資料-機(jī)械潤滑與密封

TOC\o"1-4"\h\z第八章機(jī)械的潤滑與密封（3學(xué)時，約1.5萬） 2§8-1潤滑 2一、潤滑及潤滑劑 21、潤滑概念、分類與作用 22、潤滑劑分類 33、潤滑劑的主要性能指標(biāo) 44、潤滑劑的選擇依據(jù) 5二、常見機(jī)構(gòu)的潤滑 61、齒輪傳動的潤滑 62、蝸桿傳動的潤滑 69\h73、鏈傳動的潤滑 84、滑動軸承的潤滑 95、滾動軸承的潤滑 10§8-2密封 10一、密封種類 10二、密封材料 111、纖維 \h112、高分子材料 113、無機(jī)材料 124、金屬 12三、密封裝置與應(yīng)用 121、毛氈密封 122、密封圈密封 133、油溝密封 134、迷宮密封 13

第八章機(jī)械的潤滑與密封（3學(xué)時，約1.5萬）§8-1潤滑一、潤滑及潤滑劑1、潤滑概念、分類與作用潤滑概念潤滑是在相互接觸、相對運(yùn)動的兩固體摩擦表面間，引入潤滑劑（流體或固體等物質(zhì)），將摩擦表面分開的方法。潤滑劑能夠牢固地吸附在機(jī)器零件的摩擦面上，形成一定厚度的潤滑膜，它與摩擦表面的結(jié)合力很強(qiáng)，但其本身分子間的摩擦系數(shù)很小。當(dāng)摩擦副被潤滑膜隔開時，它們在作相對運(yùn)動時就不會直接接觸，使兩摩擦副之間的摩擦轉(zhuǎn)變成潤滑劑的本身間摩擦，磨擦系數(shù)大大減少，達(dá)到減小摩擦、磨損的目的。潤滑分類根據(jù)潤滑膜在摩擦副表面的潤滑狀態(tài)分：干摩擦、流體潤滑和邊界潤滑。根據(jù)摩擦表面間形成壓力膜的條件分：液體（或氣體）動力潤滑，借摩擦副和流體膜相對運(yùn)動而形成壓力膜承受載荷。液體（或氣體）靜壓潤滑，靠外部提供一定壓力的流體，形成壓力流體膜承受載荷，使兩個相對運(yùn)動物體摩擦表面隔開。根據(jù)潤滑劑的物質(zhì)形態(tài)分：氣體潤滑如空氣、氮?dú)?、氦氣和某些情性氣體潤滑。液體潤滑如礦物油、動植物油、合成油、水等潤滑劑潤滑。固體潤渭如用石墨、二流化鋁等作為潤滑劑。半流體潤滑，采用動植物脂、礦物脂、合成脂等作為潤滑劑。潤滑的作用控制摩擦，減少磨損。液體潤滑油在摩擦表面可形成各種油膜狀態(tài)，按照不同摩擦表面，選用不同潤滑油，得到不同摩擦系數(shù)。如采用含有不同添加劑的潤滑油，應(yīng)用到不同工況條件下的摩擦副中，能有效控制摩擦，減少磨損。降低溫度。摩擦副在運(yùn)動時會產(chǎn)生大量熱量，尤其在高速重載的情況下，物體表面的溫度將很快升高，甚至可達(dá)到熔點(diǎn)的程度。而由于潤滑油的熱傳導(dǎo)，把摩擦副所產(chǎn)生的熱量通過流體帶回到油箱內(nèi)，促使物體表面的溫度降。防止銹蝕。潤滑油、脂對金屬無腐蝕作用，極性分子吸附在金屬表面，能隔絕水分與潮濕空氣和金屬表面接觸，起到防腐、防銹和保護(hù)金屬表面的作用。沖洗、密封作用。摩擦副在運(yùn)動時產(chǎn)生的磨損微粒或外來雜質(zhì)，可利用潤滑劑的流動出把摩擦表面間的磨粒帶走，防止物體磨損，以延長零件使用壽命。潤滑油與潤滑脂能深入各種間隙，彌補(bǔ)密封面的不平度，防止外來水分、雜質(zhì)的侵入，起到密封作用。傳遞動力、減少振動。在傳動中，由于液體是不可壓縮性而成為一種良好的動力傳遞介質(zhì)。摩擦副在工作時，兩表面間會產(chǎn)生噪音與振動，由于液體有粘度，它把兩表面隔開，使金屬表面不直接接觸，從而減少了振動。