Bearing-含油轴承.doc

目录Contents

第五章 磁铁(Magnet) . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
§5.1 永磁材料(Permanent Magnet Material). . . . . . 1
5.1.1 永磁材料的特性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1 剩磁Br、矫顽力Hcb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 内禀矫顽力Hcj . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
3 回复磁导率mr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
4 最大磁能积 (BH)max . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
5 磁感应温度系数ab、居里点Tc . . . . . . . . . . 2
6 各向同性輿各向异性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
5.1.2 永磁鐵氧體(Ferrite Magnet) . . . . . . . . . . . . . 3
1 鐵氧體的特點(Features of Ferrite) . . . . . . . . . 3
2 濕(Wet)壓成型與干 (Dry)壓成型. . . . . . . . . . 3
3 鋇(Ba)鐵氧體和鍶 (Sr)鐵氧體 . . . . . . . . . . . 4
4 粘接鐵氧體―橡膠磁鐵(Rubber Magnet) . . . 4
5 溫度特性、低溫不可逆去磁 . . . . . . . . . . . . . 5
5.1.3 釹鐵硼(NdFeB) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
5.1.4 鋁鎳鈷(AlNiCo)及稀土鈷(Rare Earth Co) . . 6
5.1.5 国內外電機用永磁材料磁性能 . . . . . . . . . . 6
§5.2 永磁電機對磁鐵的性能要求 . . . . . . . . . . . . 9
§5.3 磁鐵結構設計(Structure Design) . . . . . . . . 11
5.3.1 基本要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
5.3.2 直流馬達磁铁结构設計 . . . . . . . . . . . . . . . . 12
5.3.2.1 基本结构形式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
5.3.2.2 主要尺寸的确定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
5.3.3 永磁同步电机磁铁结构設計 . . . . . . . . . . . 15
5.3.3.1 磁路结构形式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5.3.3.2 主要尺寸的确定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5.3.4 JEI 常用磁铁 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
§5.4 磁鐵裝配 (Magnet Fixing) . . . . . . . . . . . . . 19
5.4.1 彈弓固定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
5.4.2 膠粘劑固定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5.4.3 橡膠磁鐵的裝配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5.4.4 同步電機磁鐵裝配 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
§5.5 充磁(Magnetization) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
5.5.1 充磁的基本要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5.5.2 充磁方式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
5.5.3 充磁夾具(Tooling) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

第六章 軸承 (Bearing) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
§6.1 杯士(Bushing) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6.1.1 概述(Introduction) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6.1.2 杯士的工作特性(Operating Characteristics) .. 38
6.1.2.1 滑動特性(Sliding Properties) . . . . . . . . . . . . 38
6.1.2.2 摩擦系數(Friction Coefficient) . . . . . . . . . . . 38
6.1.2.3 工作溫度(Working Temp) . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.1.2.4 負載特性(Load Properties) . . . . . . . . . . . . . . 39
6.1.2.5 杯士壽命(Bushing life) . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 6.1.3 杯士潤滑(Lubrication for Bushing) . . . . . . . . 40
6.1.3.1 流体潤滑(liquid Lubrication) . . . . . . . . . . . 40
6.1.3.2 邊界潤滑(Boundary Lubrication) . . . . . . . . . 42
6.1.3.3 混合潤滑(Mixing Lubrication) . . . . . . . . . . . 43
6.1.3.4 摩擦特性曲線(stribeck curve) . . . . . . . . . . . . 43
6.1.4 杯士油(Bushing Oils) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6.1.5 盃士入油(Oil Impregnation) . . . . . . . . . . . . . . 47
6.1.6 盃士設計(Bushing Design) . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.1.6.1 盃士的基本結構(Configuration) . . . . . . . . . 49
6.1.6.2 主要尺寸參數 (Dimensional Parameters) . . . 50
6.1.7 盃士的磨損(Wear) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
6.1.8 盃士裝配(Assembly) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
§6.2 波盃令(Ball Bearing) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6.2.1 波盃令型號识别(Grade Identification) . . . . . . 60
6.2.2 波盃令外形結構及主要尺寸 . . . . . . . . . . . . . 61
6.2.3 波盃令精度(Precision) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6.2.4 波盃令游隙(Play) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6.2.5 波盃令工作特性(Operating Characteristics) . . 65
6.2.5.1 負載能力(Load Capacity) . . . . . . . . . . . . . . 65
6.2.5.2 速度特性(Speed Characteristic) . . . . . . . . .. . 65
6.2.5.3 摩擦特性(Friction Characteristic) . . . . . . .. 65
6.2.5.4 調心性(Self-Align Capacity) . . . . . . . . . . . . 66
6.2.5.5 振動(Vibration) 和噪聲(Noise) . . . . . . . . . . 67
6.2.5.6 壽命(Life) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.2.6 波盃令潤滑(Lubrication) . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.2.7 波盃令失效形式(Failure Mode) . . . . . . . . . . . 69
6.2.8 波盃令裝配(Assembly) . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
§6.3 盃士與波盃令對比 (Comparison) . . . . . . . . . 70

