摩擦学原理(第2章润滑剂).ppt

摩擦学原理(第2章润滑剂).ppt

《摩擦学原理(第2章润滑剂).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《摩擦学原理(第2章润滑剂).ppt（103页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

润滑,埃及金字塔中搬运巨像的情况,应用实例,应用实例,第二章润滑剂,2.1润滑剂的作用与类型2.1.1润滑剂的作用润滑剂是现代机械系统的基本要素之一，它的主要作用是减少运动副之间的摩擦和磨损，提高机械效率，延长机械的工作寿命。

除此之外，使用润滑循环系统还能起到冷却摩擦副、带走磨损碎屑或其它颗粒污染物以及保护金属表面免遭腐蚀等有益作用。

润滑剂的物质形态已经覆盖了气体、液体和固体单相以及气-液、液-液、液-固两相甚至气-液-固三相，十分广泛。

有些类型的润滑剂有时也会带来环境污染等问题，所以需要对润滑剂的知识有全面的认识和理解。

润滑油一般由基础油和润滑油添加剂混合而成。

基础油分为矿物油和合成油两大类。

矿物油的最高使用温度为130，有些超精炼的矿物油使用温度可达200,而某些合成油则可耐370的高温。

相对于矿物油来说，合成油属于高档润滑油，用于高温、高压、高真空和高湿度等极端环境工况。

2.1.2润滑油的类型,润滑剂从形态上分,润滑油的性能指标,

（1）粘度1）动力粘度-表征流体内摩擦阻力大小的指标，Pas；2）运动粘度-同温度下液体动力粘度与密度之比，m2/s；粘度的大小表示了液体流动时其内摩擦阻力的大小，粘度愈大，内摩擦阻力就愈大，液体的流动性就愈差。

（2）润滑性（油性）润滑油中极性分子吸附于金属表面形成边界油膜的性能。

吸附力强，油膜不易破裂，摩擦系数小，则说明油性好。

（3）极压性润滑油中加入添加剂后，油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压化学反应边界膜的性能。

（4）闪点润滑油在火焰下发生闪烁时的最低温度。

闪点对于高温下工作的机器是一个十分重要的性能指标。

（5）凝点润滑油在试管中冷却到不能流动时的最高温度。

凝点是润滑油在低温下工作的一个重要指标。

（6）氧化稳定性润滑油在高温下抗氧化的性能。

（7）酸值（总酸值、中和值）润滑油中有机酸的总含量。

中和1g石油产品所需的KOH毫克数，mgKOH/g.可用来衡量润滑油的氧化安定性或作为换油指标。

（8）总碱值规定的条件下滴定时，中和1g试样中全部碱性组分所需高氯酸的量。

以相同物质的量的KOH毫克数表示。

（9）水溶性酸和碱用一定体积的中性蒸馏水和润滑油在一定温度下混合、振荡，使蒸馏水将润滑油中的水溶性的酸和碱抽出来然后测定蒸馏水溶液的酸性和碱性。

新油：

润滑油精制时酸碱分离不好贮存和使用：

润滑油被污染或氧化分解汽轮机油：

抗乳化度降低变压器：

腐蚀设备，耐电压下降,（10）机械杂质油中不溶于汽油或苯的沉淀和悬浮物，经过滤而分出的杂质，称为机械杂质。

灰尘，混沙，金属碎屑，氧化物和锈末等将加速机械零件的研磨、拉伤和划痕等磨损，堵塞油路，拉伤和划痕等，堵塞油路油嘴和滤油器，造成润滑失效。

（11）灰分指润滑油在规定条件下完全燃烧后，剩下的残留物（不燃物）。

以质量分数表示。

灰分的成分：

金属盐类，金属氧化物含添加剂的油的灰分较高。

灰分使润滑油在使用胄积炭增加，灰分过高，造成机械零件的磨损。

（12）残炭隔绝空气时，油经蒸发分解生成焦炭状的残余物。

用质量分数表示。

残炭是油中胶状物质和不稳定化合物含量的间接指标，也是矿物油基础油精制深浅程度的标志。

含S、O、N多时，残炭高，结焦倾向大，增加摩擦磨损。

压缩机油残炭高时，在压缩机气缸、胀圈和排气阀座上的积炭就多，磨损，高温时会发生爆炸。

（13）水分,质量分数表示。

油品中应不含水分。

标准方法：

其一定量的试样与无水溶剂混合，蒸馏，测定含水量。

水含量0.03%,称为痕量。

影响：

破坏润滑油膜，润滑效果变差加速油中酸对金属的腐蚀机械设备的锈蚀润滑油的添加剂失效低温流动性变差，结冰，堵塞油路润滑油乳化，温度高时，形成汽泡，破坏润滑，气阻润滑油的循环变压器油，则会绝缘性能下降检查方法：

试管中取油，浑浊，乳化，不透明；试管加热，气雾，管壁上有气泡，、水珠或有劈啪响声盛在试管中的油中加入少量无水硫酸铜（白色粉末）用细铜线绕成圈，在火上烧红，放入有油的试管中，有劈啪响声,矿物油是以石油为原料经过蒸馏和精炼制成的，它的主要成分是由碳和氢两种元素构成的烃，烃的分子结构有烷烃（也称石蜡烃）、环烷烃和芳香烃。

