润滑的原理

磨擦副在全膜润滑状态下运行,这是一种理想的状况。但是,如何创造条件,采取措施来形成和满足全膜润滑状态则是比较复杂的工作。人们长期生产实践中不断对润滑原理进行了探索和研究,有的比较成熟,有的还正在研究。现就常见到的动压润滑、静压润滑、动静压润滑、边界润滑、极压润滑、固体润滑、自润滑等的润滑原理,作一简单介绍。
1.动压润滑
  通过轴承副轴颈的旋转将润滑油带入磨擦表面,由于润滑油的黏性和油在轴承副中的楔形间隙形成的流体动力作用而产生油压,即形成承载油膜,称为流体动压润滑。流体动压润滑理论的假设条件是润滑剂等黏性,即润滑油的黏度在一定的温度下,不随压力的变化而改变;其次是假定了生相对磨擦运动的表面是刚性的,即在受载及油膜压力作用下,不考虑其弹性变形。在上述假定条件下,对一般非重载(接触压力在15MPa)的滑动轴承,这种假设条件接近实际情况。但是,在滚动轴承和齿轮表面接触压力增大至400~1500MPa时,上述假定条件就与实际情况不同。这时磨擦表面的变形可达油膜厚度的数倍,而且润滑的金属磨擦表面的弹性变形和润滑油黏度随压力改变这两个因素,来研究和计算油膜形成的规律及厚度、油膜截面形状和油膜内的压力分布更为切合实际这种润滑就称为弹性流体动压润滑。
2.静压润滑
  通过一套高压的液压供油系统,将具有一定压力的润滑油以过节流阻尼器,强行供到运动副磨擦表面的间隙中(如在静压滑动轴承的间隙中、平面静压滑动导轨的间隙中、静压丝杆的间隙中等)。磨擦表面在尚未开始运动之前,就被高压油分隔开,强制形成油膜,从而保证了运动副能在承受一定工作载荷条件下,完全处于液体润滑状态,这种润滑称为液体静压润滑。
3.动、静压润滑
  随着科学技术的发展,近年来在工业生产中出现了新型的动、静压润滑的轴承。液体动、静压联合轴承充分发挥了液体动压轴承和液体静压轴承二者的优点
,克服了液体动压轴承和液体静压轴承二者的不足。主要工作原理:当轴承副在启动或制动过程中,采用静压液体润滑的办法,将高压润滑油压入轴承承载区,把轴劲浮起,保证了液体润滑条件,从而避免了在启动或制动过程中因速度变化不能形成动压油膜而使金属磨擦表面(轴颈表面与轴瓦表面)直接接触产生的磨擦与磨损。当轴承副进入全速稳定运转时,可将静压供油系统停止,和用动压润滑供油形成动压油膜,仍能保持住轴颈在轴承中的液体润滑条件。
  这样的方法,从理论上来讲,在轴承副启动、运转、制动、正反转的整个过程中,完全避免了半液体润滑和边界润滑,成为液体润滑。因此,磨擦系数很低
,只要克服润滑油黏性所具有的液体内部分子间的磨擦阻力就行。此外,磨擦表面完全被静压油膜和动压油膜分隔开,所以,若情况正常,则几乎没有磨损产生
,从而大大地延长了轴承的工作寿命,节约了动能消耗。
4.边界润滑(即边界磨擦)
  边界润滑是从磨擦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。这时磨擦界面上存在着一层吸附的薄膜,厚度通常为0.1μm左右,具有一定的润滑性能。我们称这层薄膜为边界膜。边界膜的润滑性能主要取决于磨擦表面的性质;取决于润滑剂中的油性添加剂、极压添加剂对金属磨擦表面形成的边界膜的结构形成,而与润滑油口的黏度关系不大。
5.极压润滑
  极压润滑是属于边界润滑的一种特殊情况,也就是磨擦副处在重载(或高接触应力)、高速、高温条件下,润滑油中的极压添加剂与金属磨擦表面起反应生成一层化学反应膜,将两磨擦表面分隔开,并起到降低磨擦系数、减缓磨损(或改变金属表面直接接触的严重磨损),达到润滑的作用,就称为极压润滑。
6.固体润滑
  在磨擦面之间放入固体粉状物质的润滑剂,同样也能起到良好的润滑效果。在两磨擦面之间有固体润滑剂,它的剪切阻力很小,稍有外力,分子间就会产生滑移。这样就把两磨面之间的外磨擦转变为固体润滑剂分子间的内磨擦。固体润滑有两个必要条件,首先是固体润滑剂分子间应具有低的剪切强度,很容易产生滑移;其次是固体润滑剂要能与磨擦面有较强的亲和力,在磨擦过程中,总是使磨擦面上始终保持着一层固体润滑剂,而且这一层固体润滑剂不腐蚀磨擦表面。一般在金属表面上是机械附着,但也有形成化学结合的。具有上述性质的固体物质很多,例如石墨、二硫化钼,滑石粉等。
  对于非层状结构固体润滑剂或软金属来说,主要是以其剪切力低,起到润滑作用,然后使它附着在磨擦表面形成润滑膜。对于已经形成的固体润滑膜的润滑机理,可以按边界润滑机理近似的解释其润滑作用。
7.自润滑
  以上所讲的几种润滑,在磨擦运动过程中,都需要向磨擦表面间加入润滑剂
。而自润滑则是将具有润滑性能的固体润滑剂粉末与其他固体材料相混合并经压制、烧结成材,或是在多孔性材料中浸入固体润滑剂;或是用固体润滑剂直接压制成材,作为磨擦表面。这样在整个磨擦过程中,不需要加入润滑剂,仍能具有良好的润滑作用。自润滑的机理包括固体润滑、边界润滑,或两者皆有的情况。  例如聚四氟乙烯制品作成的压缩机活塞环、轴瓦、轴套等都属自润滑,因此在这类零件的过程中,它不需再加任何润滑剂也能保持良好的润滑作用。