37

第六章 軸承 (Bearing)
軸承是一種通用性機械零件，廣泛應用于各類旋轉機械。在马达中，軸承被用來支承電樞/轉子，保持電樞/轉子的準確位置，並承受由轉軸(Shaft)傳來的力。
軸承的種類很多，按其摩擦的性質，主要分為滾動軸承(Rolling Bearing)和滑動軸承(Sliding Bearing)兩大類。若按受力方向夕可分為：承受徑向力的向心軸承(也稱徑向軸承JournalBearing);承受軸向力的推力軸承(也稱止推軸承Thrust Bearing)；同時承受這兩種力的軸承稱為向心推力 軸承 (亦稱徑向止推軸承Radial Thrust Bearing)。在微马达中，主要使用滑動軸承類多孔質金屬含 油軸承 (即杯士Bushing)以及滾動軸承類的兩面帶密封圈或防尘蓋的深溝球軸承(即波杯令Ball Bearing)。
§6.1 杯士 (Bushing)
6.1.1 概述(Introduction)
利用粉末冶金方法生產的燒結金屬是一種多孔質材料，用它制成的滑動軸承稱為多孔質金屬軸承(Porosus Metal Bearing)，即我們通常所說的杯士(Bushing)。 浸透潤滑油(Lubricant) 的多孔質軸承稱為含油軸承(Oil-impregnated Bearing)。材料的孔隙率(Porosity)越高，油越多， 但強度低。當軸頸(Journal)在杯士中旋轉時，因摩擦而生熱，油和杯士材料受熱膨脹，把油 擠出孔隙，同时因轉軸旋轉产生抽真空现象把油吸出，此外还有孔隙对潤滑油的毛细作用，能使轉軸与杯士接触面之间形成一层运动状态的油膜，起连续潤滑作用。
6.1.1.1 杯士的種類(Type)
按材料成份，杯士可分為銅基杯士(Sintered Bronze Bearing) 和鐵基杯士(Sintered Iron Bearing)； 按外形分類，又分為千秋(Self Align)杯士、直身(Sleeve)杯士、凸緣(Flange)杯士和豬嘴杯士 (Hub Bushing)；按來源分，有采購杯士和內部制造杯士；采購杯士中，按杯士油分類，又有 BD、BR、 BS、BT、BZ 、FD、FR、FS、FT 、FZ 杯士等等，详见6.1.6.3.1。
6.1.1.2 銅杯士與鐵杯士(Sintered Bronze or Sintered Iron)
燒結金屬的多孔質構造雖與材料種類有關，但主要取決于金屬粉末的晶粒粗細及紋理；用來制造杯士的青銅和鐵都可以達到同樣的多孔質構造。實驗顯示，銅杯士與鐵杯士适應于相同的應用，因而從經濟上考慮應首選鐵杯士，尤其是体積較大消耗材料較多的杯士，例如AC馬達杯士及#600以上的DC馬達杯士。但鐵杯士承載能力稍低，且鐵容易生銹，相比之下銅杯士具有更好的可靠性。典型的銅杯士與鐵杯士性能對比見表6-1。
表6-1 銅杯士與鐵杯士
項目Item
單位Unit
銅基Copper Base
加銅鐵基
鐵基Iron Base
抗壓強度sb
MPa
150~200
300~400
200~300
最高軸頸速度V
m/s
7.5
/
4.0
最大PV值
MPa·m/s
1.75~2.00
1.75~2.00
1.4~1.75
熱導率l
W/(m·k)
41.8
/
41.8
線膨脹系數a
1/k
15´10-6
/
10´10-6
靜止最大載荷F
Mpa
52~70
100~138
55~70
6.1.1.3 石墨添加劑(Graphite Additive)
銅基或鐵基粉末加入少量石墨Graphite(最多2%)，可以增強杯士的耐磨性，並吸收杯士噪聲；在缺油情況下，石墨的自潤滑性對壽命很長的馬達更具有現實意義。但石墨的加入使杯士強度有所降低，並且，如果石墨含量過多(超過2%)，在50°C以上溫度，且杯士與軸頸間隙較大時，杯士油與石墨有可能會粘合硬化成漿糊狀(有點象水泥特性那樣)，溫度越高，這種粘合糊狀就越硬，影響杯士的滑動特性。
6.1.2 杯士的工作特性(Operating Characteristics)
6.1.2.1 滑動特性(Sliding Properties)
含油杯士具有良好的滑動特性以及在緊急情況下的短時無油運轉能力，由其特定的材料構造所決定。通過油孔為其提供足夠的潤滑油，這樣的杯士已證明能滿足長時間的連續運行或間隙運行。同時含油杯士可有較高的滑動速度，能夠確保象攪拌器、打漿機、吸塵器以及類似的高速旋轉機械可靠工作。而燒結金屬的孔隙構造，給予杯士以优良的吸聲性能，因此含油杯士也适應于要求滑動運轉的靜音設備及其它器械。
為了達到最有效的滑動特性，必須謹慎選擇潤滑油品牌以适應每一不同的工作，這與簨擇杯士的牌號及轉軸的材料一樣重要。
6.1.2.2 摩擦系數(Friction Coefficient)
根據Ringsolorff-Werke公司提供的資料，杯士的摩擦系數輿載荷大小以及軸頸的滑動速度有關，見圖6-1。通常，載荷大或滑動速度高時摩擦系數較小。

