑站。 2.稀油集中润滑系统设计的任务和步骤 1)润滑油（稀油）集中润滑系统设计的任务 根据总体设计中机械设备各机构和摩擦副的润滑要求、工况和环境条件，进行集中润滑系统的综合设计以确定合理的润滑系统，包括确定润滑系统的型式、计算及选定组成系统的各种润滑元件及装置的性能、规格、数量，及系统中各管路的尺寸布局等。 2)设计步骤 集中润滑系统的设计步骤： (1)根据润滑系统设计要求、工况和环境条件，考虑必要的参数，确定润滑系统的方案。如几何参数：最高、最低及最远润滑点位置尺寸、润滑点范围、摩擦副有关尺寸等；工况参数：如速度、载荷及
3、温度等；环境条件：温度、湿度、砂尘、水气等；运动性质：连续运动、变速运动、间歇运动、摆动等。力能参数：如传递功率、系统的流量、压力等要求。在此基础上考虑制定系统方案。 (2)计算各润滑点所需润滑油的总消耗量。根据初步拟定的润滑系统方案，计算出经过润滑后，各摩擦副工作时克服摩擦所消耗的功率和总效率，以便计算出带走处于运转中摩擦副产生的热量所需的油量，再加上形成润滑油膜，达到流体润滑作用所需油量，即为润滑油的总消耗量。 (3)计算及选择润滑泵。根据系统所消耗的润滑油总量，可确定润滑泵的最大流量Q、工作压力P、润滑泵的类型和相应的电动机。确定润滑泵的工作压力。 确定润滑泵的排量。 润滑泵的有效功率。
4、 (4)确定定量分配系统。根据各润滑点的耗油量，确定每个摩擦副上安置几个润滑点，选用哪件类型的润滑系统，然后选择相应的润滑泵及定量分配器。其中多线式系统是通过多点或多头式的每个给油口直接向润滑点供油。而单线式、双线式及递进式润滑系统则用定量分配器（或称分油器）供油。 (5)油箱的设计及选择。(6)冷却器和热油器的设计及选择。(7)油管直径的选择。.润滑系统的测量、监测及报警装置为了保证润滑系统向各润滑点持续供油以防止因供油不足而损坏，常在系统中配置测量、监测及报警装置。 在润滑系统中常见的故障有油泵失效、供油管路堵塞、轴承过热及磨损甚至咬粘、分流器工作不正常、污染严重、给油循环时间不准确等。润
5、滑系统中通常采用以下测量装置： 1)测温装置 在油箱、润滑泵、冷却器的进口与出口、重要的轴承等部件入安装测温装置及显示、控制装置如水银温度计、热电偶及接触温度计等，可以及时看到这些部位的温度变化。 2)压力测量装置 在润滑泵出口处过滤器的进、出口处等部位安装压力计，用以观察压力变化值。必要时还可安装压差报警器，当压差过高时发出报警信号。 3)油面及流量测量装置 在油箱中装有油标及油面指示器，在管道中安装流量计或流量监控计来观测流量。 在集中润滑系统的控制系统中一般要考虑到可以调整润滑循环时间和给油时间，以及显示及控制润滑剂供应不足或过量以及润滑泵过载等情况。润滑理论一、润滑的作用和类型 1.润
6、滑的作用 润滑的目的是在机械设备摩擦副相对运动的表面间加入润滑剂以降低摩擦阻力和能源消耗,减少表面磨损,延长使用寿命,保证设备正常运转。润滑的作用如下： 1)降低摩擦 2)减少磨损 3)冷却，防止胶合 4)防止腐蚀 此外,润滑剂在某些场合可以起阻尼、减振或缓冲作用。润滑剂的流动，可将摩擦表面上污染物、磨屑等冲洗带走，起清洁作用。 有些场合，润滑剂还可起到密封作用，减少冷凝水、灰尘及其他杂质的侵入。 2.润滑的类型 1)液体润滑(摩擦),两表面完全为润滑剂隔开，摩擦为流体内的粘性阻力形成。 2)混合润滑(摩擦)，两表面之间又有液体润滑状态，又有边界润滑状态的混合情况。 3)边界润滑(摩擦)，两表
7、面之间由边界膜(吸附膜或化学膜等)形成的润滑。 4)无润滑(干摩擦)，无或很少润滑剂的情况。 流体润滑自然是最佳的润滑状态。形成液体润滑的方式主要有：流体动压润滑、弹性流体动压润滑、流体静压润滑等。二、流体动压润滑 运动副工作时，两工作表面之间的相对运动可将润滑剂带入工作区，并建立一定的油压(动压)支撑外载荷，形成油膜,保护工作表面，形成所谓流体动压润滑。流体动压润滑的形成需要三个条件： 1)两表面之间有相对的运动（滚动或滑动）； 2)两表面之间有楔形间隙，润滑油从大口进入； 3)两表面之间有润滑剂(有粘度)。这就是所谓的流体动压润滑三要素。 动压润滑理论就是探讨间隙中流体的流动、压力等关系。
