润 滑 技 术

光谷子

润 滑 技 术

1.润滑的作用



润滑对机械设备的正常运转起着重要的作用。   
    （1）降低磨擦系数
    在两个相对磨擦的表面之间加入润滑剂，形成一个润滑油膜的减磨层，就可以降低磨擦系数，养活磨擦阻力，减少功率消耗。例如在良好的液体磨擦条件下，其磨擦系数可以低到0.001甚至更低。此时的磨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。   
    （2）减少磨损
    润滑剂在磨擦表面之间，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，在磨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。
   
    （3）降低温度
    润滑剂能够降低磨擦系数，养活磨擦热的产生。我们知道运转的机械，克服磨擦所做的功，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，起到降温准却，使机械控制在所要求的温度范围内运转。
   
    （4）防止腐蚀、保护金属表面
    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。
   
    （5）清洁冲洗作用
    磨擦副在运动时产生的磨损微粒或外来介质等，都会加速磨擦表面和磨损。利用液体润滑剂的流动性，可以把磨擦表面间的磨粒带走，从而减少磨粒磨损。在压力循环系统中，冲洗作用更为显著。在冷轧、热轧以及切削、磨削、拉拔等加工工艺中采用工艺润滑剂，除有降温冷却作用外，还有良好的冲洗作用，防止表面补固体杂质划伤，使加工成品（钢材）表面具有较好的质量和表面粗糙度。例如在内燃机汽缸中所用的润滑油里加入悬浮分散添加剂，使油中生成的凝胶和积炭从汽缸壁上洗涤下来，并使其分散成小颗粒状悬浮在油中，随同循环油过滤器滤除，以保持油的清洁，减少汽缸的磨损，延长换油周期。
   
    （6）密封作用
    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、杂质浸入磨擦副。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。  
2.润滑的分类
1．根据润滑剂的物质形态分类
   
    （1）气体润滑
    采用空气、蒸汽或氦气等某些惰性气体作为润滑剂，可使磨擦表面被高压气体分隔开。如航海用的惯性陀螺仪；重型机械中垂直透平机的推力轴承；大型天文望远镜的转动支承；高速磨头的轴承等都可用气体润滑。气体润滑的最大优点是磨擦系数极小，几乎接近于零。气体的黏度不受温度的影响，所以气体润滑的轴承，阻力小、精度高。
   
    （2）液体润滑
    轧钢机的减速机、齿轮座、精密油膜轴承等，均采用不同黏度和性能的液体润滑油润滑。液体润滑剂包括矿物润滑油、合成润滑油、乳化油。水也可以作为初轧机胶木轴瓦的润滑剂和冷却剂。

    （3）半固体润滑
    润滑脂是一种介乎流体和固体之间的一种塑性状态或膏脂状态的半固体物质。它包括各种矿物润滑脂、合成润滑脂、动植物脂等。广泛用于各种类型的滚动轴承和垂直安装的平面导轨上。

    （4）
    利用具有特殊润滑性能的固体润滑剂，如石墨、二硫化钼、二硫化钨等，代替润滑油、脂隔离磨擦接触表面，形成良好的固体润滑膜，以达到养活磨擦、降低磨损的良好润滑作用。

2．根据润滑膜在磨擦表面间的分布状态分类
    （1）全膜润滑
    磨擦面之间有润滑剂，并能生成一层完整的润滑膜，把磨擦表面完全隔开。磨擦副运动时，磨擦是在润滑膜的内部分子之间的内磨擦，而不是磨擦面的直接接触的外磨擦，这种状态称为全膜润滑。这是一种理想的润滑状态。

    （2）非全膜润滑
    磨擦表面由于粗糙不平或因载荷过大、速度变化等因素的影响，使润滑膜遭到破坏，一部分为干磨擦，这种状态称为非全膜润滑。一般由于运动速度变化（启动、制动、反转），受载性质变化（突加、冲击、局部集中、变载荷等）以及润滑不良时，设备经常出现这种状态，其磨损也比较快。我们应当力求减少和避免这种状态。  
3.润滑的原理
   
    磨擦副在全膜润滑状态下运行，这是一种理想的状况。但是，如何创造条件，采取措施来形成和满足全膜润滑状态则是比较复杂的工作。人们长期生产实践中不断对润滑原理进行了探索和研究，有的比较成熟，有的还正在研究。现就常见到的动压润滑、静压润滑、动静压润滑、边界润滑、极压润滑、固体润滑、自润滑等的润滑原理，作一简单介绍。