圖6-1 摩擦系數

6.1.2.3 工作溫度(Working Temp)
杯士的允許溫度范圍決定于所浸入的杯士油的牌號及品質。例如，如果油的粘度與杯士溫度不相配，溫度升高後油變得更稀沿軸項蠕動，甚至從杯士端面溢出，而油被流失溫度更加升高，最后會因材料的疲勞使杯士過早地失效。但是，如果在工作溫度條件下油太綢太粘(Stiff) 將引起附加摩擦，對靈敏及精密設備會導致意想不到的問題出現。
6.1.2.4 負載特性(Load Properties)
杯士的工作期限取決于單位面積載荷與軸頸線速度的乘積PV (the product of bearing load and sliding velocity)。表6-2是推荐的PV允許值，圖6-2 顯示了不同PV 值下單位面積的載荷 與軸頸線速度的關系，而圖6-3 顯示了不同內徑的杯士單位面積載荷與轉軸轉速的關系。

圖6-2 載荷P與速度V的關系
表6-2 PV 推荐值 kf/cm2·m/min
通用機械
General Purpose Machinery
1000
家用電器
Home electric appliances
500
辦公設備
Office electric machines
500
視听產品 Acoustic and
abrasion requirement specified
250
精密音響 Strict acoustic
requirement specified
200
軸向載荷
Axial load applied
200

圖6-3 載荷P 與轉軸直径d 及轉速n 的關系

6.1.2.5 杯士壽命(Life)
含油杯士的壽命取決于杯士油的消耗率，通常是將消耗含油量的40% 所需的時間視 為杯士壽命。這是因為含油量消耗了40% 以后，杯士的磨損加劇性能降低；考慮到溫度 的影響，通常認為杯士油的工作溫度不超過80°C。圖6-4 是表示溫度對杯士壽命的影響 的一個例子。

圖6-4 杯士壽命(示例)