8、1886年雷诺导出了经典的Reynolds方程。 1.雷诺方程 雷诺方程是流体润滑理论的基本方程：在密度等随时间变化的场合,雷诺方程可写成:式中: U,V,W-分别为流体沿坐标x,y,z方向的速度分量; -密度; -粘度; t-时间; h-流体膜厚度; p-压力; 这就是普遍形式的雷诺方程。左端表示流体润滑膜压力在润滑表面上随x,y的变化。右端表示产生润滑膜压力的各种效应,各项的物理意义为： 1) 流体楔动压效应;2) 伸缩效应; 3) 挤压效应; 4) 变密度效应。 雷诺方程假设条件: 1)忽略体积力的作用。 2)沿流体膜厚度方向,流体压力不变。 3)与流体膜厚度相比较,轴承表面的屈率半径很
9、大,因此,不需要考虑流体速度方向的变化。 2.雷诺方程的求解 1)压力分布 从理论上讲,当运动速度和润滑剂粘度已知时,对于给定的间隙形状h(x,y)和边界条件,将雷诺方程积分,既可求得压力分布p(x,y)。 2)载荷量 流体润滑剂膜支承的载荷量W可在整个润滑剂膜范围内将压力p(x,y)积分求得,即:积分的上下限根据压力分布来确定。 3)摩擦力 在流体膜润滑系统中,要克服的摩擦力F0,h 主要是由速度及压力引起的流体层中的切应力形成的, 即:式中,正号为z=0表面上的摩擦力,负号为z=h表面上的摩擦力。根据牛顿粘性定律可得 对于下表面z=0,可得摩擦力为 对于上表面z=h,可得摩擦力为摩擦力求得
10、之后,就可确定摩擦系数=F/W,以及摩擦功率损失和因粘性摩擦所发生的发热量。 4)润滑剂流量 通过流体润滑剂膜边界流出的流量Q可以按下式计算: 将各个边界的流出流量相加,可求得总流量,根据计算的流量可以确定必须的供油量以保证间隙内添满润滑剂,同时根据流出流量和摩擦功率损失还可以确定润滑剂膜的热平衡温度。三 弹性流体动压润滑 当滚动轴承、齿轮、凸轮等高副接触时，名义上是点、线接触，实际上受载后产生弹性变形，形成一个窄小的承载区域。弹性变形引起的接触区域增大和接触区表面形状的改变，都有利于润滑膜的形成。 由于载荷集中作用，接触区内产生极高压力，其峰值甚至可达几千兆帕。压力引起接触区内润滑剂的粘度的
11、增大是极为显著的，比常温常压下的粘度要大几百几千倍。一般，粘度随压力按指数规律增大。同时，接触区摩擦产生的温度很高，又会减低润滑剂的粘度。 因此，在这种情况下的弹性效应、粘-压效应、粘-温效应等是不能忽略的。考虑了这些效应的流体动压润滑就称为弹性流体动压润滑。这是近40年来人们所发现并取得突破进展的新研究领域。 在弹流润滑的接触区中，油膜厚度在m级，很薄，仅为接触区宽度的千分之一到百分之一。为求得接触区的油压、变形和膜厚，要联立求解雷诺方程、弹性方程，如果考虑温度的影响(热弹流润滑)，还要联立能量方程和热传导方程等，成为一个复杂和困难工作。这个工作一般是利用计算机进行数字求解的。 1.格鲁宾(
12、Grubin)近似解 在艾特尔研究工作的基础上，格鲁宾等首次将雷诺方程与赫兹弹性变形以及粘度-压力关系联系起来，求解了线接触的等温全膜弹流问题，求得了膜厚计算的近似解，简介如下。 1）考虑了粘压关系的雷诺方程将巴露斯提出的粘压关系式0=0eap代入一维雷诺方程：令由此 这个方程就是置换后的考虑了压力-粘度关系的一维雷诺方程，这个方程与等粘度的雷诺方程的形式相同，只是因变量用诱导压力q来代替p。如果两表面均运动，其运动速度分别为u1与u2，则式中的u可以用(u11+u2)/2 代替，即式中 p-压力为p时油的动力粘度； 0-大气压下油的动力粘度； -油的压粘系数。 2）线接触的弹性变形 根据弹性理论，一个弹性圆柱和刚性平面线接触时，当施加载荷W以后，两表面相互挤压产生变形，在宽度为2a 的接触平面上，接触应力按椭圆分布，此时在接触应力作用下，接触区以外的表面也要产生变形，结果使表面的曲率半径增大。此时在接触区以外x处的间隙h的方程为：式中 W-单位宽度上的载荷； E-当量弹性模量， 1-材料1的泊松比； 2-材料2的泊松比；式中 EL-拉梅常数；EL=E 3）油膜厚度计算公式 1圆柱与圆柱接触 设圆柱中心处的油膜厚度为h0 ，两圆柱半径分别为R2(R1圆柱与平面接触设圆柱中心处的
