第六章_润滑.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章润滑,一、润滑的作用,润滑的作用一般可归结为：,降低摩擦，减少磨损,降温冷却：,采用液体润滑剂循环润滑系统，可以将摩擦时产生的热量带走，降低机械发热。,防止腐蚀,冲洗作用：,随着润滑剂的流动，可将摩擦表面上污染物、磨屑等冲洗带走。,密封作用：,防止冷凝水、灰尘及其他杂质的侵入。,减振作用：,将冲击、振动的机械能转变为液压能，起阻尼、减振或缓冲作用。,二、润滑的类型,根据工作表面的不同和工作条件的限制，润滑一般可分为三种类型：,流体润滑、混合润滑、边界润滑。,通常可根据所形成的,润滑膜的厚度与表面粗糙度综合值的比值,，,借助斯特里贝克,(Stribeck),曲线，判断润滑状态,。,斯特里贝克,(Stribeck),曲线：,德国学者斯特里贝克,(Stribeck),对滚动轴承与滑动轴承的摩擦进行了试验，,研究运动速度、法向载荷和润滑剂的粘度等参数与摩擦系数之间的关系,，并将它们间的关系绘制成一条曲线，称为斯特里贝克曲线。,第,区：流体润滑状态，包括,流体动压润滑,、,流体静压润滑,和,弹性流体动压润滑,。,平均润滑膜厚,h,与摩擦副表面的复合粗糙度 的比值,大于,3,。,流体动压和静压润滑状态下，典型膜厚约在,1-100,m,，对于弹性流体动压润滑，典型膜厚约为,0.1-1,m,。,此时摩擦副的表面被,连续流体膜隔开，,因此用流体力学来处理这类润滑问题，,摩擦阻力完全决定于流体的内摩擦,(,粘度,),。在这个区域中，,工作的摩擦副表面没有直接接触，没有机械磨损,(,磨粒、粘着磨损,),产生，,但可以产生表面疲劳磨损、气蚀磨损和流体浸蚀。,流体静压润滑：,流体静力润滑,又称外供压润滑,，是,用外部的供油装置,，将具有一定压力的润滑剂输送到支承中去，在支承油腔内形成具有足够压力的润滑油膜，将所支撑的轴或滑动导轨面等运动件浮起，承受外力作用。,因此运动件在从静止状态直至在很大的速度范围内都能承受外力作用，这是流体静力润滑的主要特点,。,而流体动力润滑的支承在静止或低速状态下，往往无法形成具有足够压力的油膜，因而出现半干摩擦，产生表面磨损或其他损伤，缩短工作寿命。,其缺点是需要一套供油设备，增大了设备的空间和重量。,流体动压润滑：,在两个做相对运动物体的摩擦表面上，借助于摩擦表面的,几何形状,和,相对运动,而产生具有一定,压力的粘性流体膜,，将两摩擦,表面完全隔开,，由流体膜产生的压力来平衡外载荷。,弹性流体动压润滑：,相对运动,表面的弹性变形与流体动压作用,都对润滑油的润滑性能起着重要作用的一种润滑状态。,第,区，混合润滑状态，,平均润滑膜厚,h,与摩擦副表面的复合粗糙度 的比值,约为,3,，典型膜厚在,1,m,以下，此时摩擦表面的,一部分被流体润滑膜隔开,，承受部分载荷，也,会发生部分表面微凸体的接触，以及有边界润滑膜承受部分载荷。,第,区，边界润滑状态,，平均润滑膜厚,h,与表面的复合粗糙度 的比值,趋于,0(,小于,0.4,1),，典型膜厚在,1-50nm,时，摩擦表面微凸体接触增多，润滑剂的粘度对降低摩擦所起作用很小，几乎完全不起作用，,载荷几乎全部通过微凸体以及边界润滑膜承担。,*,由斯特里贝克曲线可知，润滑类型随着,转速、裁荷和润滑剂粘度的变化而变化,，润滑状态可以从一种润滑状态转变到另一种润滑状态。,三、流体粘度,粘度：就是,液体的内摩擦,。是润滑油受到外力作用而发生相对移动时，油分子之间产生的内摩擦阻力，其阻力的大小称为粘度。,粘度是润滑油的主要技术指标,。绝大多数润滑油的牌号，是根据其粘度确定的，粘度是各种机械设备选油的主要依据。