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机械设计基础机械系统的润滑与密封设计机械系统的润滑和密封设计在机械工程领域中起着至关重要的作用。
合理的润滑设计可以减少机械零部件的摩擦和磨损，延长机械的使用寿命；而有效的密封设计则可以防止机械系统内外介质的泄漏，确保机械系统的正常运行。
本文将从润滑和密封两个方面进行讨论。
一、润滑设计润滑设计是指在机械系统中采用合适的润滑方式和润滑剂，以减小机械零部件的摩擦系数，降低机械磨损和能量损失的过程。
1.1 润滑方式的选择在润滑设计中，应根据机械系统的工作条件和要求选择合适的润滑方式，常见的润滑方式有干摩擦润滑、润滑膜润滑和混合润滑。
1.2 润滑剂的选择不同的机械系统需要选择不同的润滑剂，常见的润滑剂有液体润滑剂和固体润滑剂。
在选择液体润滑剂时，应考虑机械系统的工作温度、压力和速度等因素；而在选择固体润滑剂时，则应根据所需的耐磨性和耐高温性来选用。
二、密封设计密封设计是指在机械系统中采用合适的密封结构和材料，以防止介质的泄漏和外界物质的侵入。
2.1 密封结构的选择在密封设计中，应根据机械系统的工作条件和要求选择合适的密封结构。
常用的密封结构有梯形密封、O型密封和机械密封等。
不同的密封结构适用于不同的工作环境和工作压力。
2.2 密封材料的选择密封材料的选择直接影响到机械系统的密封性能和使用寿命。
在选择密封材料时，应根据介质的性质、温度和压力等因素来选择合适的材料。
常见的密封材料有橡胶、金属和高分子材料等。
三、润滑与密封的综合设计润滑和密封是机械系统中密切相关的两个方面，二者的综合设计可以取得更好的效果。
3.1 润滑与密封的协同作用在机械系统中，润滑剂有助于降低摩擦系数，从而减少能量损失和磨损。
而密封结构则可以防止润滑剂的泄漏和外界杂质的侵入，保证润滑效果的持久。
3.2 润滑与密封的优化设计通过合理的润滑与密封设计，可以提高机械系统的工作效率和使用寿命。
例如，在高速摩擦部位采用自润滑材料，并配备合适的密封结构，能够有效降低能量损失和磨损。
润滑剂的用法润滑剂是一种常见的工业润滑材料，它可以有效降低摩擦和磨损，保护机械设备，延长使用寿命。
除了工业领域，润滑剂在日常生活中也有广泛的应用，比如在家庭维护中使用润滑剂来保持门窗和家具的顺畅开合。
在本文中，我们将详细介绍润滑剂的种类、用途及使用方法，希望能够帮助读者更好地了解润滑剂及其正确使用方式。
一、润滑剂的种类1. 固体润滑剂固体润滑剂是一种以固体形式存在的润滑材料，常见的有石墨和二硫化钼等。
它们在高温、高压或者长时间摩擦条件下表现出良好的润滑效果，适用于一些特殊的工作条件，比如高温烧结设备和高负荷轴承。
2. 润滑脂润滑脂由基础油和增稠剂组成，具有黏稠的特性，适用于一些需要长期润滑的设备，如汽车发动机、轴承和齿轮传动装置。
润滑脂在润滑的同时可以形成一层保护膜，有效降低摩擦和磨损。
3. 润滑油润滑油是一种流动性较强的润滑剂，通常由基础油和各种添加剂组成。
润滑油适用于一些需要高速、高温工作条件下的机械设备，如汽车引擎、液压系统和齿轮箱。
二、润滑剂的用途1. 减少摩擦和磨损润滑剂可以在接触表面上形成一层保护膜，减少接触表面之间的直接接触，从而降低摩擦和磨损，延长机械设备的使用寿命。
2. 提高效率适当的润滑可以提高机械设备的运转效率，降低能耗和热量损失，保持设备的稳定性和可靠性。