2、潤滑劑分類礦物油，由石油提煉而成，主要成分是碳?xì)浠衔锊⒑懈鞣N不同的添加劑，根據(jù)碳?xì)浠衔锓肿咏Y(jié)構(gòu)不同可分為烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴和不飽和烴等。石油原油經(jīng)過初餾和常壓蒸餾，提取低沸點(diǎn)的汽油、煤油和柴油后剩下常壓渣油。按照提取的方法不同，礦物潤滑油分為餾分潤滑油、殘?jiān)鼭櫥?、調(diào)合潤滑油三大類。餾分潤滑油，粘度小、質(zhì)量輕，通常含瀝青和膠質(zhì)較少。如高速機(jī)械油、汽輪機(jī)油、變壓器油、儀表油、冷凍機(jī)油等。殘餾潤滑油，粘度大，質(zhì)量較重。如航空機(jī)油、軋鋼機(jī)油、汽缸油、齒輪油等。調(diào)合潤滑油是由餾分潤滑油與殘?jiān)鼭櫥驼{(diào)合而成的混合油。如汽油機(jī)油、柴油機(jī)油、壓縮機(jī)油、工業(yè)齒輪油等。合成油（合成脂），擁有機(jī)合成的方法制得的具有一定特點(diǎn)結(jié)構(gòu)與性能的潤滑油。合成油比天然潤滑油具有更為優(yōu)良的性能，在天然潤滑油不能滿足現(xiàn)有工況條件時，一般都可改用合成油，如硅油、氟化酯、硅酸酯、聚苯醚、氟氯碳化合物，雙醋、磷酸酯等。水基潤滑油，兩種互不相溶的液體經(jīng)過處理，使液體的一方以微細(xì)粒子（直徑約0.2—50微米）分散懸浮在另一方液體中，稱為乳化油、或乳化液。如油包水或水包油乳化油、水一乙二醇液壓油等。它們的主要作用是抗燃、冷卻、節(jié)油等。潤滑脂，將稠化劑均勻地分散在潤滑油中，得到一種粘稠半流體散狀物質(zhì)，這種物質(zhì)就稱潤滑脂。它是由稠化劑、潤滑油和添加劑三大部分組成，通常稠化劑占10％-20％，潤滑油占75％-90％，其余為添加劑。固體潤滑劑，在相對運(yùn)動的承載表面間為減少摩擦和磨損，所用的粉末狀或薄膜狀的固體物質(zhì)。它主要用于不能或不方便使用油脂的摩擦部位。常用的固體潤滑材料有：石墨，二硫化鉬、滑石粉、聚四氟乙烯、尼龍、二硫化鎢、氟化石墨、氧化鉛等。氣體潤滑劑，采用空氣、氮?dú)?、氦氣等某些惰性氣體作為潤滑劑。它主要優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)低于0.001，幾乎等于零，適用于精密設(shè)備與高速軸承的潤滑。3、潤滑劑的主要性能指標(biāo)粘度粘度表示潤滑油的粘稠程度。它是指油分子間發(fā)生相對位移時所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦阻力，這種阻力的大小用粘度表示。粘度分絕對粘度和相對粘度兩種。絕對粘度又分動力粘度和運(yùn)動粘度。我們常用的是運(yùn)動粘度，用工程單位表示“毫米2／秒”，即lmm2/s=ICST（厘斯）。由于潤滑油的粘度隨溫度變化而異，所以在表示時必須注明是在什么溫度下測定的粘度。常用的測試溫度為50℃、100℃，在此溫度測得粘度大小，作為潤滑油的牌號〔如2#機(jī)械油，即在50℃時測得機(jī)械油的運(yùn)動粘度大小，13#壓縮機(jī)油，即在100℃時測得壓縮機(jī)油的運(yùn)動粘度大小〕。