1．动压润滑
    通过轴承副轴颈的旋转将润滑油带入磨擦表面，由于润滑油的黏性和油在轴承副中的楔形间隙形成的流体动力作用而产生油压，即形成承载油膜，称为流体动压润滑。流体动压润滑理论的假设条件是润滑剂等黏性，即润滑油的黏度在一定的温度下，不随压力的变化而改变；其次是假定了生相对磨擦运动的表面是刚性的，即在受载及油膜压力作用下，不考虑其弹性变形。在上述假定条件下，对一般非重载（接触压力在15MPa）的滑动轴承，这种假设条件接近实际情况。但是，在滚动轴承和齿轮表面接触压力增大至400~1500MPa时，上述假定条件就与实际情况不同。这时磨擦表面的变形可达油膜厚度的数倍，而且润滑的金属磨擦表面的弹性变形和润滑油黏度随压力改变这两个因素，来研究和计算油膜形成的规律及厚度、油膜截面形状和油膜内的压力分布更为切合实际这种润滑就称为弹性流体动压润滑。

2．静压润滑
    通过一套高压的液压供油系统，将具有一定压力的润滑油以过节流阻尼器，强行供到运动副磨擦表面的间隙中（如在静压滑动轴承的间隙中、平面静压滑动导轨的间隙中、静压丝杆的间隙中等）。磨擦表面在尚未开始运动之前，就被高压油分隔开，强制形成油膜，从而保证了运动副能在承受一定工作载荷条件下，完全处于液体润滑状态，这种润滑称为液体静压润滑。

3．动、静压润滑
    随着科学技术的发展，近年来在工业生产中出现了新型的动、静压润滑的轴承。液体动、静压联合轴承充分发挥了液体动压轴承和液体静压轴承二者的优点
，克服了液体动压轴承和液体静压轴承二者的不足。主要工作原理：当轴承副在启动或制动过程中，采用静压液体润滑的办法，将高压润滑油压入轴承承载区，把轴劲浮起，保证了液体润滑条件，从而避免了在启动或制动过程中因速度变化不能形成动压油膜而使金属磨擦表面（轴颈表面与轴瓦表面）直接接触产生的磨擦与磨损。当轴承副进入全速稳定运转时，可将静压供油系统停止，和用动压润滑供油形成动压油膜，仍能保持住轴颈在轴承中的液体润滑条件。
    这样的方法，从理论上来讲，在轴承副启动、运转、制动、正反转的整个过程中，完全避免了半液体润滑和边界润滑，成为液体润滑。因此，磨擦系数很低
，只要克服润滑油黏性所具有的液体内部分子间的磨擦阻力就行。此外，磨擦表面完全被静压油膜和动压油膜分隔开，所以，若情况正常，则几乎没有磨损产生
，从而大大地延长了轴承的工作寿命，节约了动能消耗。

4．边界润滑（即边界磨擦）
    边界润滑是从磨擦面间的润滑剂分子与分子间的内磨擦（即液体润滑）过渡到磨擦表面直接接触之前的临界状态。这时磨擦界面上存在着一层吸附的薄膜，厚度通常为0.1µm左右，具有一定的润滑性能。我们称这层薄膜为边界膜。边界膜的润滑性能主要取决于磨擦表面的性质；取决于润滑剂中的油性添加剂、极压添加剂对金属磨擦表面形成的边界膜的结构形成，而与润滑油口的黏度关系不大。

5．极压润滑
    极压润滑是属于边界润滑的一种特殊情况，也就是磨擦副处在重载（或高接触应力）、高速、高温条件下，润滑油中的极压添加剂与金属磨擦表面起反应生成一层化学反应膜，将两磨擦表面分隔开，并起到降低磨擦系数、减缓磨损（或改变金属表面直接接触的严重磨损），达到润滑的作用，就称为极压润滑。

6．固体润滑
    在磨擦面之间放入固体粉状物质的润滑剂，同样也能起到良好的润滑效果。在两磨擦面之间有固体润滑剂，它的剪切阻力很小，稍有外力，分子间就会产生滑移。这样就把两磨面之间的外磨擦转变为固体润滑剂分子间的内磨擦。固体润滑有两个必要条件，首先是固体润滑剂分子间应具有低的剪切强度，很容易产生滑移；其次是固体润滑剂要能与磨擦面有较强的亲和力，在磨擦过程中，总是使磨擦面上始终保持着一层固体润滑剂，而且这一层固体润滑剂不腐蚀磨擦表面。一般在金属表面上是机械附着，但也有形成化学结合的。具有上述性质的固体物质很多，例如石墨、二硫化钼，滑石粉等。
    对于非层状结构固体润滑剂或软金属来说，主要是以其剪切力低，起到润滑作用，然后使它附着在磨擦表面形成润滑膜。对于已经形成的固体润滑膜的润滑机理，可以按边界润滑机理近似的解释其润滑作用。

