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储运油料学第六章第六章润滑油的使用要求与质量标准摩擦是机器运转过程中不可避免的物理现象。世界上1/3~1/2的能源消耗在摩擦上，各种机械零件因磨损失效的也占全部失效零件的一半以上。磨损是摩擦的结果。润滑油的作用主要是减少机件的摩擦和磨损、降低摩擦消耗的功率、冷却摩擦机件、保护机件不受腐蚀和密封摩擦机件的间隙。为了对发动机和各种机器进行正确的润滑，必须对摩擦和润滑原理有所了解。学习要求【了解】了解机械油、电气用油、压缩机油、仪表油和齿轮油等专用润滑油的质量要求。【重点掌握】重点掌握摩擦与润滑；发动机润滑油的工作特点及对质量的要求；各项质量指标与油品化学组成的关系。第一节摩擦与润滑一、摩擦与磨损摩擦是两个互相接触的物体，彼此作相对运动或有相对运动趋势时，相互作用产生的一种物理现象。它发生在两个摩擦物体的接触表面上，摩擦产生的阻力称为摩擦力。当两个摩擦表面相互接触时，因为其表面不是绝对平滑的，接触时一般仅在个别点上发生接触。如图所示，此时，在接触点的分子引力作用下，能互相结合起来。当物体有相对运动时，这种结合势必遭到破坏，同时在新的接触点上发生结合。破坏这种结合就使运动产生了一个阻力。另外，在两接触面上凹凸不平的谷峰之间，互相的机械啮合运动也会产生一种阻力。因此，总的摩擦力是分子结合与机械啮合所产生的阻力之和。粗糙表面的接触情况1.干摩擦两物体的滑动表面为无任何润滑剂或保护膜的纯金属。2.液体摩擦两摩擦表面不直接接触，被油膜隔开。根据摩擦副表面间的润滑状态将摩擦状态分为四种：磨损及其过程运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐损失，这种现象称为磨损。单位时间内材料的磨损量称为磨损率。工程上常利用磨损的原理来减小零件表面的粗糙度，如磨削、研磨、抛光、跑合等。3.边界摩擦两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开。4.混合摩擦处于干摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态。典型的磨损过程（三阶段）1、磨合磨损过程2、稳定磨损阶段3、剧烈磨损阶段在一定载荷作用下形成一个稳定的表面粗糙度，且在以后过程中，此粗糙度不会继续改变，所占时间比率较小经磨合的摩擦表面加工硬化，形成了稳定的表面粗糙度，摩擦条件保持相对稳定，磨损较缓,该段时间长短反映零件的寿命经稳定磨损后，零件表面破坏，运动副间隙增大→动载、振动→润滑状态改变→温升↑→磨损速度急剧上升→直至零件失效1.磨粒磨损由于摩擦表面上的硬质突出物或从外部进入摩擦表面的硬质颗粒，对摩擦表面起到切削或刮擦作用，从而引起表层材料脱落的现象，称为磨粒磨损。减轻磨粒磨损：满足润滑条件，合理地选择摩擦副的材料、降低表面粗糙度值以及加装防护密封装置等。磨损分类按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同把磨损分为：2.粘着磨损也称胶合，当摩擦表面的微观凸峰在相互作用的各点处由于瞬时的温升和压力而粘在一起后，相对运动时，材料从一个表面迁移到另一个表面，便形成粘着磨损。粘着磨损按程度不同可分为五级：轻微磨损、涂抹、擦伤、撕脱、咬死。涂抹、擦伤、撕脱又称为胶合，往往发生于高速、重载的场合。合理地选择配对材料，采用表面处理，限制摩擦表面的温度，控制压强及采用含有油性极压添加剂的润滑剂等，都可减轻粘着磨损。3.疲劳磨损（点蚀）也称点蚀，是由于摩擦表面材料微体积在交变接触应力和摩擦力的作用下，反复变形所产生的材料疲劳所引起的磨损。合理地选择材料及材料的硬度，选择粘度高的润滑油，加入极压添加剂或及减小摩擦面的粗糙度值等，可以提抗疲劳磨损的能力。