,粘度的度量方法，分为,绝对粘度和相对粘度两大类,。,绝对粘度分为动力粘度、运动粘度两种,；相对粘度有恩氏粘度、赛氏粘度和雷氏粘度等几种表示方法。,、流体粘度的主要分类,动力粘度,牛顿最先提出粘性流体的流动模型，他认为,流体的流动是许多极薄的流体层之间的相对滑动,，如图所示。,在厚度为,h,的流体表面上有一块面积为,A,的平板，在力,F,的作用下以速度,U,运动。此时，由于流体的粘滞性，在相互滑动的各层之间将产生切应力即流体的内摩擦力，由它们将运动传递到各相邻的流体层，使,各层流速,u,按直线分布,。,牛顿提出了,粘滞切应力与切应变率成正比的假设，称为牛顿粘性定律,，,即：,；,其中，,为切应力,，,即单位面积上的摩擦力,，即,=,F/A,;,为切应变率,，等于流动速度沿流体厚度方向的变化梯度，,即,=du/dz,；,比例常数,定义为流体的动力粘度,。所以，,1m,1m,1m,F,=1N,V,=1m/s,动力粘度的物理意义：,在流体中取两个面积各为,1m,2,，相距,1m,的单元流体，在相对运动速度为,1m/s,的时，所产生的阻力，称为该液体的动力粘度，以,表示。,当阻力为,1N(,牛顿,),时，动力粘度为,1Pa,s(,帕斯卡,秒,),。工程中常采用,(,泊,),或,cP(,厘泊,),为单位。,1Pas,1Ns/m,2,10P=10,3,cP,*,凡是服从牛顿粘性定律的流体统称为牛顿流体，,而不符合牛顿定律的流体为非牛顿流体,。,实践证明,:,在一般工况条件下的,大多数润滑油特别是矿物油均属于牛顿流体性质,。,运动粘度,将同一温度下流体的动力粘度和该液体的密度之比,定义为运动粘度,。,式中,为流体密度，单位,g/cm,3,；,为运动粘度，单位,m,2,/s,，工程上常用厘斯,(cSt),作为单位，,1cSt=10m m,2,/s,通常润滑油的密度,=0.7-1.2g/cm,3,，而矿物油密度的典型值为,0.85 g/cm,3,因此运动粘度与动力粘度的近似换算式可采用：,=0,.,85,2,、影响润滑油粘度的主要因素,（,1,）温度,润滑油的粘度随着温度的升高而降低，随着温度的降低而增大,，这就是润滑油的粘温特性。,要求润滑油的粘温特性要好，即油品粘度随工作温度的变化越小越好。,例如：发动机润滑油的粘温特性不好，低温时，粘度过大，发动机启动困难；启动后润滑油不易流到摩擦面上，会造成机械零件的磨损。温度过高，粘度变小，不易在摩擦而上形成适当的油膜，失去润滑作用，使机械零件的摩擦面产生擦伤和胶合等故障。,评价各种润滑油的粘温特性，普遍采用粘度指数,(),来表示。粘度指数高的润滑油表示它的粘度随温度的变化小，因而粘温性能好。,*,流体的粘度值必须对应测试的温度。,（,2,）压力,当液体或气体所受的压力增加,时，分子之间的距离减小而分子间的引力增大，因而,粘度增加,。,通常,当矿物油所受压力超过,0.02GPa,时,粘度随压力的变化就十分显著。,3,、粘度的测量,测量粘度采用粘度计。按照它们的工作原理可以归纳为,3,类，即旋转式、落体式和毛细管式粘度计。,(1),旋转式粘度计,旋转式粘度计的两个元件之间充满待测液体,其中一个固定而另一个旋转。通过测定相对旋转时，使液体受剪切的阻力矩来计算液体的动力粘度。它的主要形式有转筒粘度计,(,图,(a),和锥板粘度计,(,图,(b),，前者由两个同心圆筒组成，后者由一平面和一圆锥面组成。,这些粘度计能在不同的速度下旋转，可以测量不同切应变率时的粘度，,特别适用于非牛顿流体的测量,。,(2),落体式粘度计,最常用的落体式粘度计是用一个钢球在充满待测流体的管子中下落的终速度来测定粘度。