7．自润滑
    以上所讲的几种润滑，在磨擦运动过程中，都需要向磨擦表面间加入润滑剂
。而自润滑则是将具有润滑性能的固体润滑剂粉末与其他固体材料相混合并经压制、烧结成材，或是在多孔性材料中浸入固体润滑剂；或是用固体润滑剂直接压制成材，作为磨擦表面。这样在整个磨擦过程中，不需要加入润滑剂，仍能具有良好的润滑作用。自润滑的机理包括固体润滑、边界润滑，或两者皆有的情况。例如聚四氟乙烯制品作成的压缩机活塞环、轴瓦、轴套等都属自润滑，因此在这类零件的过程中，它不需再加任何润滑剂也能保持良好的润滑作用。


4.稀油集中润滑
   
    集中润滑系统具有明显的优点，因为压力供油有足够的供量，因此可保证数量众多、分布较广的润滑点及时得到润滑，同时将磨擦副产生的磨擦热带走；磨擦表面的金属磨粒等机械杂质，随着油的流动和循环将杂质带走并冲洗干净，达到润滑良好、减轻磨擦、降低磨损和减少易损件的消耗、减少功率消耗、延长设备使用寿命的目的。但是集中润滑系统的维护管理比较复杂，调整也比较有困难
。每一环节出现问题都可能造成整个润滑系统的失灵，甚至停产。所以还要在今后的生产实践中不断加以改进。
    在整个润滑系统中，安装了各种润滑设备及装置，各种控制装置和仪表，以调节和控制润滑系统中的流量、压力、温度、杂质滤清等，使设备润滑更为合理
。为了使整个系统的工作安全可靠，应有以下的自动控制和信号装置。

1．主机启动控制
    在主机启动前必须先开动润滑油泵，向主机供油。当油压正常后才能启动主机。如果润滑油泵开动后，油压波动很大或油压上不去，则说明润滑系统不正常。这时，即使按下了操作电钮主机也不能转动，这是必要的安全保护措施。控制联锁的方法很多，一般常采用在压油管路上安装油压继电器，控制主机操作的电气回路。

2．自动启动油泵
    在润滑系统中，如果系统油压下降到低于工作压力（0.05MPa），这时备用油泵启动，并在启动的同时发出示警信号，红灯亮、电笛鸣，这时值班人员根据示警信号立即进行检查并采取措施消除故障。待系统油压正常后，备用泵即停止工作。

3．强迫停止主机运行
    当备用油泵启动后，如果系统油压仍继续下降（低于工作压力）（0.08~
1.25MPa）则油泵自动停止运行并发出信号；强迫主机也停止运行，同时发出事故警报信号，红灯亮、电笛鸣。

4．高压信号
    当系统的工作压力超过正常的工作压力0.05MPa时，就要发出高压信号，绿灯亮、电笛鸣。值班人员应立即检查并消除故障。
    启动备用油泵、强迫主机停转等，常是采用电接触压力计及压力继电器来进行控制的。

5．油箱的油位控制
    油箱的油位控制常采用带舌簧管浮子式液位控制器。当油箱油位面不断地下降，降到最低允许油位时，液位控制器触点闭合，发出低液位示警信号，红灯亮、电笛鸣，同时强迫油泵和主机停止运行。当油箱油位面不断升高（可能是水或其他介质进入油箱内），达到最高油液位面时，则发出高液位示警信号，红灯亮、电笛鸣，应立即检查，采限措施，消除故障。

6．油箱加热控制
    在寒冷地区或冬季作业时，应加热油箱中的润滑油，润滑油温度一般维持在40°C左右，以保持油的流动性，否则整个系统的控制因温度低、油的黏度增加而发生困难。加热的方法有两种，一种是用蒸汽加热，比较缓和；另一种是用电热元件加热。后一种加热方式比较剧烈，有时会使油质发生热裂化反应，降低黏度并生成胶质沉淀。这两种方法都装有自动调节温度的装置，当油温升到规定温度时，即自动断电或断汽。