4.腐蚀磨损当摩擦表面材料在环境的化学或电化学作用下引起腐蚀，在摩擦副相对运动时所产生的磨损即为腐蚀磨损。实际上大多数磨损是以上述四种磨损形式的复合形式出现的。什么是润滑油？润滑剂的一种润滑剂：介于两个相对运动的物体之间，具有减少两物体由于接触而产生的摩擦的功能二、润滑及其分类润滑的主要作用是:减小摩擦系数,提高机械效率;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，减轻磨擦阻力，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。减轻磨损,延长机械的使用寿命。润滑剂在磨擦表面之间，可以减轻由于硬粒磨损、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，从而大大减轻磨损。降低温度•润滑剂能够降低磨擦系数，降低磨擦热的产生。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。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。清洁冲洗作用•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。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。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。润滑油还有减少振动和噪声的效能•形成的油膜可起到缓冲作用，避免两表面直接接触，减轻振动与噪音。流体润滑由于润滑剂在摩擦表面间所处的情况不同，润滑状态可分为液体润滑、混合润滑、边界润滑和极压润滑四种。1.液体润滑：•两运动表面上被一层一定厚度（通常为1.5μm～2μm以上）的油膜完全隔开，由液膜的压力平衡外载荷，此时两运动表面不直接接触，摩擦只发生在液膜内部，使干摩擦变成液体摩擦。其润滑性能完全取决于液膜流体的粘度而与两表面的材料无关，它的摩擦阻力低、磨损少，可显著延长零件使用寿命。这是一种理想的润滑状态。也叫流体润滑、完全润滑、厚油膜润滑。通常，液体润滑可分为液体动压润滑与液体静压润滑两类。流体动压润滑•动压润滑由摩擦表面的几何形状和相对运动，借助液体的动力学作用来实现，如图所示，当轴静止时，在自重的作用下，轴颈与轴承直接触（见图a）。若轴颈以一定转速回转，借助轴颈与滑油间粘附力的作用，（见图b），润滑油从上部较宽进油空间携带到窄狭空间，会产生挤压，而使楔形油膜压力骤增。当转速达到某一定值时，楔形空间的油压就会使轴颈稍微抬起，使轴颈与轴承之间形成一层完整的润滑油膜，实现液体润滑（见图c）。楔形油膜的形成此油楔的形成与其产生的压力主要与以下因素有关：（1）摩擦表面的运动状态。转速越高，愈容易形成油膜，油膜压力也高，而在柴油机刚起动或低速运转时，难以形成完整的油膜。（2）滑油粘度。粘度应适当：粘度过小滑油不易被轴颈携带，且易从轴承的轴向两端流出，粘度过大，则难以涂布。（3）轴承负荷。负荷不能过高，若轴承负荷过高，楔形油膜压力难以抬起轴颈，冲击性负荷过大，也可能将已建立好的楔形油膜破坏。（4）轴承间隙。间隙应合适：若轴颈与轴承的间隙太小，滑油不易楔入接触面之间；若间隙过大，则滑油容易从轴承两端漏泄，所以轴承间隙必须适当。（5）表面加工粗糙度。工作表面加工精度高，很薄的油膜就能完全隔开两个摩擦面，容易形成楔形油膜。液体静压润滑•在某些机械的轴承中，由于转速太低，负荷太高，或者运动不连续，因此很难“自然”地形成完整的楔形油膜。这时可采用液体静压润滑方式，即从外部向摩擦表面供给有一定压力的滑油，借助滑油的静压力产生油膜以平衡外载荷。让一个或几个进油孔通至压力区中一定形状的油槽中，用滑油的静压力形成油膜把轴颈浮起来。