烷烃有直链和枝链两种类型，碳原子间只有单键结合，如图（a）、（b）所示。

环烷烃中的碳原子间也是单键结合，但不是链状而是呈环状，如图2.1（c）所示；芳香烃中的碳原子链也呈环状，不过碳原子间是单双键交替结合，因此，氢含量较少，如图2.1（d）所示。

由于分子结构的不同，润滑油的性能也有显著差异。

烷烃含量高的润滑油密度较环烷烃油小，而粘温性能较好。

矿物油的粘压性能也与其环烷烃的含量多少有关。

芳香烃的含量则与润滑油的边界润滑性能有关。

当矿物油在粘性、抗氧化性、热稳定性及挥发性等方面无法满足使用工况的条件时，需要采用性能更优越（价格也更高）的合成润滑油。

表2.1比较了矿物油和一些常用合成油的理化性能，可以看出，合成油的闪点、热稳定性较矿物油高，饱和蒸汽压较低，有些合成油的粘度随温度的变化较矿物油小。

常用的合成油有以下几类：

1碳氢化合物通过合成方法可以生产不含芳香烃和环烷烃的碳氢化合物用作润滑油，如聚丁烯、聚烯合成油（PAO）。

与矿物油相比，合成的碳氢化合物在粘-温特性、低温特性、挥发性和氧化稳定性方面有一定程度的改善，可以用于对低温性能要求严格的严寒区用长寿命内燃机油、倾点低且冷冻剂溶解度小的冷冻机油、对高低温性能要求较严格的喷气发动机油、对氧化安定性和抗剪切安定性要求较高的齿轮油、对粘度指数、低温性能和热氧化稳定性要求严格的自动变速传动液等场合。

2酯通过酸与醇的组合可以合成出种类繁多的酯用作润滑剂，包括有机酸酯、氟代酯、磷酸酯和硅酸酯等。

酯作为润滑剂的特点是粘-温性能、抗挥发性能突出，但容易通过氧化、热反应或水解反应而发生降解。

由二元酸、单元酸与甲醇、乙醇或丙醇反应合成的二元酯（也称双酯）广泛用于航空发动机润滑。

季戊四醇酯的耐热性优于双酯，加入合适的抗氧化剂后可以用于200应用场合，如汽轮机润滑油。

聚乙二醇酯是一种不溶于水的化合物，具有良好的热稳定性和润滑性，用于液压油。

由有机羧酸和氟乙酰胺醇合成的氟代酯具有较好的抗氧化性和阻燃性，但粘-温性能较差。

磷酸酯（如磷酸三甲苯酯，TCP）广泛用于矿物油和其它合成润滑油的抗磨添加剂。

硅酸酯具有热稳定性好、低粘度、低挥发性的优点，但水解稳定性较差，主要用于低温条件下的润滑。

3硅氧烷硅氧烷也称为硅油，有很好的化学惰性、热稳定性、优良的粘-温性能、低挥发性和低表面张力，适用于流体动力润滑，但边界润滑性能较差。

常用的硅氧烷润滑油有二甲基硅油、甲苯基硅油和氯化甲苯基硅油。

硅油可用于高低温条件下的润滑，在空间飞行器等极端环境下应用较多。

4聚苯醚聚苯醚是一类芳香族化合物，具有优异的抗辐射能力和抗氧化性，但粘度特性较差，常用于强辐照工况下（如宇宙飞行、反应堆或以原子能为动力的装置）机械部件的润滑。

5全氟聚醚全氟聚醚（PFPE）具有优良的抗氧化性、低挥发性和较好的边界润滑特性，其分子量、极性基团可以在一定范围内调整以获得不同的粘度和表面迁移性能。

全氟聚醚被广泛用于硬盘表面的润滑，也用于高温、高真空条件下的润滑。

2.1.3润滑脂润滑脂也是广泛使用的润滑剂材料。

润滑脂密封简单，不须经常加添，不易流失，所以在垂直的摩擦表面上可以使用。

润滑脂对载荷和速度的变化有较大的适应范围，受温度的影响不大，但摩擦损耗较大，机械效率低，故不宜用于高速。

且润滑脂易变质，不如油稳定。

总的来说，一般参数的机器，特别是低速而带有冲击的机器，都可以使用润滑脂润滑。

润滑脂是由基础油、稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）、添加剂和填充剂混合稠化而成。

基础油是常用的矿物油或合成油，添加剂的功能和类型也与一般润滑油添加剂相同或相似，填充剂则是一些起溶胶、分散或固体润滑作用的辅助成分，稠化剂是润滑脂的最主要成份，常用的是脂肪酸的金属皂，如硬脂酸锂和硬脂酸钙，相应的润滑脂也就常称为锂基润滑脂和钙基润滑脂。