3. 防止腐蚀一些润滑剂中添加了防锈和防腐剂，可以有效防止机械设备在高湿度和腐蚀性环境下的腐蚀，延长设备的使用寿命。
4. 减少振动和噪音良好的润滑可以减少机械设备的振动和噪音，提高工作环境的舒适性，减少对操作人员的影响。
三、润滑剂的使用方法1. 选择合适的润滑剂在选择润滑剂时，需要考虑机械设备的工作条件和要求，以及润滑剂的性能指标和适用范围，选择合适的润滑剂进行润滑。
2. 清洁润滑部位在添加润滑剂之前，需要将润滑部位清洁干净，去除杂物和旧的润滑剂，保持润滑表面的清洁，以免影响润滑效果。
3. 均匀涂抹润滑剂在涂抹润滑剂时，需要均匀涂抹在润滑部位，确保润滑剂能够充分渗透到摩擦表面，形成一层保护膜，提供有效的润滑效果。
机械润滑与密封一、润滑1、摩擦：摩擦现象是自然界中普遍存在的物理现象。
摩擦会使机器效率降低，温度升高，表面磨损。
过大磨损会使机器丧失精度，产生振动和噪音，缩短寿命。
世界上使用的能源大约有1/3-1/2 消耗于摩擦。
如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，便可大量节省能源。
2、润滑的作用和润滑技术机械中的可动零、部件，在压力下接触而作相对运动时，其接触表面间就会产生摩擦，造成能量损耗和机械磨损，影响机械运动精度和使用寿命。
因此，在机械设计中，考虑降低摩擦，减轻磨损，是非常重要的问题，其措施之一就是采用润滑。
3、润滑的作用：（1）减少摩擦，减轻磨损加入润滑剂后，在摩擦表面形成一层油膜，可防止金属直接接触，从而大大减少摩擦磨损和机械功率的损耗。
（2）降温冷却摩擦表面经润滑后其摩擦因数大为降低，使摩擦发热量减少；当采用液体润滑剂循环润滑时，润滑油流过摩擦表面带走部分摩擦热量，起散热降温作用，保证运动副的温度不会升得过高。
（3）清洗作用润滑油流过摩擦表面时，能够带走磨损落下的金属磨屑和污物。
（4）防止腐蚀润滑剂中都含有防腐、防锈添加剂，吸附于零件表面的油膜，可避免或减少由腐蚀引起的损坏。
（5）缓冲减振作用润滑剂都有在金属表面附着的能力，且本身的剪切阻力小，所以在运动副表面受到冲击载荷时，具有吸振的能力。
（6）密封作用润滑脂具有自封作用，一方面可以防止润滑剂流失，另一方面可以防止水分和杂质的侵入。
润滑技术包括正确地选用润滑剂、采用合理的润滑方式并保持润滑剂的质量等。
二、润滑剂及其选用生产中常用的润滑剂包括润滑油、润滑脂、固体润滑剂、气体润滑剂及添加剂等几大类。
其中矿物油和皂基润滑脂性能稳定、成本低，应用最广。
固体润滑剂如石墨、二硫化钼等耐高温、高压能力强，常用在高压、低速、高温处或不允许有油、脂污染的场合，也可以作为润滑油或润滑脂的添加剂使用。
气体润滑剂包括空气、氢气及一些惰性气体，其摩擦因数很小，在轻载高速时有良好的润滑性能。
机械的润滑与密封润滑润滑的作用和润滑技术机械中的可动零、部件，在压力下接触而作相对运动时，其接触表面间就会产生摩擦，造成能量损耗和机械磨损，影响机械运动精度和使用寿命。
因此，在机械设计中，考虑降低摩擦，减轻磨损，是非常重要的问题，其措施之一就是采用润滑。
润滑的作用主要是：（1）减少摩擦，减轻磨损加入润滑剂后，在摩擦表面形成一层油膜，可防止金属直接接触，从而大大减少摩擦磨损和机械功率的损耗。
（2）降温冷却摩擦表面经润滑后其摩擦因数大为降低，使摩擦发热量减少；当采用液体润滑剂循环润滑时，润滑油流过摩擦表面带走部分摩擦热量，起散热降温作用，保证运动副的温度不会升得过高。
（3）清洗作用润滑油流过摩擦表面时，能够带走磨损落下的金属磨屑和污物。