6.1.3 杯士潤滑(Lubrication)
杯士潤滑主要有三種潤滑狀態，即流体潤滑(liquid Lubrication)、 混合潤滑(Mixing Lubrication) 和邊界潤滑(Boundary Lubrication)。
6.1.3.1 流体潤滑(liquid Lubrication)
流体潤滑有動壓潤滑與靜壓之分。
流体動壓潤滑(Liquid Hydrodynamic Lubrication)是在一定條件下，靠摩擦面的相互運動， 用粘性流体將兩摩擦面完全隔開，由流体的動壓力(即流体膜的內壓力)支承載荷(Load)，將摩擦面之間的固体摩擦變成流体內摩擦。
流体靜壓潤滑(Liquid Hydrostatic Lubrication) 是靠泵或其它外界壓力將加壓后的流体送入 兩摩擦表面之間，利用流体靜壓力來支承載荷。這種潤滑狀態因結構原因在微馬達中不便采用。
動壓潤滑與靜壓潤滑油膜壓力產生的原理不同但功能相同，統稱之為流体潤滑，也 稱完全潤滑(Perfect Lubrication) 或厚油膜(Thick-film)。
6.1.3.1.1 流体動壓潤滑原理
轉軸靜止時，軸頸與杯士孔在最下方直接接觸，如圖6-5(a)所示 。
轉軸剛開始旋轉時，杯士孔內還沒有形成壓力油膜，轉軸有逆轉向向上爬行趨勢，如圖6-5(b)所示 。
正常運轉中，由于表面摩擦溫度升高，杯士油從油孔流出，由摩擦表面的相對運動所產生的擠壓效應與楔效應，使油膜內產生足夠的壓力，由油膜壓力支承轉動的軸，使轉軸與杯士完全分開。此時，轉軸具有順轉向向上爬行的趨勢，見圖6-5(c)。
流体動壓潤滑兩摩擦面不直接接觸，表面相互滑動時只在流体分子間發生摩擦，其潤滑性能完全取決于流体的粘性，而與摩擦表面的材料無關；其主要特點是摩擦系數小，磨損小，可以緩和振動與沖擊。

(a) 靜止時Rest (b) 剛開始旋轉時Start (no oil) (c) 正常運轉中Run
圖6-5 流体動壓潤滑
6.1.3.1.2 油膜壓力的產生
現代潤滑理論是從雷諾(Osborne Reynolds) 的收斂油楔(Converging Film) 論述開始的。雷 諾認為：油進入圖6-5(c)所示的收斂的狹窄通道，其流速增加，由于油具有粘性(Viscosity), 油膜內產生的壓力可以舉起轉動的軸，使轉軸與軸承完全分開。那么，油膜是如何產生壓力來支承載荷(Load) 的呢？
1 擠壓效應(Squeezing Effect)
如圖6-6 所示，兩平行平面之間夾有一層油膜，當上表面以速度V 向下運動時，油膜 受擠壓，油膜兩端破裂，被擠壓的流体從兩表面之間的縫隙中流出，這時，由于壁面摩擦阻力的存在，流体中就產生壓力，直至油膜內壓力與外載荷平衡時，上表面才停止向下運動。這種被擠壓的油膜叫做擠壓膜，靠擠壓作用產生承載能力的現象稱為擠壓效應。在擠壓膜與上下表面的接觸處油層的流速為零，油膜厚度方向中心處流速最大，在X方向壓力按拋物線分布。擠壓效應是形成油膜壓力的主要因素之一，在往复運動的潤滑表面及受沖擊載荷的軸承中，擠壓效應具有重要意義。

圖6-6 擠壓效應
圖6-7 楔效應
2 楔效應(Vedgy Effect)
如圖6-7 所示，成一定夾角的兩相對運動平面之間形成收斂油楔，下表面沿力方向以
速度V 運動，在進口大、出口小的條件下，油膜沿物体運動方向逐漸變薄，由于流体的內 摩擦，各流層的流速按線性分布。由于流体是不可壓縮和連續的，則在油膜內必定產生一定的壓力，沿X方向形成壓力楔度dp/dx以減少入口潤滑油的流入，增大潤滑油的出口流量，從而保持流過各截面的流量相等。在油膜壓力為Pmax處dp/dx=0。油膜內形成的總壓力
∫P(x)dx支承處載荷。這種靠油膜的形狀產生壓力的效應稱為動壓效應或叫著楔效應。
顯然，杯士中油膜的內壓力主要是由楔效應和擠壓效應共同引起的。事實上，潤滑油流入楔形通道產生楔效應外，也必然受到擠壓作用產生齊壓效應。
6.1.3.1.3 流体動壓潤滑的條件
杯士在工作中要實現流体動壓潤滑，必須滿足兩個條件
a) 有充分的油量供應，使其相對滑動表面之間能形成連續的收斂油楔；
b) 油膜最小厚度應保證工作表面上的微凸体不發生直接接觸；

