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润滑

润滑是摩擦学研究的重要内容。改善摩擦副的摩擦状态以降低摩擦阻力减缓磨损的技术措施。一般通过润滑剂来达到润滑的目的。另外,润滑剂还有防锈、减振、密封、传递动力等作用。 充分利用现代的润滑技术能显著提高机器的使用性能和寿命并减少能源消耗。

相对运动物体表面加入第三种物质—润滑剂,降低摩擦、减少磨损,改善摩擦副的摩擦状态以降低摩擦阻力、减缓磨损的技术措施。

按摩擦副之间润滑材料的不同,润滑可分为流体(液体、气体)润滑和固体润滑(见润滑剂)。按摩擦副之间摩擦状态的不同,润滑又分为流体润滑和边界润滑。介于流体润滑和边界润滑之间的润滑状态称为混合润滑,或称部分弹性流体动压润滑。 

流体润滑  在适当条件下,两相互摩擦表面可以被一层具有一定厚度(1.5~2微米以上)的粘性流体隔开,由流体压力平衡外载荷,流体层内的分子大部分不受摩擦表面离子电力场的作用而可自由移动,即摩擦只存在于流体分子之间的润滑状态。流体润滑的摩擦系数很低(小于0.01)。按润滑膜压力的产生方式,流体润滑可分为动压润滑和静压润滑。

在传统的润滑力学研究中,摩擦体和润滑流体分别被看作为刚性体和粘性流体(牛顿流体)。实际上摩擦体是弹性体,不过有时可以把它简化为刚性体。需要考虑弹性变形和压力对粘度影响的流体动压润滑,称为弹性流体动压润滑。摩擦体处于塑性状态时需要考虑塑性效应的流体动压润滑,称为塑性流体动压润滑。流体润滑的传统研究方法始于1886年,奠基人为英国的O.雷诺。后人把传统润滑力学研究成果统称为经典润滑力学。

在流体润滑中,流体的粘性一般用粘度来评定。图1为假设流体为不可压缩并作层片状流动的模型。流体对切向运动的粘性剪切阻力,即切应力τ与速度梯度(流体速度u沿垂直于层片方向y的变化率)的关系为式中η为比例常数,即粘度,又称动力粘度。上述关系称为流体层流流动(图2)的内摩擦定律,又称牛顿内摩擦定律。流体的流动行为符合此定律的称为牛顿流体。对于脂类塑性体(称非牛顿流体)相应的内摩擦定律为式中 τ0为脂的初始剪切阻力。有时还应考虑流体流动对时间的依从关系。  雷诺方程是描述流体动压润滑膜压力分布的基本方程。传统的雷诺方程是基于粘性流体的运动方程,又称纳维-斯托克斯方程。它是与质量连续性方程合并后根据某些假设简化得出的。描述流体润滑膜压力分布的普遍雷诺方程为式中v1、v2分别为边界面1、2沿x方向的速度;t为时间;η为流体的动力粘度;p为流体膜的压力为流体的密度;h为膜厚度。此式左边两项表征膜压力分布,右边三项表明流体动压润滑膜压力产生的原因,即楔入效应、表面伸张效应和挤压效应。

通常表面伸张效应极微,可以忽略。当膜厚h无变化时,挤压效应也可忽略。因此在大多数工况下,润滑流体的楔入效应为产生膜压力的主要项。对于气体动压润滑,还要对上述普遍雷诺方程附加一状态方程,如认为润滑气体为真实气体,满足多方关系,则附加的方程为式中T为绝对温度;R为特定气体的气体常数;n为多方膨胀指数,n=cp/cv,cp和cv分别为定压比热容和定容比热容。当n=1时,为等温流动;当n=1.401(空气)时,为绝热流动。此外,当润滑膜中的温度变化很大,从而使粘度发生显著变化时,还须对普遍雷诺方程附加一能量方程联立求解。 

边界润滑 两相互摩擦表面间存在一层薄膜(边界膜)时的润滑状态。这种现象通常出机器起动或停

影响吸附膜润滑性能的因素有极性分子的结构和吸附量、温度、速度和载荷等。当极性分子中碳原子数目增加时,摩擦系数降低。极性分子吸附量达到饱和时,膜的润滑性能良好并稳定。当工作温度超过一定范围时,吸附膜将散乱或脱附,润滑失效。通常吸附膜的摩擦系数随速度的增加而下降,直到某一定值。在一般工况下,吸附膜的摩擦系数与干摩擦相同,不受载荷的影响。反应膜在极高压力下有很强的抗粘着能力,润滑性能比任何吸附膜更稳定,它的摩擦系数随速度的增加而增加,直到某一定值。反应膜常用于重载、高速和高温等工况下。 