（4）防止腐蚀润滑剂中都含有防腐、防锈添加剂，吸附于零件表面的油膜，可避免或减少由腐蚀引起的损坏。
（5）缓冲减振作用润滑剂都有在金属表面附着的能力，且本身的剪切阻力小，所以在运动副表面受到冲击载荷时，具有吸振的能力。
（6）密封作用润滑脂具有自封作用，一方面可以防止润滑剂流失，另一方面可以防止水分和杂质的侵入。
润滑技术包括正确地选用润滑剂、采用合理的润滑方式并保持润滑剂的质量等。
润滑剂及其选用生产中常用的润滑剂包括润滑油、润滑脂、固体润滑剂、气体润滑剂及添加剂等几大类。
其中矿物油和皂基润滑脂性能稳定、成本低，应用最广。
固体润滑剂如石墨、二硫化钼等耐高温、高压能力强，常用在高压、低速、高温处或不允许有油、脂污染的场合，也可以作为润滑油或润滑脂的添加剂使用。
气体润滑剂包括空气、氢气及一些惰性气体，其摩擦因数很小，在轻载高速时有良好的润滑性能。
当一般润滑剂不能满足某些特殊要求时，往往有针对性地加入适量的添加剂来改善润滑剂的粘度、油性、抗氧化、抗锈、抗泡沫等性能。
1．润滑油润滑油的特点是：流动性好，内摩擦因数小，冷却作用较好，可用于高速机械，更换润滑油时可不拆开机器。
但它容易从箱体内流出，故常需采用结构比较复杂的密封装置，且需经常加油。
第五十二讲学时：2学时课题：第十七章机械的润滑与密封 17.1 润滑 17.2 密封目的任务：了解机械设备中常用的润滑方法、润滑剂及密封装置重点:润滑方法及密封装置难点：润滑方法及密封装置教学方法：多媒体（使用大量的图片展示结构）第十七章机械的润滑与密封17.1 润滑17.1.1润滑的作用和润滑技术机械中的可动零、部件，在压力下接触而作相对运动时，其接触表面间就会产生摩擦，造成能量损耗和机械磨损，影响机械运动精度和使用寿命。
因此，在机械设计中，考虑降低摩擦，减轻磨损，是非常重要的问题，其措施之一就是采用润滑。
润滑的作用主要是：（1）减少摩擦，减轻磨损加入润滑剂后，在摩擦表面形成一层油膜，可防止金属直接接触，从而大大减少摩擦磨损和机械功率的损耗。
（2）降温冷却摩擦表面经润滑后其摩擦因数大为降低，使摩擦发热量减少；当采用液体润滑剂循环润滑时，润滑油流过摩擦表面带走部分摩擦热量，起散热降温作用，保证运动副的温度不会升得过高。
（3）清洗作用润滑油流过摩擦表面时，能够带走磨损落下的金属磨屑和污物。
（4）防止腐蚀润滑剂中都含有防腐、防锈添加剂，吸附于零件表面的油膜，可避免或减少由腐蚀引起的损坏。
（5）缓冲减振作用润滑剂都有在金属表面附着的能力，且本身的剪切阻力小，所以在运动副表面受到冲击载荷时，具有吸振的能力。
（6）密封作用润滑脂具有自封作用，一方面可以防止润滑剂流失，另一方面可以防止水分和杂质的侵入。
润滑技术包括正确地选用润滑剂、采用合理的润滑方式并保持润滑剂的质量等。
17.1.2润滑剂及其选用生产中常用的润滑剂包括润滑油、润滑脂、固体润滑剂、气体润滑剂及添加剂等几大类。
其中矿物油和皂基润滑脂性能稳定、成本低，应用最广。
固体润滑剂如石墨、二硫化钼等耐高温、高压能力强，常用在高压、低速、高温处或不允许有油、脂污染的场合，也可以作为润滑油或润滑脂的添加剂使用。
气体润滑剂包括空气、氢气及一些惰性气体，其摩擦因数很小，在轻载高速时有良好的润滑性能。
当一般润滑剂不能满足某些特殊要求时，往往有针对性地加入适量的添加剂来改善润滑剂的粘度、油性、抗氧化、抗锈、抗泡沫等性能。
1．润滑油润滑油的特点是：流动性好，内摩擦因数小，冷却作用较好，可用于高速机械，更换润滑油时可不拆开机器。