,落体式粘度计的另一形式是落筒粘度计，它由两个立式同心圆筒组成，两圆筒之间灌满待测流体，外筒固定，内筒下落。落筒粘度计主要用以测量高粘度的流体。,(3),毛细管式粘度计,毛细管式粘度计是以一定容积的液体，依靠压力差或者自身的质量，流过一根标准毛细管所需的时间来测定液体的粘度。,如图所示，已知毛细管式粘度计的常数,c,在某温度下测量一定流量的液体流出毛细管的时间,t,(,即图中,A,、,B,间椭球所含的流体的液面从,A,降至,B,所需的时间,),，就可求出该液体此时的运动粘度为：,=,ct,；,若测得该液体的密度,，,其动力粘度则为：,=,四、润滑材料及应用,润滑剂的分类,液体润滑,脂润滑,固体润滑,气体润滑,水、动植物油、矿物油、,合成油、液态金属等,润滑油,(,矿物油、合成油等,),+,稠化剂,(,金属皂、粘土等）,石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等,空气及其它气体介质,注：润滑油和润滑脂在实际中应用最广。,1,、润滑油的主要性能,目前使用最广泛的是从石油中提炼所得的润滑油,(,矿物油,),，约占全部润滑油总量的,97%,。其主要性能指标有：,(1),粘度,：选择润滑油的主要依据,(2),粘度指数：,粘度指数高的润滑油，粘度随温度的变化小。,(3),油性：润滑剂减少摩擦的能力，实际上是润滑油吸附于摩擦表面形成边界膜的能力,。油性越好，吸附能力就越强。（边界润滑和粗糙表面尤其重要）,(4),酸值：,主要指油中有机酸的含量。,对于新油含的有机酸主要指环烷酸，对储存较久或已使用的油则指因氧化而产生的酸性物质。,对于,新油,，酸值,表示润滑油精制的程度,；对于,旧油,，则可用来判断它的,废旧或氧化变质程度,。,此外酸值还可以用来衡量,油对金属的腐蚀性,。,(5),蒸发度,润滑油,在使用过程中蒸发，造成润滑系统中,润滑油量逐渐减少，使粘度增大,，影响供油，液压液体在使用中蒸发，还会,产生气穴现象和效率下降,，可能给液压泵,造成损害,。,(6),闪电和自燃点,闪点是指在规定的条件下，加热油品时所逸出的油气和空气混合而形成可燃混合气体与火焰接触发生瞬间闪火的最低温度。,闪点表示石油产品着火危险性的指标，,即油品的危险性是根据闪电来划分的，闪点小于,45,的油品为易燃品；闪点大于,45,的油品为可燃品，在储运中油温应保持低于闪点,20,30,。,自燃点,是指油品受热达到一定温度时，没有火源接触即可自行着火燃烧的温度。,(7),凝点和倾点：,表示石油产品在低温下的流动性。,凝点，油冷却到停止流动时的最高温度。,倾点，被冷却的油开始连续流动的最低温度。,(8),抗氧化安定性,润滑油在加热和在金属催化剂作用下，抵抗氧化变质的能力。润滑油被严重氧化时，颜色变暗，酸值增大，粘度增大，还会产生沉淀物，对机件有腐蚀作用。,(9),机械杂质,不溶于润滑油和特定溶剂的、在过滤时被滤纸滤出的物质统称为机械杂质，这些物质主要是金属磨屑、砂粒、粘土、铁锈、棉线、木纤维以及添加剂中所含的无机盐等。,含杂质多的润滑油会破坏摩擦面间的油膜，加剧磨损，堵塞油路。,(10),灰分,灰分是润滑油在完全燃烧后产生的固体残留物。,油中常含有的各种盐类和矿物杂质，在高温时易形成积炭，加剧零件的磨损，同时影响油在摩擦面间形成均匀油膜，影响润滑效果。,2,、润滑油的添加剂,润滑油中,加人少量的化学物质,，,使润滑油的性能显著改善,，这些物质统称添加剂。,由于机器和机械设备日新月异，要求润滑油能适应各种工况，如高温、低温、真空、高辐射、高载荷和腐蚀性介质等，同时还要求有较长的使用寿命和储存稳定性等，因此仅靠润滑油本身的性能难以满足这些要求，必须加人不同性能的添加剂。,目前，,绝大部分润滑油中都含有润滑添加剂。