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设备润滑技术2008-3-17一、摩擦与润滑摩擦学（Tribology)是一门涉及数学、力学、物理学、化学、机械工程学、以及材料科学、石油化工等多种学科领域的一门综合性边缘学科。物体的摩擦分三种类型：滑动摩擦、滚动摩擦和流动摩擦。为最小的力就能移动物体，有必要把滑动摩擦和滚动摩擦转变成阻力最小的流动摩擦，或是两个物体间加入一种润滑剂以减轻摩擦。润滑的目的是两种物体直接接触，故此，希望在接触面之间形成一层较厚的油膜。一般来讲滑动或滚动的表面形成的油膜厚度取决于ZN/P值。其中Z=粘度（cP），N=每分钟转数（rpm），P=负载（Kg/cm2），按此原则可以说：—粘度越高，油膜越后—转数越高，油膜越厚—负载越轻，油膜越厚—在恒定的负荷下，轴承接触面积越大，单位面积所承受的负荷越小，因此油膜越厚。流动润滑（摩擦）区（ZN/P＞A）这是理想的条件，润滑油膜厚，把接触面完全分开。混合和边界润滑（摩擦）区（ZN/P＜A）在这些区域里，虽然粘着性在摩擦的表面还未完全得到发展，但润滑膜已经失去了流体特性，与流体摩擦区域相比较，摩擦量大。烧坏的危险性大，这种情况发生在机器的启动或停机瞬间。当负荷继续增大超过润滑限度，油膜失去支持负载的能力，互相摩擦的表面引起附着粘合和磨损。这种状况叫干摩擦。在这种情况下，在接触的金属表面与润滑油中极压剂之间会发生化学反应。因此，一层起润滑作用而又容易滑动的金属化合物薄膜就形成了，这种状况叫极压润滑。两个物体之间的摩擦会产生物体磨损，摩擦是现象，磨损是结果，润滑是减缓磨损的一种办法。物体磨损有一下几种类型五种常见磨损类型：类型内容特点举例粘着磨损摩擦副相对运动时，由于固相焊合，接触点表面的材料由一个表面移到另一个表面的现象。接触点粘着剪切破坏内燃机的铝活塞壁与缸体摩擦擦伤磨料磨损在摩擦过程中，因硬的颗粒的凸出武，冲刷摩擦表面而引起材料脱落的现象。磨料作用于材料表面而破坏球磨机的衬板与钢球、农业与矿山机械零件磨损疲劳磨损俩接触表面作滚动或滚动滑动复合摩擦时，因周期性载荷作用，使表面产生变形和应力，从而使材料导致裂纹和分离出微片或颗粒的磨损。表面或此表层受接触应力反复作用而疲劳破坏滚动轴承、齿轮副腐蚀磨损在摩擦过程中，金属同时与周围介质发生化学或电化学反应，产生材料损失现象。有化学反应或电化学反应的便面腐蚀破坏曲轴轴颈氧化磨损、化工设备中的零件表面微动磨损两接触面相对低振幅震荡而引起表面复合磨损出现的材料损失现象复合式磨损片式摩擦离合器的内外摩擦片的接合面1、减少磨损的途径：（1）材料选配（2）润滑（3）表面强化处理或耐磨处理（4）结构设计（5）科学使用设备、精心维护设备2、润滑的作用：（1）润滑功能，降低摩擦阻力以节约能源，减少磨损以延长机械寿命（2）冷却功能，散播摩擦产生的热量（3）密封功能，防泄漏、防尘、防窜气防锈功能，防止设备或零件表面腐蚀（4）洗涤功能，从活动的部位上清除碳粒或磨损物（5）减震功能，应力分散缓冲，分散负荷和缓和冲击（6）动能传递，液压系统和遥控马达及摩擦无级变速等现代设备的整体失效是很少见的，局部关键件失效占多数，摩擦、磨损、润滑引起的失效为最常见。现代设备的摩擦副一旦失效，既产生一系列故障，又造成经济损失。解决这些失效的途径不是提高机械零部件的质量，而是运用摩擦学原理去处理。3、零件的磨损规律：（1）磨合阶段（2）稳定磨损阶段（3）急剧磨损阶段根据摩擦学原理，磨合阶段愈短愈好；稳定阶段越长越好，避免出现急剧磨损阶段。在保证零件的设计制造质量的前提下，对润滑剂进行科学管理，即合理选用润滑剂，并对其使用进行质量监控、控制污染和洁净处理等。摩擦学原理在现代设备的一生中都处于重要地位，从事设备管理，尤其是从事设备润滑管理的人掌握摩擦学技术的水平在很大程度上决定了设备工作的可靠性的实现。