圖6-8流体潤滑的安全區域
為了防止杯士在工作中由于溫度過高、材料表面硬化及變形而導致流体潤滑膜的破坏，宜給出PV的极限值，工作中PV值不應超過此极限值。圖6-8給出了流体動壓潤滑的安全區域圖。當然，並不是安全區外的杯
士就不可使用，在杯士壽命相對碳精壽命而
言不存在問題的條件下，潤滑並不一定要達
到流体動壓狀態。
6.1.3.2 邊界潤滑(Boundary Lubrication)
流体動壓潤滑是杯士潤滑的理想狀
況，但它受到油的粘度、轉速、負載等
多方面的影響與限制，當油膜壓力不足
以支承載荷，或因負載變化等因素影響
使油膜破裂時，摩擦面直接接觸，即處
于邊界潤滑狀況。
6.1.3.2.1 邊界潤滑原理
靠潤滑劑的有机极性化合物吸附在金屬表面或與金屬表面反應生成固体潤滑膜而達到潤滑效果，這種潤滑狀態稱為邊界潤滑。相應地，因极性分子吸附在金屬表面形成的潤滑膜叫吸附膜，因化學反應生成的潤滑膜叫反慹膜，吸附膜與反應膜統稱為邊界膜。潤滑劑的邊界潤滑性能稱為潤滑性或油性(Oiliness)
邊界潤滑狀態下，杯士的潤滑性能主要取決于邊界膜的性質，同時與金屬材料有關，但與潤滑油的粘度無關。邊界潤滑遵循以下規則：
a) 潤滑表示的摩擦系數低于無潤滑表面的磨擦系數；
b) 潤滑劑分子的极性越強、分子越長，則摩擦系數越低。因此有些波杯令(BallBearing)
采用脂潤滑比用礦物油潤滑更能降低摩擦系數；
c) 對同一對摩擦表面來說，無油時摩擦系數大的金屬表面，加油潤滑后其摩擦系 數也大。
6.1.3.2.2 影響邊界膜潤滑性能的因素
1 溫度
各種吸附膜的吸附強度隨溫度升高而下降，達到一定溫度后，將失向、散亂以至脫離金屬面，喪失潤滑性能。引起吸附膜脫吸的溫度稱為臨界溫度。
與吸附膜相反，反應膜須在一定溫度下方能形成，該溫度稱為反應溫度。
2 邊界膜厚度
极性分子越長，吸附膜越厚，摩擦系數越低；並且，吸附膜上可以再吸附极性分子，形成第二層、第三層吸附膜，摩擦系數隨吸附分子的層數增加而減小；三層膜的摩擦系數比單層膜約減小50%，但隨著層數增加，其影響越小且吸附強度越低。
3 极性分的濃度
各種不同的极性分子在金屬表面的吸附都有一個最大值，稱為飽和吸附量。在達到飽和吸附量之前，摩擦系數隨极性分子的濃度增加而減小，隨著吸附量的增加。濃度對摩擦系數的影響越來越小，但潤滑劑酸值增大，易于氧化變並腐蝕金屬表面。
6.1.3.2.3 提高邊界潤滑性能的方法
合理選擇金屬材料和潤滑劑、降低摩擦表面粗糙度，可以有效提高邊界膜的強度；而在潤滑劑中添加一定量的油性添加劑(Oily Additives)或极壓添加劑(Extreme-Pressure Additives)可以 顯著地提高邊界膜的潤滑性能。