但它容易从箱体内流出，故常需采用结构比较复杂的密封装置，且需经常加油。
常用润滑油主要分为矿物润滑油、合成润滑油和动植物润滑油三类。
矿物润滑油主要是石油制品，具有规格品种多、稳定性好、防腐蚀性强、来源充足且价格较低等特点，因而应用广泛。
主要有机械油、齿轮油、汽轮机油、机床专用油等。
合成润滑油具有独特的使用性能，主要用于特殊条件下，如高温、低温、防燃以及需要与橡胶、塑料接触的场合。
动植物油产量有限，且易变质，故只用于有特殊要求的设备或用作添加剂。
润滑油的性能指标有：粘度、油性、闪点、凝点和倾点。
粘度是润滑油最重要的物理性能指标。
它反映了液体内部产生相对运动时分子间内摩擦阻力的大小。
润滑油粘度越大，承载能力也越大。
润滑油的粘度并不是固定不变的，而是随着温度和压强而变化的。
当温度升高时，粘度降低；压力增大时，粘度增高。
润滑油的粘度分为动力粘度、运动粘度和相对粘度，各粘度的具体含义及换算关系可参看有关标准。
油性又称润滑性，是指润滑油润湿或吸附于摩擦表面构成边界油膜的能力。
这层油膜如果对摩擦表面的吸附力大，不易破裂，则润滑油的油性就好。
油性受温度的影响较大，温度越高，油的吸附能力越低，油性越差。
润滑油在火焰下闪烁时的最低温度称为闪点。
它是衡量润滑油易燃性的一项指标，另一方面闪点也是表示润滑油蒸发性的指标。
油蒸发性越大，其闪点越低。
润滑油的使用温度应低于闪点20～30℃。
凝点是指在规定的冷却条件下，润滑油冷却到不能流动时的最高温度，润滑油的使用温度应比凝点高5～7℃。
倾点是润滑油在规定的条件下，冷却到能继续流动的最低温度，润滑油的使用温度应高于倾点3℃以上。
润滑油的选用原则是：载荷大或变载、冲击载荷、加工粗糙或未经跑合的表面，选粘度较高的润滑油；转速高时，为减少润滑油内部的摩擦功耗，或采用循环润滑、芯捻润滑等场合，宜选用粘度低的润滑油；工作温度高时，宜选用粘度高的润滑油。
2．润滑脂润滑脂习惯上称为黄油或干油，是一种稠化的润滑油。
其油膜强度高，粘附性好，不易流失，密封简单，使用时间长，受温度的影响小，对载荷性质、运动速度的变化等有较大的适应范围，因此常应用在：不允许润滑油滴落或漏出引起污染的地方（如纺织机械、食品机械等），加、换油不方便的地方、不清洁而又不易密封的地方（润滑脂本身就是密封介质），特别低速、重载或间歇、摇摆运动的机械等。
润滑脂的缺点是内摩擦大，起动阻力大，流动性和散热性差，更换、清洗时需停机拆开机器。
润滑脂的主要性能指标有滴点和锥入度。
滴点是指在规定的条件下，将润滑脂加热至从标准的测量杯孔滴下第一滴时的温度。
它反映了润滑脂的耐高温能力。
选择润滑脂时，工作温度应低于滴点15～20℃。
锥入度是衡量润滑脂粘稠程度的指标。
它是指将一个标准的锥形体，置于25℃的润滑脂表面，在其自重作用下，经5 后，该锥形体沉入脂内的深度（以0.1 为单位）。
国产润滑脂都是按锥入度的大小编号的，一般使用2、3、4号。
锥入度越大的润滑脂，其稠度越小，编号的顺序数字也越小。
根据稠化剂皂基的不同，润滑脂主要有：钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂、铝基润滑脂等类型。
选用润滑脂类型的主要根据是润滑零件的工作温度、工作速度和工作环境条件。
17.1.3常用机械零部件的润滑润滑方法有分散润滑和集中润滑两大类。