4、润滑剂的物质形态（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）液体润滑普通机械设备的减速机、齿轮、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。水在有些场合也可以作为润滑剂和冷却剂。（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）固体润滑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。二、润滑油的组成和理化性能1、润滑油的组成润滑油一般由基础油和添加剂两部分组成。基础油是润滑油的主要成分，决定着润滑油的基本性质，添加剂则可弥补和改善基础油性能方面的不足，赋予某些新的性能，tV231是润滑油的重要组成部分。（1）润滑油基础油润滑油基础油主要分矿物基础油及合成基础油两大类。矿物基础油应用广泛，用量很大(约95%以上)，但有些应用场合则必须使用合成基础油调配的产品，因而使合成基础油得到迅速发展。矿油基础油由原油提炼而成。润滑油基础油主要生产过程有：常减压蒸馏、溶剂脱沥青、溶剂精制、溶剂脱蜡、白土或加氢补充精制。1995年修订了我国现行的润滑油基础油标准，主要修改了分类方法，并增加了低凝和深度精制两类专用基础油标准。矿物型润滑油的生产，最重要的是选用最佳的原油。矿物基础油的化学成分包括高沸点、高分子量烃类和非烃类混合物。其组成一般为烷烃(直链、支链、多支链)、环烷烃(单环、双环、多环)、芳烃(单环芳烃、多环芳烃)、环烷基芳烃以及含氧、含氮、含硫有机化合物和胶质、沥青质等非烃类化合物。（2）润滑油添加剂添加剂是近代高级润滑油的精髓，正确选用合理加入，可改善其物理化学性质，对润滑油赋予新的特殊性能，或加强其原来具有的某种性能，满足更高的要求。根据润滑油要求的质量和性能，对添加剂精心选择，仔细平衡，进行合理调配，是保证润滑油质量的关键。添加剂的主要品种及作用；1）粘度指数改进剂加入油品中能改进粘温性，提高粘度指数的添加剂。2）倾点降低剂能降低油品倾点或凝点的添加剂。3）清净添加剂有助于固体污染物颗粒悬浮于油中的具有表面活性的添加剂。4）分散添加剂能将低温油泥分散于油中的添加剂。5）金属钝化剂能抑制金属及其化合物对石油产品氧化起催化作用的添加剂。6）极压抗磨添加剂能和接触的金属表面起反应形成高熔点无机薄膜以防止在高负荷下发生熔结、卡咬、划痕或刮伤的添加剂。7）油性添加剂能增加油膜强度，减少摩擦系数，提高抗磨损能力的添加剂。8）抗氧添加剂加入油品产品中可以抑制其氧化的添加剂。9）抗泡沫添加剂加入油品中以防止或减少油品起泡的添加剂。10）乳化剂能使油品乳化并保持稳定的一种表面活性物质。11）抗腐蚀添加剂能防止或延缓金属被腐蚀而加入的添加剂。2、润滑油一般理化性能每一类润滑油脂都有其共同的一般理化性能，以表明该产品的内在质量。对润滑油来说，这些一般理化性能如下：（1）外观(色度)油品的颜色，往往可以反映其精制程度和稳定性。对于基础油来说，一般精制程度越高，其烃的氧化物和硫化物脱除的越干净，颜色也就越浅。但是，即使精制的条件相同，不同油源和基属的原油所生产的基础油，其颜色和透明度也可能是不相同的。对于新的成品润滑油，由于添加剂的使用，颜色作为判断基础油精制程度高低的指标已失去了它原来的意义。（2）密度密度是润滑油最简单、最常用的物理性能指标。润滑油的密度随其组成中含碳、氧、硫的数量的增加而增大，因而在同样粘度或同样相对分子质量的情况下，含芳烃多的，含胶质和沥青质多的润滑油密度最大，含环烷烃多的居中，含烷烃多的最小。（3）粘度粘度反映油品的内摩擦力，是表示油品油性和流动性的一项指标。在未加任何功能添加剂的前提下，粘度越大，油膜强度越高，流动性越差。