第六章 润滑

(4) 降凝剂 降凝剂用以降低润滑油的凝固点，以利于发 动机低温下起动。 原理：润滑油中一般含有少量的石蜡，当温 度降低时，石蜡结晶析出，并相互粘结形成三维 网状结构，将油包含其中，使润滑油失去流动性。 降凝剂分子可以在石蜡结晶表面进行吸附或与其 形成共晶，防止晶粒间相互连接成三维网状结构， 保持低温下润滑油的流动性。 应当指出，降凝剂只有在含蜡的油品中才起 作用，如果油品中含蜡过多，超过了降凝剂能起 作用的含量范围，同样也达不到降凝目的。 常用降凝剂：聚异丁烯、聚甲基丙烯酸酯等。
(4)酸值：主要指油中有机酸的含量。 对于新油含的有机酸主要指环烷酸，对储存 较久或已使用的油则指因氧化而产生的酸性 物质。 对于新油，酸值表示润滑油精制的程度；对 于旧油，则可用来判断它的废旧或氧化变质 程度。 此外酸值还可以用来衡量油对金属的腐蚀性。 (5)蒸发度 润滑油在使用过程中蒸发，造成润滑系统 中润滑油量逐渐减少，使粘度增大，影响供油， 液压液体在使用中蒸发，还会产生气穴现象和效 率下降，可能给液压泵造成损害。
2、润滑油的添加剂 润滑油中加人少量的化学物质，使润滑油 的性能显著改善，这些物质统称添加剂。 由于机器和机械设备日新月异，要求润滑 油能适应各种工况，如高温、低温、真空、高 辐射、高载荷和腐蚀性介质等，同时还要求有 较长的使用寿命和储存稳定性等，因此仅靠润 滑油本身的性能难以满足这些要求，必须加人 不同性能的添加剂。 目前，绝大部分润滑油中都含有润滑添加 剂。
（2）压力 当液体或气体所受的压力增加时，分子 之间的距离减小而分子间的引力增大，因而 粘度增加。 通常, 当矿物油所受压力超过0.02GPa 时,粘度随压力的变化就十分显著。
3、粘度的测量 测量粘度采用粘度计。按照它们的工作原理可以 归纳为3 类，即旋转式、落体式和毛细管式粘度计。 (1) 旋转式粘度计 旋转式粘度计的两个元件之间充满待测液体, 其 中一个固定而另一个旋转。通过测定相对旋转时，使 液体受剪切的阻力矩来计算液体的动力粘度。它的主 要形式有转筒粘度计(图(a))和锥板粘度计(图(b))， 前者由两个同心圆筒组成，后者由一平面和一圆锥面 组成。 这些粘度计能在不同的速 度下旋转，可以测量不同 切应变率时的粘度，特别 适用于非牛顿流体的测量。
(2)落体式粘度计 最常用的落体式粘度计是用一个钢球在充 满待测流体的管子中下落的终速度来测定粘度。 落体式粘度计的另一形式是落筒粘度计， 它由两个立式同心圆筒组成，两圆筒之间灌满 待测流体，外筒固定，内筒下落。落筒粘度计 主要用以测量高粘度的流体。
(3)毛细管式粘度计 毛细管式粘度计是以一定容 积的液体，依靠压力差或者自身 的质量，流过一根标准毛细管所 需的时间来测定液体的粘度。 如图所示，已知毛细管式粘 度计的常数c, 在某温度下测量 一定流量的液体流出毛细管的时 间t(即图中A、B 间椭球所含的流 体的液面从A降至B所需的时间)， 就可求出该液体此时的运动粘度 为：ν= ct；若测得该液体的密度 ρ，其动力粘度则为：η= ρν
添加剂大致分为两大类，一类是影响润滑油物理 性的添加剂，如降凝剂、增粘剂；另一类是在化 学性质方面起作用的添加剂，如抗氧化剂、清净 分散剂等。 (1)抗氧化剂 润滑油会因氧化而变质，生成的酸性物质对 金属表面由腐蚀作用，加入抗氧化剂会使润滑油 具有防腐蚀性能。 (2)清净分散剂 这是最主要、用量最大的添加剂，占润滑油 添加剂总量的50％以上。清净分散剂能够使高温 时产生的积炭和低温时生成的油泥分散悬浮在润 滑油中，使零部件保持清洁。