1.润滑脂的种类,按基础油组成分类，如分为石油基润滑脂和合成油润滑脂；按用途分类，如分为减摩润滑脂，防护脂和密封脂；按润滑脂的某一特性分类，如高温脂，耐寒脂和极压脂等。

润滑脂中的稠化剂的类型，是决定润滑脂工作性能的主要因素。

润滑脂的分类方法,几类润滑脂特性的简要介绍：

（1）烃基润滑脂以石蜡稠化基础油制成的润滑脂称为烃基润滑脂。

具有良好的可塑性，化学安定性和胶体安定性，不溶于水，遇水不产生乳化。

其缺点是熔点低。

烃基润滑脂主要用于保护场合。

（2）皂基润滑脂皂基润滑脂占润滑脂产量的90%左右，使用最广泛。

最常使用的有钙基，钠基，锂基，钙一钠基，复合钙基等润滑脂。

复合铝基、复合锂基润滑脂也占有一定的比例。

钙基润滑脂：

不溶于水，滴点低，适用于温度较低，环境潮湿的轴承部件中。

钠基润滑脂：

耐高温，但易溶于水，适用于温度较高，环境干燥的轴承部件中。

锂基润滑脂：

抗水性较好，滴点较高，适用于潮湿和与水接触的机械部位。

铝基润滑脂：

高耐水性，适用于与水接触的部位，集中润滑系统和航运机械部位的润滑及防蚀。

钡基润滑脂：

有良好的抗水性，滴点较高，不溶于汽油和醇等有机溶剂，适用于油泵，水泵等摩擦部位的润滑。

目前使用最多的是钙基润滑脂，它有耐水性，常用于60C以下的各种机械设备中的轴承润滑。

钠基润滑脂可用于115145C以下，但不耐水。

锂基润滑脂性能优良，耐水，在-20150C范围内广泛适用，可以代替钙基、钠基润滑脂。

（3）无机润滑脂主要有膨润土润滑脂及硅胶润滑脂两类。

硅胶润滑脂是由表面改质的硅胶稠化甲基硅油制成的润滑脂，可用于电气绝缘及真空密封。

膨润土润滑脂是由表面活性剂处理后的有机膨润土稠化不同粘度的石油润滑油或合成润滑油制成。

适用于汽车底盘、轮轴承及高温部位轴承的润滑。

（4）有机润滑脂各种有机化合物稠化石油润滑油或合成润滑油，各具有不同的特性，这些润滑脂大都用作特殊用途。

如阴丹士林、酞青铜稠化合成润滑油制成高温润滑脂可用于200250；含氟稠化剂如聚四氟乙烯稠化氟碳化合物或全氟醚制成的润滑脂，可耐强氧化剂，作为特殊部件的润滑。

又如聚脲润滑脂可用于抗辐射条件下的轴承润滑等。

2润滑脂的性能润滑脂的主要性能包括：

流动性（针入度）、触变性、粘度、强度极限、低温流动性、滴点、蒸发性、胶体安定性、氧化安定性等。

润滑脂的最主要性能是流动性，以针入度表示。

针入度数值越大表示润滑脂越软。

3润滑脂使用

（1）润滑脂的填充量润滑脂的填充量，以填充轴承和轴承壳体空间的1/3到1/2为宜。

若加脂过多，由于搅拌发热，会使脂变质恶化或软化。

高速时应仅填充至1/3或更少。

当转速很低时，为防止外部异物进入轴承内，可以填满壳体空间。

（2）润滑脂的补充和更换润滑脂的使用寿命是有限的，由于剪切作用和工作时间增加，润滑脂会出现老化，使其润滑性能降低。

为了避免产生过多的摩擦损耗和材料磨损，摩擦副中须隔一定时间补充或更换一次润滑脂。

润滑脂的补充时间间隔与摩擦副的结构、尺寸、转速和环境条件有关。

不同滚动轴承的润滑脂补充时间间隔,上图是在轴承外径表面温度为70C情况下绘出的，因此适用于轴承温度70C以下，若超过70C，每上升15C，补充周期应减半。

如轴承用于尘埃很多，且密封不可靠的场合，补充周期可缩短到图示值的一半到十分之一。

（3）润滑脂的混合原则上，牌号不同的润滑脂不能混合，含有不同种类稠化剂的脂相混合会破坏润滑脂的结构和稠度，不同基油的脂相混合会造成两元相流体而影响连续润滑。

因此，一般应避免混合使用各种润滑脂，若必须更换牌号相异的润滑脂时，应把轴承内原有的润滑脂完全清除后，再填入新的润滑脂。

2.1.4固体润滑剂1固体润滑剂的性能固体润滑是指利用固体粉末、薄膜或整体材料来减少作相对运动两表面的摩擦与磨损并保护表面免于损伤的作用。

固体润滑剂的基本性能有以下要求：

（1）能与摩擦表面牢固地附着，有保护表面功能；

（2）具有较低的抗剪强度；（3）稳定性好，包括物理热稳定，化学热稳定，时效稳定和不产生腐蚀及其他有害的作用；（4）要求固体润滑剂有较高的承载能力。

由于固体润滑剂不能像润滑油那样可以把摩擦