,添加剂大致分为两大类，一类是,影响润滑油物理性的添加剂,，如降凝剂、增粘剂；另一类是在,化学性质方面起作用的添加剂,，如抗氧化剂、清净分散剂等。,(1),抗氧化剂,润滑油会因氧化而变质，生成的酸性物质对金属表面由腐蚀作用，加入抗氧化剂会使润滑油具有防腐蚀性能。,(2),清净分散剂,这是最主要、用量最大的添加剂，占润滑油添加剂总量的,50,以上。清净分散剂能够使高温时产生的积炭和低温时生成的油泥分散悬浮在润滑油中，使零部件保持清洁。,(3),增粘剂,增粘剂不仅可以,提高粘度较低的基础油的粘度,，而且明显地,改善润滑油的粘温性能,，使润滑油满足温度变化范围宽而粘度稳定的要求。,增粘剂是油溶性的链状高分子聚合物,，当加入溶液中时，,随溶液的浓度和温度的不同其分子具有不同形态,。在低温时，高聚物凝聚为蜷曲状，对溶液分子的内摩擦,(,粘度,),影响不大，在高温时，高聚物分子溶胀，表面积增大，溶液分子的内摩擦显著增大，导致油的粘度显著增大。,常用的增粘剂中以,聚甲基丙烯酸酯的效果最好。,(4),降凝剂,降凝剂用以,降低润滑油的凝固点,，以利于发动机低温下起动。,原理：润滑油中一般含有少量的石蜡，当温度降低时，石蜡结晶析出，并相互粘结形成三维网状结构，将油包含其中，使润滑油失去流动性。降凝剂分子可以在石蜡结晶表面进行吸附或与其形成共晶，,防止晶粒间相互连接成三维网状结构,，保持低温下润滑油的流动性。,应当指出，降凝剂,只有在含蜡的油品中才起作用,，如果油品中,含蜡过多,，,超过了降凝剂能起作用的含量范围，同样也达不到降凝目的,。,常用降凝剂：聚异丁烯、聚甲基丙烯酸酯等。,(5),极压添加剂和油性添加剂,极压添加剂是含有氯、硫和磷的有机化合物,。这些化合物在,高温高压条件下,化学活性很强，能与金属表面起,化学反应,，生成熔点高和剪切强度低的化学反应膜，可有效,防止粘着和磨损,。氯、硫和磷有一定的腐蚀性，所以要权衡利弊。,常用的极压添加剂有硫化异丁烯、磷酸三乙酯、氯化石蜡等。,油性添加剂是极性物质，能使润滑油中在金属表面形成定向的吸附膜,，达到改善摩擦性能和增强润滑作用的目的。,动植物油、高级脂肪酸、酯、醇以及其金属皂均是效果良好的油性添加剂。,(6),抗泡剂,润滑油在使用过程中，往往容易产生泡沫，影响其使用效果。清净分散剂、润滑油本身的氧化分解和高速搅拌等均可促使油品产生气泡，影响正常使用。除采取一些措施尽量避免气泡发生外，还可在油品中加抗泡剂来减少或消除气泡。,常用的抗泡剂有二甲基硅油。抗泡剂的加入量一般很少，在,0.001%,左右。,3,、润滑脂,(1),定义：,基础油加添加剂调制成润滑油成品油；在成品油的基础上，用稠化剂稠化，改变其形态，得到油膏状的润滑脂。,基础油十添加剂,=,润滑油；润滑油,+,稠化剂,=,润滑脂,(2),润滑结构,润滑脂的形成和润滑过程，可以参看图来理解：,皂纤维形成三维结构，将润滑油分隔包围,，形成膏状物质。在,运动中,，运动副有相对滑动时，,三维结构遭到破坏，润滑油流出,，对运动副进行润滑。,运动停止，皂纤维重新生成,，恢复原状。,(3),润滑脂的优点和缺点,优点,:,不需要复杂的密封装置和供油系统,，可以简化系统的外围尺寸。,黏附性好，在摩擦表面上的保持能力强，密封性好,，因而可以在敞开的以及密封不良的摩擦部件上工作。可以防止水分、灰尘的侵入，保护金属长期不腐蚀。,使用寿命长，供油次数少，不需要经常添加,，在难于经常加油的摩擦部位上，使用润滑脂较为有利。,油膜厚度，比润滑油的油膜厚度大。,润滑脂对低转速、承受高负荷和冲击负荷的部位，有良好的润滑性。,润滑脂的使用温度范围，比润滑油更宽。,使用润滑脂，机器能够在低于其基础油凝点,10,的条件下启动。