流体动压润滑：在两个做相对运动物体的 摩擦表面上，借助于摩擦表面的几何形状 和相对运动而产生具有一定压力的粘性流 体膜，将两摩擦表面完全隔开，由流体膜 产生的压力来平衡外载荷。 弹性流体动压润滑：相对运动表面的弹性 变形与流体动压作用都对润滑油的润滑性 能起着重要作用的一种润滑状态。
第Ⅱ区，混合润滑状态，平均润滑膜厚h与摩擦副 表面的复合粗糙度 的比值λ约为3，典型膜厚在 1μm以下，此时摩擦表面的一部分被流体润滑膜隔 开，承受部分载荷，也会发生部分表面微凸体的接 触，以及有边界润滑膜承受部分载荷。
牛顿提出了粘滞切应力与切应变率成正 比的假设，称为牛顿粘性定律， 即：τ＝ηγ；其中，τ为切应力，即单位面积 上的摩擦力，即τ= F/A; γ为切应变率，等于 流动速度沿流体厚度方向的变化梯度，即γ =du/dz；比例常数η定义为流体的动力粘度。 所以，
动力粘度的物理意义：在流体中取 两个面积各为1m2，相距1m的单元流 体，在相对运动速度为1m/s的时， 所产生的阻力，称为该液体的动力 粘度，以η表示。 当阻力为1N(牛顿)时，动力粘度为 1Pa·s(帕斯卡· 秒)。工程中常采 用Ｐ(泊)或cP(厘泊)为单位。 1Pa· s＝1N· 2＝10P=103cP s/m
(9)机械杂质 不溶于润滑油和特定溶剂的、在过滤时被 滤纸滤出的物质统称为机械杂质，这些物质主 要是金属磨屑、砂粒、粘土、铁锈、棉线、木 纤维以及添加剂中所含的无机盐等。 含杂质多的润滑油会破坏摩擦面间的油膜， 加剧磨损，堵塞油路。 (10)灰分 灰分是润滑油在完全燃烧后产生的固体残 留物。油中常含有的各种盐类和矿物杂质，在 高温时易形成积炭，加剧零件的磨损，同时影 响油在摩擦面间形成均匀油膜，影响润滑效果。
四、润滑材料及应用
水、动植物油、矿物油、 液体润滑 合成油、液态金属等
润 滑 剂 的 分 类 脂润滑 润滑油(矿物油、合成油等) +稠化剂(金属皂、粘土等）
石墨、二硫化钼、聚四 固体润滑 氟乙烯等 气体润滑 空气及其它气体介质
注：润滑油和润滑脂在实际中应用最广。
1、润滑油的主要性能 目前使用最广泛的是从石油中提炼所得的 润滑油(矿物油)，约占全部润滑油总量的97%。 其主要性能指标有： (1)粘度：选择润滑油的主要依据 (2)粘度指数：粘度指数高的润滑油，粘度随 温度的变化小。 (3)油性：润滑剂减少摩擦的能力，实际上是 润滑油吸附于摩擦表面形成边界膜的能力。油 性越好，吸附能力就越强。（边界润滑和粗糙 表面尤其重要）
第Ⅰ区：流体润滑状态， 包括流体动压润滑、流体 静压润滑和弹性流体动压 润滑。平均润滑膜厚h与摩 擦副表面的复合粗糙度 的 比值λ大于3。 流体动压和静压润滑状态 下，典型膜厚约在1100μm，对于弹性流体动 压润滑，典型膜厚约为 0.1-1μm。 此时摩擦副的表面被连续流体膜隔开，因此用流体力学来 处理这类润滑问题，摩擦阻力完全决定于流体的内摩擦 (粘度)。在这个区域中，工作的摩擦副表面没有直接接触， 没有机械磨损(磨粒、粘着磨损)产生，但可以产生表面疲 劳磨损、气蚀磨损和流体浸蚀。
第Ⅲ区，边界润滑状态， 平均润滑膜厚h与表面的 复合粗糙度 的比值λ趋 于0(小于0.4～1)，典型 膜厚在1-50nm时，摩擦 表面微凸体接触增多， 润滑剂的粘度对降低摩 擦所起作用很小，几乎 完全不起作用，载荷几 乎全部通过微凸体以及 边界润滑膜承担。