（4）粘度指数粘度指数表示油品粘度随温度变化的程度。粘度指数越高，表示油品粘度受温度的影响越小，其粘温性能越好，反之越差。（5）闪点闪点是表示油品蒸发性的一项指标。油品的馏分越轻，蒸发性越大，其闪点也越低。反之，油品的馏分越重，蒸发性越小，其闪点也越高。同时，闪点又是表示石油产品着火危险性的指标。油品的危险等级是根据闪点划分的，闪点在45℃以下为易燃品，45℃以上为可燃品，在油品的储运过程中严禁将油品加热到它的闪点温度。在粘度相同的情况下，闪点越高越好。因此，用户在选用润滑油时应根据使用温度和润滑油的工作条件进行选择。一般认为，闪点比使用温度高20～30℃，即可安全使用。（6）凝点和倾点凝点是指在规定的冷却条件下油品停止流动的最高温度。油品的凝固和纯化合物的凝固有很大的不同。油品并没有明确的凝固温度，所谓“凝固”只是作为整体来看失去了流动性，并不是所有的组分都变成了固体。润滑油的凝点是表示润滑油低温流动性的一个重要质量指标。对于生产、运输和使用都有重要意义。凝点高的润滑油不能在低温下使用。相反，在气温较高的地区则没有必要使用凝点低的润滑油。因为润滑油的凝点越低，其生产成本越高，造成不必要的浪费。一般说来，润滑油的凝点应比使用环境的最低温度低5~7℃。但是特别还要提及的是，在选用低温的润滑油时，应结合油品的凝点、低温粘度及粘温特性全面考虑。因为低凝点的油品，其低温粘度和粘温特性亦有可能不符合要求。凝点和倾点都是油品低温流动性的指标，两者无原则的差别，只是测定方法稍有不同。同一油品的凝点和倾点并不完全相等，一般倾点都高于凝点2～3℃，但也有例外。（7）酸值、碱值和中和值酸值是表示润滑油中含有酸性物质的指标，单位是mgKOH/g。酸值分强酸值和弱酸值两种，两者合并即为总酸值(简称TAN)。我们通常所说的“酸值”，实际上是指“总酸值(TAN)”。碱值是表示润滑油中碱性物质含量的指标，单位是mgKOH/g。碱值亦分强碱值和弱碱值两种，两者合并即为总碱值(简称TBN)。我们通常所说的“碱值”实际上是指“总碱值(TBN)”。中和值实际上包括了总酸值和总碱值。但是，除了另有注明，一般所说的“中和值”，实际上仅是指“总酸值”，其单位也是mgKOH/g。（8）水分水分是指润滑油中含水量的百分数，通常是重量百分数。润滑油中水分的存在，会破坏润滑油形成的油膜，使润滑效果变差，加速有机酸对金属的腐蚀作用，锈蚀设备，使油品容易产生沉渣。总之，润滑油中水分越少越好。（9）机械杂质机械杂质是指存在于润滑油中不溶于汽油、乙醇和苯等溶剂的沉淀物或胶状悬浮物。这些杂质大部分是砂石和铁屑之类，以及由添加剂带来的一些难溶于溶剂的有机金属盐。通常，润滑油基础油的机械杂质都控制在0.005%以下(机杂在0.005%以下被认为是无)。（10）灰分和硫酸灰分灰分是指在规定条件下，灼烧后剩下的不燃烧物质。灰分的组成一般认为是一些金属元素及其盐类。灰分对不同的油品具有不同的概念，对基础油或不加添加剂的油品来说，灰分可用于判断油品的精制深度。对于加有金属盐类添加剂的油品(新油)，灰分就成为定量控制添加剂加入量的手段。国外采用硫酸灰分代替灰分。其方法是：在油样燃烧后灼烧灰化之前加入少量浓硫酸，使添加剂的金属元素转化为硫酸盐。（12）残炭油品在规定的实验条件下，受热蒸发和燃烧后形成的焦黑色残留物称为残炭。残炭是润滑油基础油的重要质量指标，是为判断润滑油的性质和精制深度而规定的项目。润滑油基础油中，残炭的多少，不仅与其化学组成有关，而且也与油品的精制深度有关，润滑油中形成残炭的主要物质是：油中的胶质、沥青质及多环芳烃。这些物质在空气不足的条件下，受强热分解、缩合而形成残炭。油品的精制深度越深，其残炭值越小。一般讲，空白基础油的残炭值越小越好。现在，许多油品都含有金属、硫、磷、氮元素的添加剂，它们的残炭值很高，因此含添加剂油的残炭已失去残炭测定的本来意义。机械杂质、水分、灰分和残炭都是