I 純礦物油 II 含有油性添加劑
III 含有极壓添加劑
IV 既含油性添加劑又含极壓添加劑
圖6-9 摩擦系數輿添加劑
如圖6-9所示，純礦物油(曲線I)摩擦系
數¦很大，可以認為不可作為杯士潤滑使用；
含有油性添加劑的礦物油(曲線II)在較低的溫
度范圍內摩擦系數¦較小，但到一定溫度(臨
界溫度)后吸附膜脫落，摩擦系數增大；含有
极壓添加劑的礦物油(曲線III)在低溫階段摩擦
系數較大，到達一定溫度(反應溫度)后能形
成良好的反應膜，摩擦系數迅速降低；既含油
性添加劑又含极壓添加劑的潤滑油(曲線IV)，
若臨界溫度接近反應溫度，則在极大溫度范
圍內均有較好的潤滑性能。
6.1.3.3 混合潤滑(Mixing Lubrication)
當油膜的厚度較薄時，局部表面的輪廓頂部可能穿透潤滑膜而直接接觸，形成邊界潤滑，而在其它區域仍處于流体潤滑狀態。邊界潤滑和流体潤滑同時存在的狀態稱為混合潤滑，又稱不完全潤滑(Imperfect Lubrication)或薄油膜(Thin-film)。混合潤滑的特性是流体潤滑與 邊界潤滑兩種特性的綜合反映。
微馬達的杯士潤滑，由于杯士間隙很小，加之轉軸的扰度(彎枝)以及兩端杯士的對中偏差，難以形成足夠的油膜厚度達到流体動壓潤滑狀態，因而杯士通常的潤滑狀態就是混合潤滑。
6.1.3.4 摩擦特性曲線—斯特里拜克曲線(stribeck curve)
表示粘性力的潤滑油粘度與滑動速度的乘積hV與載荷P之比，稱為薩默菲尔德數 (sommerfeld Number)，也稱載荷系數(load Coefficient)。它表明了油的粘性力所引起的動壓效應， 是表征承載能力的重要特征參數。
摩擦系數¦隨薩默尔德數hV/P的變化曲線稱為斯特里拜克曲線(stribeckcurve)，也稱摩擦特性曲線，見圖6-10。Stribeck曲線說明了各種潤滑狀態下摩擦系數的變化特征。
圖6-10 Stribeck曲線
在邊界潤滑區(I)，摩擦系數開始几乎不變，然后隨hV/P值增大而下降，轉入混合潤滑區(II)。在混合潤滑區，摩擦系數繼續隨hV/P值增大而線性下降，然后又變為上升；當近似成為線性上升時，進入流体動壓潤滑區(III)。
6.1.3.5 各種潤滑狀態的特性對比
潤滑膜厚度h與兩摩擦面的表面輪廓算朮平均偏差Ra之和的比，稱為膜厚比，即
∧ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (6-1)
不同潤滑狀態的特性對比見表6-3。
表6-3 潤滑狀態的特性對比
潤滑狀態
Lubrication Regime
摩擦面接觸狀況
Contact of Fri. surface
油膜厚度
h (m)
膜厚比
∧
摩擦系數
Friction Coef.
磨損情況
Wear Degree
負載狀況
PV
流体動壓潤滑
Thick Film
僅僅在剛起動
及即將停止時才接觸
0.1~1
5~10
0.001~0.005
無
高速輕載
混合潤滑
Thin Film
斷續接觸
0.05~0.1
1~5
0.005-0.05
輕微
(高溫)
邊界潤滑
Boundary
面接觸
邊界膜
0.05以下
£1
0.05~0.15
較嚴重
重載低速
6.1.4 杯士油(Bushing Oils)
凡能降低摩擦阻力的介質都可稱為潤滑劑(Lubricant)，因此，潤滑劑可以是氣体、液体、半液体和固体。在液体潤滑劑中應用最廣泛的是潤滑油(Lubricating Oils)，包括礦物油(Mineral Oils)、植物油(Vegetable Oils)、合成油(Synthetic Oils)等，廣義的潤滑油還包括半液体的脂(Grease)。 油的粘度相對較低，允許的工作速度高，脂的粘度大內摩擦阻力大，允許的工作速度相對較低，但承載能力大。波杯令(Ball Bearings)可以使用油潤滑也可以采用脂潤滑，但由多孔 質燒結金屬制成的杯士，只能采用油潤滑。
6.1.4.1 杯士油的作用(Functions)
杯士油的主要作用是減小杯士與軸頸的摩擦，減少杯士的磨損，這是人人皆知的。但是，對于大多數微馬達來說，杯士的壽命與碳精相比並不存在問題，而油膜吸收及減小噪聲和振動，比減少磨損更為重要。此外，油膜還具有對金屬表面的保護作用，防止杯士及軸頸的銹蝕與腐蝕，降低摩擦熱等功能。
6.1.4.2 杯士油類型(Type)
杯士油通常是礦物油及合成油。
礦物油是從石油原油中提煉出汽油煤油后的渣油中提煉出來經過精制而成的。它基本上是由碳氫化合物組成，但有數以千計的不同種類的結構變化及分子重量，同時還含有几種量少但很重要的氮、氧和硫等元素的衍生物。