,缺点,:,润滑脂是半固体，常温下不流动，所以摩擦部件的,加脂或换脂比较困难，零件的清洗不十分方便。,混入的水分、灰尘、磨屑难以除掉。,搅拌阻力较大，,因而发热量较大，冷却效果差。,对高速不适用。,(4),润滑脂的组成,润滑脂是由基础油、稠化剂和添加剂所组成。,润滑脂的性质，是由其组成的各组分以及所形成的结构共同决定。,基础油：两大类，矿物油,(,石油润滑油,),和合成油。,在润滑脂中，基础油的含量,约占,70,95%,，它对润滑脂的性能有很重要的影响。,例如，,润滑脂的低温性能，在很大程度上受基础油的低温粘度、凝点和粘温性能的影响，因而低温用脂要求用低温粘度小、凝点低和粘温性好的基础油。,润滑脂的高温性能受基础油的氧化安定性、热分解温度和蒸发性的影响，制备高温用脂不仅要求用能耐高温稠化剂，而且也要求用热安定和氧化安定性好、蒸发量小的基础油。,稠化剂,稠化剂是润滑脂中的固体组分。其含量约占润滑脂重量的,5,30,。稠化剂的作用，主要是,将流动的液体润滑油增稠成不流动的固体至半固体状态。,稠化剂种类可分四大类，即皂基、烃基、有机和无机稠化剂。,添加剂,为了改善润滑脂的某些性能而添加的物质称为添加剂。,润滑脂中的添加剂的类型及作用机理和润滑油是一样的。但是由于润滑脂自身流动性比不上润滑油。所以,润滑脂中加入添加剂的量，比较大一些,。,另外，润滑脂是胶体分散体，有许多添加剂是极性化合物，加人后，会造成润滑脂胶体体系的破坏，影响润滑脂的性能。因此，评选一组理想的润滑脂添加剂，不是容易的事。,a.,结构改善剂,又称稳定剂或胶溶剂，它的作用是,改善润滑脂的胶体结构,，从而达到改善润滑脂的某些性能的目的。,结构改善剂，是一些,极性较强、分子比较小的化合物,，如有机酸、甘油、醇、胺等。水也是一种常用的结构改善剂。,b.,抗氧化添加剂,c.,极压添加剂,d.,填料,填料是润滑脂中的固体添加物，大多是一些,有润滑作用和增稠作用的无机物粉末,。为了改善润滑脂的某些性能，如极压、耐高温、导电、密封等性能，需要加一些固体填料。,常用的填料有多种多样，如，石墨、石棉、滑石、云母、铜粉、铝粉、锌粉、氧化铝、二硫化钼、硫酸钡等等。,(5),润滑脂的主要性能指标,润滑脂的稠度,锥入度,锥入度是衡量润滑脂的稠度,(,即软硬程度,),的指标，其测试是使用标准尺寸、质量,(150g),的金属锥体锤重置入温度,25,的脂中，,5s,时间 内脂的下降深度，用,1/10mm,为单位。,滴点,润滑脂在规定的条件下加热，润滑脂随温度升高而变软，从脂杯中滴下第一滴的温度称为滴点。,粘度,润滑脂与润滑油不同，随着运动速度的变化，润滑脂的皂纤维遭到不同程度的破坏，运动阻力在不断地变化，,润滑脂是非牛顿流体,。,润滑脂的粘度，随温度和剪切速度变化而变化，说,润滑脂的粘度，必须指出测定时的温度和剪切速度,。,抗水性,润滑脂抵抗温度和压力的影响，保持胶体结构的能力,称为胶体稳定性。,油与脂分离的现象为,“,析油,”,。析油严重的脂胶体稳定性差，如果油析出太多，就会影响脂的使用性能，甚至失效。,机械安定性,指润滑脂受到机械力作用后，其抵抗结构被破坏，抗稠度变化的能力。润滑脂的机械安定性是用其受剪切前后的锥入度变化值来表示。,4,、固体润滑剂,由于现代科学技术的迅速发展，特别是航天技术、原子能工业的发展，要求能够在超高温、超低温、高真空、强辐射、超高压等条件下工作的润滑剂。这些新的条件超出了润滑油、脂的作用极限。实践证明，在许多场合下固体材料有较好的润滑效果。,常用的固体润滑剂：石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯、尼龙,