** 由斯特里贝克曲线可知，润滑类型随着转速、 裁荷和润滑剂粘度的变化而变化，润滑状态可以从 一种润滑状态转变到另一种润滑状态。
F=1N
V=1m/s
1m 1m
1m
** 凡是服从牛顿粘性定律的流体统称为牛顿流体， 而不符合牛顿定律的流体为非牛顿流体。 实践证明:在一般工况条件下的大多数润滑油特别 是矿物油均属于牛顿流体性质。
பைடு நூலகம்
② 运动粘度ν 将同一温度下流体的动力粘度和该液体的密度 之比定义为运动粘度ν。

或
(7)凝点和倾点：表示石油产品在低温下的流动 性。 凝点，油冷却到停止流动时的最高温度。 倾点，被冷却的油开始连续流动的最低温度。
(8)抗氧化安定性 润滑油在加热和在金属催化剂作用下，抵 抗氧化变质的能力。润滑油被严重氧化时，颜 色变暗，酸值增大，粘度增大，还会产生沉淀 物，对机件有腐蚀作用。
１、流体粘度的主要分类
① 动力粘度η 牛顿最先提出粘性流体的流动模型，他认为 流体的流动是许多极薄的流体层之间的相对滑动， 如图所示。 在厚度为h的流体表面上有一块面积为A的平 板，在力F的作用下以速度U 运动。此时，由于 流体的粘滞性，在相互滑动的各层之间将产生切 应力即流体的内摩擦力，由它们将运动传递到各 相邻的流体层，使各层流速u 按直线分布。
(6) 闪电和自燃点 闪点是指在规定的条件下，加热油品时 所逸出的油气和空气混合而形成可燃混合气 体与火焰接触发生瞬间闪火的最低温度。 闪点表示石油产品着火危险性的指标， 即油品的危险性是根据闪电来划分的，闪点 小于45℃的油品为易燃品；闪点大于45℃的 油品为可燃品，在储运中油温应保持低于闪 点20～30℃。 自燃点是指油品受热达到一定温度时， 没有火源接触即可自行着火燃烧的温度。
流体静压润滑：流体静力润滑又称外供压润滑， 是用外部的供油装置，将具有一定压力的润滑剂 输送到支承中去，在支承油腔内形成具有足够压 力的润滑油膜，将所支撑的轴或滑动导轨面等运 动件浮起，承受外力作用。因此运动件在从静止 状态直至在很大的速度范围内都能承受外力作用， 这是流体静力润滑的主要特点。 而流体动力润滑的支承在静止或低速状态下， 往往无法形成具有足够压力的油膜，因而出现半 干摩擦，产生表面磨损或其他损伤，缩短工作寿 命。 其缺点是需要一套供油设备，增大了设备的 空间和重量。
二、润滑的类型
根据工作表面的不同和工作条件的限制， 润滑一般可分为三种类型：流体润滑、混合 润滑、边界润滑。 通常可根据所形成的润滑膜的厚度与表 面粗糙度综合值的比值λ，借助斯特里贝克 (Stribeck)曲线，判断润滑状态。
斯特里贝克 (Stribeck)曲线： 德国学者斯特里贝克 (Stribeck) 对滚动 轴承与滑动轴承的摩 擦进行了试验，研究 运动速度、法向载荷 和润滑剂的粘度等参 数与摩擦系数之间的 关系，并将它们间的 关系绘制成一条曲线， 称为斯特里贝克曲线。
三、流体粘度
粘度：就是液体的内摩擦。是润滑油受到外 力作用而发生相对移动时，油分子之间产生 的内摩擦阻力，其阻力的大小称为粘度。 粘度是润滑油的主要技术指标。绝大多数润 滑油的牌号，是根据其粘度确定的，粘度是 各种机械设备选油的主要依据。 粘度的度量方法，分为绝对粘度和相对粘度 两大类。绝对粘度分为动力粘度、运动粘度 两种；相对粘度有恩氏粘度、赛氏粘度和雷 氏粘度等几种表示方法。