礦物油根据其生產工藝不同，可分為餾分油、殘渣油、調合油三種類型。
餾分油是利用降低壓力使油料沸點降低的原理提煉出來的減壓渣油，經溶劑或酸碱精制而成，一般含瀝青質和膠質較少，极性分子少，粘度低，油性差。
殘渣油是減壓渣油經丙烷脫瀝青、溶劑脫蜡等過程精制而成的高粘度油，生產工藝較复雜，成本較高。
調合油是將餾分油和殘渣油按各種不同比例調合而成的潤滑油，調合比例不同，得到的粘度、凝點等性能也不同。通常只選用品種與用途相同的油互相摻配以改變粘度。如果將含有不同添加劑的油互相摻配，應保證添加劑無化學反應。
合成潤滑油是用有机合成的方法制成的具有特定結構和性能的潤滑油。由于它具有一些特殊的性能，能滿足一般礦物油難以滿足的要求。合成油通常具有很高的粘度指數及很大的工作溫度范圍，允許工作溫度可達-60°C~+150°C，間歇工作最高可達200°C，而礦物油允許工作溫度一般為-30°C~120°C。
6.1.4.3 杯士油的特性(Properties)
6.1.4.3.1 粘度(Viscosity)
粘度是指流体分子間受外力作用而產生相對運動時所發生的內摩擦阻力。它反映了流体的流動阻力，表現為流体的粘糊程度，是評价和選擇潤滑油的主要指標。
根据馬達轉速、負載大小、以及杯士間隙大小、工作溫度等條件選用杯士油時，首先應考慮油的粘度是否合适。粘度小承載能力低，容易形成邊界潤滑加速杯士磨損；粘度大油膜承載能力大，但內阻大，滲透性差，散熱差，會使溫度升高，粘度降低，因而靠粘度提高承載能力受到限制。
粘度有絕對粘度(Absolute Viscosity)和相對粘度(Relative Viscosity，也稱條件粘度)之分。絕 對粘度又有動力粘度(Dynamic Viscosity)和運動粘度(Kinematic Viscosity)；相對粘度因各國采用 的單位(Unit)不同，又分恩氏粘度(Degrees Engler)，雷氏粘度(Redwood No.1 Seconds)和賽氏粘度 (Saybolt Universal Seconds)。國內及独联体地區、德國等習慣使用恩氏粘度°Et，英國使用雷氏 粘度，美國用賽氏粘度。
1 動力粘度(Dynamic Viscosity)
流体中有兩層面積為1cm2、相距1cm的平行流体面，以1cm/s的相對速度運動時，其阻力為1dyne(達因)，則稱流体的動力粘度為1P(泊)。動力粘度簡稱絕對粘度或粘度，它直接反映了流体內摩擦力的大小。
在國際單位制(SI)中，動力粘度的單位是帕×秒(Pa×s)或牛頓×秒/米2(N×s/m2)；而在厘米克秒制 (CGS) 中單位是泊(P) ，使用更多的是厘泊(cP)。換算公式為:
1cP = 0.01P =0.001Pa.s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (6-2)
溫度為 t°C 時的動力粘度通常用符號 ηt 表示。
2 運動粘度(Kinematic Viscosity)
很多粘度計不能直接測量動力粘度, 而是測量動力粘度 ηt 與流體密度p 的比值，即 流體運動粘度Vt 。在JEI 圖紙規格中所標明的潤滑油的粘度即為運動粘度。
在國際單位制(SI) 中，運動粘度的單位為 m2/s; 在 CGS 單位制中，運動粘度的單位是 cm2/s, 稱為沱(St)，但最常用的是厘沱(cSt) 即 mm2/s。換算公式為 :
1cSt = 10-2 St = 10-6 m2/s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (6-3)
3 恩氏粘度(Degrees Engler)
恩氏粘度是指在一定溫度下200ml 流體從恩氏溫度計中全部流出所需的時間(秒) 與 200ml 20˚C 時的蒸餾水從恩氏溫度計中全部流出所需的時間(秒) 之比。通用的測定溫度為 20˚C，50˚C 和100˚C，故常用的恩氏粘度為 ˚E20, ˚E50 和 ˚E100。
6.1.4.3.2 粘度指數(viscosity Index)
潤滑油的粘度隨溫度變化而變化。當溫度升高時粘度降低，溫度降低時粘度增大。潤滑油粘度隨溫度而改變的程度與標準潤滑油變化程度相比較的相對值即為粘度指數(VI 值)，它是評价潤滑油粘溫特性的最常用的方法。潤滑油的粘度指數高，表示它的粘度隨溫度變化小，粘溫特性良好; 反之，粘溫特性差。
確定粘度指數的方法是將被試油與兩種標準油進行對照。兩種標準油的粘度指數分別規定為100 和0，並且使它們在100˚C時的運動粘度V100 與待測油的V100 相等，再根據 它 們在40˚C 時的運動粘度V40，按式