2、边界润滑•因负荷过大、转速过慢等原因，导致表面间无法保持完整油膜，只能靠润滑油中某些极性分子在金属表面上形成一层或几层分子厚度的吸附膜，此时靠金属表面所吸附的极性物质进行润滑，称为边界润滑。它只能减少磨损，不能代替液体润滑。•边界润滑是从磨擦表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。•薄膜厚度通常为0.1µm左右，组成边界油膜的是一些具有极性的分子，它们与金属结合很牢固，不像润滑油中的其他分子能随意移动。边界润滑3、混合润滑：•摩擦表面上同时存在着液体润滑和边界润滑或存在着干摩擦和边界润滑都叫混合润滑。在柴油机中多指前者，如气缸润滑即属此类。这种润滑状况叫不完全润滑，或不稳定态润滑。混合润滑4、极压润滑：•极压润滑是属于边界润滑的一种特殊情况，当摩擦表面温度、压力极高时，边界润滑的吸附膜脱落，此时靠润滑油极压添加剂中的含硫、磷、氯等有机化合物与金属反应，生成一层化学膜，如硫化铁和磷酸铁等，靠这一层无机化学膜来减少摩擦，防止金属烧结，这种润滑称为极压润滑。AW/EPAdditivesPreventMetalContact抗磨损/极压添加剂防止金属表面的接触3．润滑油的分类由于各种机械的使用条件相差很大，它们对所需润滑油的要求也不一样，因此，润滑油按其使用的场合和条件的不同，分为很多种类。各类润滑油的性质各异，均有其特定的用途，切不可随意使用，不然，会影响机器的正常运转，甚至导致机件的烧损。我国基本上是按照国际标准化组织（InternationalStandardizationOrganization）的ISO6743/0—1981的润滑剂分类标准规定了GB7631.1—87国家标准，把润滑剂分为19组，具体见表6—1。习惯上，为方便起见，将润滑油按其使用场合分为以下几类：（1）内燃机润滑油•包括汽油机油、柴油机油等。这是需要量最多的一类润滑油，约占润滑油总量的一半。（2）齿轮油•是在齿轮传动装置上使用的润滑油，其特点是它在机件间所受的压力很高。（3）液压油及液力传动油•是在传动、制动装置及减震器中用来传递能量的液体介质，它同时也起润滑及冷却作用。（4）工业设备用油•其中包括机械油、汽轮机油、压缩机油、汽缸油以及并不起润滑作用的电绝缘油、金属加工油等。4.润滑油的基础油由于机械的要求和使用条件的千差万别，润滑油的品种多达数百种，假如每种润滑油都单独生产，那就不胜其烦。为了简化润滑油生产，目前各国都采用先制成一系列符合一定规格的、粘度不同的基础油，然后根据市场需要将不同牌号的若干种基础油进行调和，并加入适量的添加剂，以制得符合各种规格的润滑油商品。不仅使润滑油的生产规范化，达到事半功倍的效果，同时还易于根据市场的变化及时调整产品结构。润滑油的品种虽然很多，但都是以基础油为主体并加入适量的各种添加剂而制成的。基础油又可分为矿物油、加氢油和合成油三大类。依据习惯，把通过物理蒸馏方法从石油中提炼出的基础油称为矿物油，加工流程是在原油提炼过程中，在分馏出有用的轻物质后，残留的塔底油再经提炼而成，称为老三套(酮苯脱蜡、溶剂精制、白土补充精制)。生产过程基本以物理过程为主，不改变烃类结构，生产的基础油取决于原料中理想组分的含量与性质；矿物油在提炼过程中因无法将所含的杂质清除干净，因此流动点较高，不适合寒带作业使用；因此，矿物油类基础油在性质上受到一定限制。为满足高档润滑油的高质量、节能、延长换油期和低排放的需求，要求基础油具有低粘度、低挥发度、高粘度指数、良好的氧化安定性等特点。加氢基础油是通过加氢工艺(加氢处理、加氢裂化、加氢异构化、加氢精制、催化脱蜡)，改变基础油化学组成，这样带来很多优点，其颜色、安定性和气味得到改善，粘温性能得到提高，对抗氧剂的感受性显著提高。加氢基础油的性能概括如下：1)粘度指数高、低温性好、粘温性好；2)热稳定性、氧化安定性好；