7．系统自动测温装置
    系统中有关部位的温度在运行中都要进行定时测量，以便掌握运行情况。如油箱、排油管、进、出冷却器的油温和水温，都要随时测量。为此，采用了温度自动测量装置。常用的测量装置是热敏元件和电桥温度计，只需扭动操作盘上的转换开关，就可测出各部位的温度。

8．过滤器自动启动
    当油流进出过滤器的压差大于0.05~0.06MPa时，过滤器被阻塞。应自动启动过滤器，以清除圆盘式过滤器内滤筒周围的杂质。通常用电接触差式压力计来控制，当压差减小（或恢复到允许压差范围）后，就切断电源自动停止滤筒清刮
    稀油集中润滑中还包括以下两种润滑系统：

1．回转活塞泵供油的集中循环润滑系统

2．齿轮油泵供油的循环润滑系统   


5.干油（润滑脂）润滑系统
在各种机械设备中，除了广泛地采用稀油润滑外，在许多磨擦副中还采用了润滑脂（简称干油）润滑。例如：高炉炉顶设备的某些磨擦副；炼钢车间炉倾动机构的齿圈啮合部位；各种冶金起重机上的某些润滑点；轧钢厂轧机轴承座与机架窗口的平面磨擦副；矫直机矫直辊轴承，剪切机组的某些磨擦副；辊道组的轴承等。根据磨擦副的情况不同，不有采用单独分散的润滑方式（即由人工定期用加脂枪向润滑点或油脂杯添加润滑脂）；有的则因磨擦副的数量多，工作条件的限制，用人工加脂有一定的困难（如高温、润滑点多、人工加脂忙不过来、人工加脂不易接近润滑点），则必须采用干油集中润滑系统定期加润滑脂。
    干油集中润滑的分类：
    干油集中润滑系统就是以润滑脂作为机械磨擦副的润滑介质，通过干油站向润滑点供送润滑脂的整套设备。由于干油集中润滑系统的研究依据不同，所以分类的方法也不同。目前一般的分类方法是：

1．根据往润滑点供脂的管线数量分
    （1）单管线（单线）供脂的干油集中润滑系统
    （2）双管线（双线）供脂的干油集中润滑系统

2．根据供脂的驱动方式分
    （1）手动干油集中润滑



                       手动干油集中润滑系统
1—手动干油站；2—干油过滤器；3—双线给油器；4—输油脂支管；5—轴承副

6—换向阀；Ⅰ、Ⅱ—输油脂主管
    （2）自动干油集中润滑系统。由于动力源不同，又可分为：电动与风动两类。        
                       
3．根据双线供脂管路布置型式分
    （1）流出（端流）式干油集中润滑系统
            


流出式干油集中润滑系统
1—电动干油站；2—电磁换向阀；3—干油过滤器；4—输油脂支管；5—轴承副

6—换向阀；Ⅰ、Ⅱ—输油脂主管
6.油雾润滑系统
   
    油雾润滑装置以压缩空气作为动力，使油液雾化，即产生一种像烟雾一样的、粒度在2µm以下的干燥油雾，然后经管道输送到润滑部位。在油雾进入润滑点之前，还需通过一种称为“凝缩嘴”的元件，使油雾变成大的、湿润的油粒子，再投向磨擦表面进行润滑。压缩空气及部分微小的油雾粒子，经过密封缝隙
或专设的排气孔排到大气。
    油雾润滑适用于封闭的齿轮、蜗轮、链条、滑板、导轨以及各种轴承的润滑
。目前，在冶金企业中，油雾润滑装置用于大型、高速、重载的滚动轴承较为普遍（如偏八辊冷轧机的支撑辊轴承）。
    油雾润滑与其他润滑方式比较，具有许多独特的优点：

1．油雾能随压缩空气弥散到所有需要润滑的磨擦部位。可以获得良好而均匀的润滑效果；

2．压缩空气比热小、流速高，很容易带走磨擦所产生的热量。

3．大幅度降低了润滑油的耗量。

4．较稀油循环润滑系统结构简单轻巧，占地面积小，动力消耗低，维护管理方便，易于实现自动控制，成本低；

5．由于油雾具有一定的压力，因此可以起良好的密封作用，避免了外界的杂质、水分等侵入磨擦副。
    但油雾润滑也存在一些缺点，选用时应注意以下几点：

1．在排出的压缩空气中，含有少量的浮悬油粒，污染环境，对操作人员健康不利。所以需增设抽风排雾装置；

2．不宜用在电机轴承上。因为油雾侵入电机绕组将会降低绝缘性能，缩短电机使用寿命；

3．油雾的输送距离不宜太长，一般在30m以内较为可靠，最长不得超过80m;

