潤(rùn)滑的原理
2007-09-04
磨擦副在全膜潤(rùn)滑狀態(tài)下運(yùn)行,這是一種理想的狀況。但是,如何創(chuàng)造條件,采取措施來形成和滿足全膜潤(rùn)滑狀態(tài)則是比較復(fù)雜的工作。人們長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中不斷對(duì)潤(rùn)滑原理進(jìn)行了探索和研究,有的比較成熟,有的還正在研究?,F(xiàn)就常見到的動(dòng)壓潤(rùn)滑、靜壓潤(rùn)滑、動(dòng)靜壓潤(rùn)滑、邊界潤(rùn)滑、極壓潤(rùn)滑、固體潤(rùn)滑、自潤(rùn)滑等的潤(rùn)滑原理,作一簡(jiǎn)單介紹。 1.動(dòng)壓潤(rùn)滑 通過軸承副軸頸的旋轉(zhuǎn)將潤(rùn)滑油帶入磨擦表面,由于潤(rùn)滑油的黏性和油在軸承副中的楔形間隙形成的流體動(dòng)力作用而產(chǎn)生油壓,即形成承載油膜,稱為流體動(dòng)壓潤(rùn)滑。流體動(dòng)壓潤(rùn)滑理論的假設(shè)條件是潤(rùn)滑劑等黏性,即潤(rùn)滑油的黏度在一定的溫度下,不隨壓力的變化而改變;其次是假定了生相對(duì)磨擦運(yùn)動(dòng)的表面是剛性的,即在受載及油膜壓力作用下,不考慮其彈性變形。在上述假定條件下,對(duì)一般非重載(接觸壓力在15MPa)的滑動(dòng)軸承,這種假設(shè)條件接近實(shí)際情況。但是,在滾動(dòng)軸承和齒輪表面接觸壓力增大至400~1500MPa時(shí),上述假定條件就與實(shí)際情況不同。這時(shí)磨擦表面的變形可達(dá)油膜厚度的數(shù)倍,而且潤(rùn)滑的金屬磨擦表面的彈性變形和潤(rùn)滑油黏度隨壓力改變這兩個(gè)因素,來研究和計(jì)算油膜形成的規(guī)律及厚度、油膜截面形狀和油膜內(nèi)的壓力分布更為切合實(shí)際這種潤(rùn)滑就稱為彈性流體動(dòng)壓潤(rùn)滑。 2.靜壓潤(rùn)滑 通過一套高壓的液壓供油系統(tǒng),將具有一定壓力的潤(rùn)滑油以過節(jié)流阻尼器,強(qiáng)行供到運(yùn)動(dòng)副磨擦表面的間隙中(如在靜壓滑動(dòng)軸承的間隙中、平面靜壓滑動(dòng)導(dǎo)軌的間隙中、靜壓絲桿的間隙中等)。磨擦表面在尚未開始運(yùn)動(dòng)之前,就被高壓油分隔開,強(qiáng)制形成油膜,從而保證了運(yùn)動(dòng)副能在承受一定工作載荷條件下,完全處于液體潤(rùn)滑狀態(tài),這種潤(rùn)滑稱為液體靜壓潤(rùn)滑。 3.動(dòng)、靜壓潤(rùn)滑 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,近年來在工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)了新型的動(dòng)、靜壓潤(rùn)滑的軸承。液體動(dòng)、靜壓聯(lián)合軸承充分發(fā)揮了液體動(dòng)壓軸承和液體靜壓軸承二者的優(yōu)點(diǎn),克服了液體動(dòng)壓軸承和液體靜壓軸承二者的不足。主要工作原理:當(dāng)軸承副在啟動(dòng)或制動(dòng)過程中,采用靜壓液體潤(rùn)滑的辦法,將高壓潤(rùn)滑油壓入軸承承載區(qū),把軸勁浮起,保證了液體潤(rùn)滑條件,從而避免了在啟動(dòng)或制動(dòng)過程中因速度變化不能形成動(dòng)壓油膜而使金屬磨擦表面(軸頸表面與軸瓦表面)直接接觸產(chǎn)生的磨擦與磨損。當(dāng)軸承副進(jìn)入全速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),可將靜壓供油系統(tǒng)停止,和用動(dòng)壓潤(rùn)滑供油形成動(dòng)壓油膜,仍能保持住軸頸在軸承中的液體潤(rùn)滑條件。 