分散润滑是各个润滑点用独立的分散的润滑装置来润滑，这种润滑可以是连续的或间断的，有压的或无压的；集中润滑则是一台机器或一个车间的许多润滑点由一个润滑系统来同时润滑。
选择润滑方法主要考虑机器零部件的工作状况、采用的润滑剂及供油量要求。
低速、轻载或不连续运转的机械需要油量少，一般采用简单的手工定期加油、加脂、滴油或油绳、油垫润滑。
中速、中载较重要的机械，要求连续供油并起一定的冷却作用，常用油浴（浸油）、油环、溅油润滑或压力供油润滑。
高速、轻载齿轮及轴承发热大，用喷雾润滑效果较好。
高速、重载、供油量要求大的重要部件应采用循环压力供油润滑。
当机械设备中有大量润滑点或建立车间自动化润滑系统时可使用集中润滑装置。
1．齿轮传动润滑（1）闭式齿轮传动的润滑齿轮的圆周速度＜0.8 时，一般采用润滑脂润滑，否则应采用润滑油润滑。
润滑油的粘度可根据齿轮的材料和圆周速度，在表17－1－3中查取，然后由表17－1－1或机械设计手册选定润滑油的牌号。
用润滑油的齿轮润滑方法有浸油润滑、飞溅润滑、压力喷油润滑等，润滑方式选择及注意事项见表17－1－4。
（2）开式、半开式齿轮传动的润滑开式齿轮传动一般速度较低、载荷较大、接触灰尘和水分、工作条件差且油易流失。
为维持润滑油膜，应采用粘度很高、防锈性好的开式齿轮油。
速度不高的开式齿轮也可采用脂润滑。
开式齿轮传动的润滑可用手工、滴油、油池浸油等方式供油。
2．滚动轴承的润滑滚动轴承可采用油润滑或脂润滑。
润滑方法可按轴承类型与dn 值由表17－1－5中选取。
17.2 密封17.2.1密封的作用机械装置密封的主要作用是：①阻止液体、气体工作介质以及润滑剂泄漏；②防止灰尘、水分及其它杂质进入润滑部位。
17.2.2密封方法密封装置有许多类型，两个具有相对运动的结合面之间的密封称为动密封。
两个相对静止的结合面之间的密封称为静密封。
泄漏包括两方面原因――密封面上有间隙及密封两侧有压力差。
所有的静密封和大部分动密封都是借助密封力使密封面互相靠近或嵌入以减少或消除间隙，达到密封的目的，这类密封方式称为接触式密封。
密封面间预留固定间隙，依靠各种方法减少密封间隙两侧的压力差而阻漏的密封方式，称为非接触式密封。
1．静密封静密封只要求结合面间有连续闭合的压力区，没有相对运动，因此没有因密封件而带来的摩擦、磨损问题。
常见的静密封方式有：（1）研磨面密封这是最简单的静密封方法。
要求将结合面研磨加工平整、光洁，并在压力下贴紧（间隙小于5 ）。
但加工要求高，密封要求高时不理想。
（2）垫片密封这是较普遍的静密封方法。
是在结合面间加垫片，并在压力下使垫片产生弹性或塑性变形填满密封面上的不平，消除间隙，达到密封的目的。
在常温、低压、普通介质工作时可用纸、橡胶等垫片，在高压及特殊高温和低温场合可用聚四氟乙烯垫片，一般高温、高压下可用金属垫片。
（3）密封胶密封在结合面上涂密封胶是一种简便良好的静密封方法。
密封胶有一定的流动性，容易充满结合面的间隙，粘附在金属面上能大大减少泄漏，即使在较粗糙的表面上密封效果也很好。
密封胶型号很多（如铁锚602），使用时可查机械设计手册。
（4）密封圈密封在结合面上开密封圈槽，装入密封圈，利用其在结合面间形成严密的压力区来达到密封的目的，效果甚好。
图17－2－1为常用的形密封圈密封。
2．动密封由于动密封两个结合面之间具有相对运动，所以选择动密封件时，既要考虑密封性能，又要避免或减少由于密封件而带来的摩擦发热和磨损，以保证一定的寿命。
回转轴的动密封有接触式、非接触式和组合式三种类型。