在一定的工作条件下,边界膜抵抗破裂的能力称为边界膜的强度。它可用临界pv值、临界温度值或临界摩擦系数来表示。①临界pv值:在正常的边界润滑中,当载荷p或速度v加大到某一数值,摩擦副的温度突然升高,摩擦系数和磨损量急剧增大。边界膜强度达到极限值时相应的pv值称为临界pv值。②临界温度值:当摩擦表面温度达到边界膜散乱、软化或熔化的程度时,吸附膜发生脱附,摩擦系数迅速增大但仍具有某些润滑作用,这时的温度称为第一临界温度。当温度继续升高到使润滑油(脂)发生聚合或分解,边界膜完全破裂,摩擦副发生粘着,磨损剧增时的温度称为第二临界温度。临界温度是衡量边界膜强度的主要参数。③临界摩擦次数:边界膜达到润滑失效时所重复的摩擦次数称为临界摩擦次数 

在两个相对摩擦的表面之间加入润滑剂,形成一个润滑油膜的减磨层,就可以降低摩擦系数,养活摩擦阻力,减少功率消耗。例如在良好的液体摩擦条件下,其摩擦系数可以低到0.001甚至更低。此时的摩擦阻力主要是液体润滑膜内部分子间相互滑移的低剪切阻力。 

润滑剂在摩擦表面之间,可以养活由于硬粒磨损、表面锈蚀、金属表面间的咬焊与撕裂等造成的磨损。因此,在摩擦表面间供应足够的润滑剂,就能形成良好的润滑条件,避免油膜有破坏,保持零件配合精度,从而大大养活磨损。 

润滑剂能够降低摩擦系数,养活摩擦热的产生。我们知道运转的机械,克服摩擦所做的功,全部转变成热量,一部分由机体向外扩散,一部分则不断使机械温度升高。采用液体润滑剂的集中循环润滑系统就可以带走磨擦产生的热量,起到降温冷却,使机械控制在所要求的温度范围内运转。 

机械表面,不可避免地要和周围介质接触(如空气、水湿、水汽、腐蚀性气体及液体等)使机械的金属表面生锈、腐蚀而损坏。尤其是冶金工厂的高温车间和化工厂腐蚀磨损显得更为严重。 

蒸汽机、压缩机、内燃机等的汽缸与活塞,润滑油不仅能起到润滑减磨作用,而且还有增强密封的效果,使其在运转中不漏气,提高工作效率的作用。润滑脂对于形成密封有特殊作用,可以防止水湿或其他灰尘、杂质浸入摩擦副。例如采用涂上润滑脂的油浸盘根,对水泵轴头的密封既有良好的润滑作用,又可以防止泄漏和灰尘杂质浸入泵体而起到良好的密封作用。此外,润滑油还有减少振动和噪声的效能。 

润滑油或润滑脂的供应方法在设计中是很重要的,尤其是油润滑时的供应方法与零件在工作时所处的润滑状态有这密切的关系。 

向润滑表面施加润滑油的方法。 

针阀油杯和油芯油杯都可以做到连续滴油润滑,两者的区别就是针阀油杯在停车时同时停止供油,而油芯油杯在停车时继续滴油,会引起无用的消耗。 

油环套在轴颈上,下部浸在油中,当轴颈转动时会带动油环转动,将油带到轴颈表面进行润滑 

利用转动件或曲轴的曲柄等将润滑油溅成油星以润滑轴承 

用油泵进行压力供油润滑,可保证供油充分,能带走摩擦热以冷却轴承 

脂润滑只能间歇供应润滑脂,旋盖式油脂杯是应用的最广的脂润滑装置,杯中装满润滑脂后,旋动上盖即可将润滑脂挤入轴承中,有的也使用油枪向轴承补充润滑脂。 

随着人们环保意识的提高,润滑技术逐渐向高效、环保方向发展,水基冲压润滑技术正是科学发展的产物。其是一种合成物,综合了多种润滑成份的优点。润滑性能更好,特别是冷确性能良好,渗透性能好,对环境污染小,是冲压用润滑油发展的方向。水基润滑油主要应用于工件成型过程中的凸模拉延、冲孔、冲裁、弯曲等工艺,可以完成最难的深冲凸模拉延。经过专业冲压润滑技术和产品研发机构IRMCO做出大量实验,得出环保型水基冲压润滑较普通润滑的优势所在:1、增加模具寿命 2、高强度钢成型 3、降低原材料费用 4、节省能源 5、高效生产、增加附加值 6、保护环境 7、减少油污和废料 8、无油烟限制 9、杂项费用成本降低。   



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