這樣的方法,從理論上來講,在軸承副啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)的整個(gè)過程中,完全避免了半液體潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑,成為液體潤(rùn)滑。因此,磨擦系數(shù)很低,只要克服潤(rùn)滑油黏性所具有的液體內(nèi)部分子間的磨擦阻力就行。此外,磨擦表面完全被靜壓油膜和動(dòng)壓油膜分隔開,所以,若情況正常,則幾乎沒有磨損產(chǎn)生,從而大大地延長(zhǎng)了軸承的工作壽命,節(jié)約了動(dòng)能消耗。 4.邊界潤(rùn)滑(即邊界磨擦) 邊界潤(rùn)滑是從磨擦面間的潤(rùn)滑劑分子與分子間的內(nèi)磨擦(即液體潤(rùn)滑)過渡到磨擦表面直接接觸之前的臨界狀態(tài)。這時(shí)磨擦界面上存在著一層吸附的薄膜,厚度通常為0.1µm左右,具有一定的潤(rùn)滑性能。我們稱這層薄膜為邊界膜。邊界膜的潤(rùn)滑性能主要取決于磨擦表面的性質(zhì);取決于潤(rùn)滑劑中的油性添加劑、極壓添加劑對(duì)金屬磨擦表面形成的邊界膜的結(jié)構(gòu)形成,而與潤(rùn)滑油口的黏度關(guān)系不大。 5.極壓潤(rùn)滑 極壓潤(rùn)滑是屬于邊界潤(rùn)滑的一種特殊情況,也就是磨擦副處在重載(或高接觸應(yīng)力)、高速、高溫條件下,潤(rùn)滑油中的極壓添加劑與金屬磨擦表面起反應(yīng)生成一層化學(xué)反應(yīng)膜,將兩磨擦表面分隔開,并起到降低磨擦系數(shù)、減緩磨損(或改變金屬表面直接接觸的嚴(yán)重磨損),達(dá)到潤(rùn)滑的作用,就稱為極壓潤(rùn)滑。 6.固體潤(rùn)滑 在磨擦面之間放入固體粉狀物質(zhì)的潤(rùn)滑劑,同樣也能起到良好的潤(rùn)滑效果。在兩磨擦面之間有固體潤(rùn)滑劑,它的剪切阻力很小,稍有外力,分子間就會(huì)產(chǎn)生滑移。這樣就把兩磨面之間的外磨擦轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w潤(rùn)滑劑分子間的內(nèi)磨擦。固體潤(rùn)滑有兩個(gè)必要條件,首先是固體潤(rùn)滑劑分子間應(yīng)具有低的剪切強(qiáng)度,很容易產(chǎn)生滑移;其次是固體潤(rùn)滑劑要能與磨擦面有較強(qiáng)的親和力,在磨擦過程中,總是使磨擦面上始終保持著一層固體潤(rùn)滑劑,而且這一層固體潤(rùn)滑劑不腐蝕磨擦表面。一般在金屬表面上是機(jī)械附著,但也有形成化學(xué)結(jié)合的。具有上述性質(zhì)的固體物質(zhì)很多,例如石墨、二硫化鉬,滑石粉等。 對(duì)于非層狀結(jié)構(gòu)固體潤(rùn)滑劑或軟金屬來說,主要是以其剪切力低,起到潤(rùn)滑作用,然后使它附著在磨擦表面形成潤(rùn)滑膜。對(duì)于已經(jīng)形成的固體潤(rùn)滑膜的潤(rùn)滑機(jī)理,可以按邊界潤(rùn)滑機(jī)理近似的解釋其潤(rùn)滑作用。 7.自潤(rùn)滑 以上所講的幾種潤(rùn)滑,在磨擦運(yùn)動(dòng)過程中,都需要向磨擦表面間加入潤(rùn)滑劑。而自潤(rùn)滑則是將具有潤(rùn)滑性能的固體潤(rùn)滑劑粉末與其他固體材料相混合并經(jīng)壓制、燒結(jié)成材,或是在多孔性材料中浸入固體潤(rùn)滑劑;或是用固體潤(rùn)滑劑直接壓制成材,作為磨擦表面。這樣在整個(gè)磨擦過程中,不需要加入潤(rùn)滑劑,仍能具有良好的潤(rùn)滑作用。自潤(rùn)滑的機(jī)理包括固體潤(rùn)滑、邊界潤(rùn)滑,或兩者皆有的情況。例如聚四氟乙烯制品作成的壓縮機(jī)活塞環(huán)、軸瓦、軸套等都屬自潤(rùn)滑,因此在這類零件的過程中,它不需再加任何潤(rùn)滑劑也能保持良好的潤(rùn)滑作用。