4．必须具备一套压缩空气系统。
    由于油雾润滑的上述缺点，在一定程度上限制了它的使用范围。但它的独特优点，则是其他润滑方式所无法比拟的。所以在冶金设备上，将获得越来越广泛的应用。
7.干油喷射润滑系统
      
    干油喷射润滑和油雾润滑一样，也是依靠压缩空气为动力的一种润滑方式。由于干油黏度太大，它不能像油雾润滑那样，利用文氏管效应形成雾状。而是靠单独的泵（干油站）来输送油脂。油脂在喷嘴与压缩空气汇合，并被吹散成颗粒状的油雾，随同压缩空气直接喷射到磨擦副进行润滑。它的显著特点是润滑剂能超越一定的空间，定向、定量而均匀地投到磨擦表面。不仅使用方便、工作可靠
用油节省，而且在恶劣的工作环境下，也能获得较好的润滑效果。这种润滑方法简称喷射润滑。
      干油喷射装置特别适用于冶金、矿山、水泥、化工、造纸等行业的大型开式齿轮（如球磨机、回转窑、挖掘机、高炉布料器等）以及钢丝绳、链条的润滑。
      
    干油喷射润滑系统的操作与维护
      在新安装或经过检修后的传动装置投入运转前，都要在被润滑的表面上均匀地涂抹一层与喷射装置相同的润滑脂。因为在第一次运转时，干油喷射系统还不能立即提供充分的润滑脂，需要用人工预涂。使用喷射装置时，还应当注意以下几点：

1．使用的油脂必是经过过滤的、质地均匀的、针入度适当的油脂。油脂中混入杂质，不但影响雾化效果，甚至有堵塞喷嘴的危险。为了便于雾化，一般需在润滑脂中加入20%左右的高黏度润滑油（如轧钢机油、汽油、机油等），其针入度不低于300。如果加强耐磨性，可在油脂中加入适量的二硫化钼，或使用标准牌号的二硫化钼润滑油膏；

2．压缩空气必须保证足够的压力（即不低于0.45MPa）。空气应保持清净和干燥。有条件时，最好在进气管路中装设气动三大件（即分水滤气器、空气调压阀、油雾发生器），这样可以延长控制阀和喷嘴的使用寿命；

3．手动干油站的最大工作压力应保持在7MPa以下。新安装的干油喷射装置，使用前整个系统应充满油脂；

4．贮油筒要保持足够的润滑脂，不允许抽空。否则空气进入系统，影响喷雾；

5．要定期检查被润滑的齿轮齿面是否得到充足的润滑剂，喷嘴的角度是否有变化等。如需调节油量，可拧动给油器上的调节螺丝进行调整（调整范围为1.5~5mm/每循环）；

6．整个喷射装置必须定期清洗，确保系统畅通灵活。开式齿轮传动，亦应根据现场工作条件，适时清除残留在齿面上的积垢。
8.油气润滑
      
    油气润滑是最近几年才发展起来的一种润滑装置，它与油雾润滑相似，但又不同于油雾润滑。油气润滑与油雾润滑相似，都是以压缩空气为动力将稀油输送到轴承，而不同的是油气润滑并不将油撞击为细雾，而是利用压缩空气流动把油沿管路输送到轴承，因此不再需要凝缩。凡是能流动的液体都可以输送，不受黏度的限制。空气输送的压力较高，3×105Pa左右。轴承箱内的气压也较高，0.3×105Pa左右。正常运行时，轴承箱内保持一定的润滑油液位，所以给油量可根据实际消耗量而定，因此润滑油是间隙补给，而空气才是连续供给。由于润滑点较多，要把油气混合体均匀地分别输送到各个轴承，这在几年前还是一个难题。现在发明了一种特波油路分配器，解决了这个难题，因而使得油气润滑得以发展和应用，并且获得令人满意的效果。

    油气润滑的优点如下：

1．有利于环境保护。因为没有油雾，周围环境不受污染。

2．精密计量。油和空气两个成分都可分别准确计量，按照不同的需要输送到每一个润滑点，这是一个非常经济的系统。

3．与油的黏度无关。凡是能流动的油都可以输送。它不存在高黏度雾化困难的问题，因为它不需要雾化。

4．可以监控。系统的工作状况很容易实现电子监控。

5．特别适用于滚动轴承，尤其是重负荷的轧机辊颈轴承，气冷效果好，可降低轴承的运行温度，从而延长轴承的使用寿命。

6．耗油量微小。仅为耗脂量的1/10~1/20。