润滑剂和润滑方法

　　

在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，而且在采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有缓冲、吸振的能力。使用膏状的润滑脂，既可防止内部的润滑剂外泄，又可阻止外部杂质侵入，避免加剧零件的磨损,起到密封作用。润滑剂可分为气体、液体、半固体和固体四种基本类型。在液体润滑剂中应用最广泛的是润滑油，包括矿物油、动植物油、合成油和各种乳剂。半固体润滑剂主要是指各种润滑脂，它是润滑油和稠化剂的稳定混合物。固体润滑剂是任何可以形成固体膜以减少摩擦阻力的物质，如石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。任何气体都可作为气体润滑剂，其中用得最多的是空气,它主要用在气体轴承中。

　　

一、 润滑油及润滑脂的主要质量指标

　　

1．润滑油

　　

 

　　

用作润滑剂的油类可概括为三类:一是有机油，通常是动、植物油；二是矿物油，主要是石油产品；三是化学合成油。其中因矿物油来源充足，成本低廉，适用范围广，而且稳定性好，故应用 最多。动植物油中因含有较多的硬脂酸，在边界润滑时有很好的润滑性能，但因其稳定性差而且来源有限，所以使用不多。合成油是通过化学合成方法制成的新型润滑油，它能满足矿物油所不能满足的某些特性要求，如高温、低温、高速、重载和其它条件。由于它多系针对某种特定需要而制，适用面较窄，成本又很高，故一般机器应用较少。无论哪类润滑油，若从润滑观点考虑，主要 是从以下几个指标评判它们的优劣。
(1)粘度
润滑油的粘度可定性地定义为它的流动阻力，它是润滑油最重要的性能之一。
1)动力粘度
如图(平行板间液体的层流流动)所示，在两个平行的平板间充满具有一定粘度的润滑油，若平板A以速度V移动，另一平板B静止不动，则由于油分子与平板表面的吸附作用，将使贴近板A的油层以同样的速度v=V随板移动；而贴近板B的油层则静止不动(v=0)。于是形成各油层间的相对滑移，在各层的界面上就存在有相应的切应力。牛顿在1687年提出了粘性液的摩擦定律（简称粘性定律）即在流体中任意点处的切应力均与该处流体的速度梯度成正比。若用数学形式表示这一定律，即为：

　　

 

　　τ=-η

　　式中：

　　τ—流体单位面积上的剪切阻力,即切应力；

—流体沿垂直于运动方向（即沿图(平行板间液体的层流流动)中y轴方向或流体膜厚度方向）的速度梯度， 式中的“-”号表示v随y的增大而减小；

　　η—比例常数,即流体的动力粘度；摩擦学中把凡是服从这个粘性定律的流体都叫牛顿液体。

　　平行板间液体的层流流动

　　液体的动力粘度示意图

　　右上图(液体的动力粘度示意图)所示长、宽、高各为lm的液体，上、下平面发生lm/s相对滑动速度需要的切向力为lN时，该液体的动力粘度为lN·s/或lPa·s。Pa·s是国际单位制(SI)的粘度单位。

　　在绝对单位制(C.G.S制)中，把动力粘度的单位定为 1dyn.s/，叫lP(泊)，百分之一P称为cP(厘泊),即1P=100cP。P和cP与Pa·s的换算关系为:1P=O.lPa·s，1cP=0.0OlPa·s 。

　　2)运动粘度

　　 工程中常用动力粘度η与同温度下该液体密度ρ的比值表示粘度,称为运动粘度υ,即:

　　对于矿物油，密度ρ=850～900kg/。

　　在C.G.S制中运动粘度的单位是St(斯)。百分之一St称为cSt(厘斯),它们之间有下列关系:

　　 原国标GB443一64曾规定润滑油是按或50℃或l0O℃时运动粘度中心值划分牌号。新国标GB443一84规定采用润滑油在40℃时的运动粘度中心值作为润滑油的新牌号。润滑油实际运动粘度应在中心粘度值的±10%偏差以内。常用全损耗系统用油(机械油)的新、旧牌号对照见下表：

　　全损耗系统用油的新、旧牌号及粘度系数范围对照表

　　 名称 牌号 运动粘度范围 / 新 旧 新 旧 40℃ 50℃ 全损耗系统用油 机械油

　　L-AN5

　　L-AN7

　　L-AN10

　　L-AN15

　　L-AN22

　　L-AN32

　　L-AN46

　　L-AN68

　　L-AN100

　　L-AN150

　　4号

　　6号

　　7号

　　10号

　　-

　　20号

　　30号

　　40号

　　60号

　　90号

　　4.14～5.06

　　6.12～7.48

　　9.00～11.0

　　13.5～16.5

　　19.8～24.2

　　28.8～35.2

　　41.4～50.6

　　61.2～74.8

　　90.0～110

　　135～165

　　3.323.99

　　4.76～5.72

　　6.78～8.14

　　9.80～11.8

　　13.9～16.6

　　19.4～23.3

　　27.0～32.5

　　38.7～46.6

　　55.3～66.6

　　80.6～97.1

　　注：L-AN220、L-AN320、L-AN460、L-AN680、L-AN1000、L-AN1500未列入。

　　3)条件粘度

　　条件粘度是在一定条件下，利用某种规格的粘度计，通过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行计量的粘度。我国常用恩氏度(°Et)作为条件粘度单位。美国习惯用赛氏通用秒(SUS)，英国习惯用雷氏秒作为条件粘度单位。运动粘度与条件粘度可按下列关系进行换算(νt指平均温度t时的运动粘度):

　　各种流体的粘度，特别是润滑油的粘度，随温度而变化的情况十分明显。由于油的成分及纯净程度之不同，很难用一个解析式来表达各种润滑油的粘--温关系。图(油的粘-温特性) 表示出几种常用润滑油的粘--温曲线。

　　 润滑油粘度受温度影响的程度可用粘度指数(VI)表示。粘度指数值越大，表明粘度随温度的变化越小，即粘—温性能越好。压力对流体的影响有两方面。一是流体的密度随压力增高而加大，不过对于所有的润滑油来说，压力在1OOMPa以下时，每增加2OMPa的压力，油的密度才增加1%。因此在实际润滑条件下这个影响可以不予考虑。另一是压力对流体粘度的影响，这只有在压力超过2OMPa时，粘度才随压力的增高而加大，高压时则更为显著。因此在一般的润滑条件下也同样不予考虑。但在弹性流体动力润滑中，这种影响就变得十分重要。例如在齿轮传动中，啮合处的局部压力可能高达400OMPa，那时矿物油已不再像液体而更像蜡状的固体了。对于一般矿物油的粘-压关系，可用下列经验式表示：

　　式中：ηp—润滑油在压力p时的动力粘度，Pa·s；

　　η0—润滑油在Pa的压力下的动力粘度，Pa·s；

　　e—自然对数的底，e=2.718；

　　α—润滑油的粘--压系数。当压力p的单位为Pa时，α的单位即为/N。对于一般的矿物油，
。

　　润滑油粘度的大小不仅直接影响摩擦副的运动阻力,而且对润滑油膜的形成及承载能力有决定性作用。这是流体润滑中一个极为重要的因素。