各國工業(yè)液體潤滑劑粘度等級標(biāo)準(zhǔn)不一，為利于各國之間貿(mào)易和用戶合理選油，ISO／TC28于1975年發(fā)布了《工業(yè)液體潤滑劑的ISO粘度分級標(biāo)準(zhǔn)》。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，產(chǎn)品粘度等級的劃分是以40℃時運(yùn)動粘度（mm2／s）為基礎(chǔ)，共分18個連續(xù)的粘度等級。我國也已采用ISO標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)布了“工業(yè)用潤滑油粘度分類”國標(biāo)（GB3141－82），同時也按ISO粘度等級制訂和修訂了一大批產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。如原40號機(jī)械油，現(xiàn)名為N68機(jī)械油，前綴“N”字母只使用到1990年。閃點(diǎn)與燃點(diǎn)潤滑油在一定條件下加熱，蒸發(fā)出來的油蒸氣與空氣混合達(dá)到一定濃度時與火焰接觸，產(chǎn)生短時閃爍的最低溫度稱閃點(diǎn)。如果使閃點(diǎn)時間延長達(dá)5秒鐘以上，此時溫度稱燃點(diǎn)。閃點(diǎn)是潤滑油貯運(yùn)及使用上的安全指標(biāo)，一般最高工作溫度應(yīng)低于閃點(diǎn)20－30℃。閃點(diǎn)測定方法有兩種：開口與閉口法，開口法結(jié)果一般比閉口法高20－30℃。針入度表示潤滑脂軟硬的程度，是劃分潤滑脂牌號的一個重要依據(jù)。測試方法：在25℃的溫度下將重量為150克的標(biāo)準(zhǔn)圓錐體，在5秒鐘內(nèi)沉入脂內(nèi)深度（單位為1／10毫米），即稱為該潤滑脂的針入度。陷入越深，說明脂越軟，稠度越??；反之，針入度越小，則潤滑脂越硬，稠度越大。潤滑脂的針入度是隨溫度的增高而增大，選用時要根據(jù)溫度、速度、負(fù)載與工作條件而定。我國潤滑脂針入度共分12個等級如表8-1所示，常用牌號為0－4號。表8-1潤滑脂針入度劃分等級牌號000000123456789針入度445-475400-430355-385314-340265-295220-250175-205130-16085-11560-8035-5510-30滴點(diǎn)表示潤滑脂的抗熱特性。將潤滑脂的試樣，裝入滴點(diǎn)計中，按規(guī)定條件加熱，以潤滑脂溶化后第一滴油滴落下來時的溫度作為潤滑脂的滴點(diǎn)。潤滑脂的滴點(diǎn)決定了它的工作溫度，應(yīng)用時應(yīng)選擇比工作溫度高20－30℃滴點(diǎn)的潤滑脂。4、潤滑劑的選擇依據(jù)潤滑油與潤滑脂的品種牌號很多，要合理選擇必須要考慮很多因素，如摩擦副的類型、規(guī)格、工況條件、環(huán)境及潤滑方式與條件等，不同情況有不同選擇方法。下面只能在通用性條件下將主要的幾個因素作為選擇依據(jù)。運(yùn)動速度兩個摩擦表面相對運(yùn)動速度愈高，則潤滑油的粘度應(yīng)選擇得小一些，潤滑脂的針入度選擇大一些。若采用高粘度和小針入度的油、脂，將增加運(yùn)動的阻力，產(chǎn)生大量熱量，使摩擦副發(fā)熱。運(yùn)動速度高低的劃分沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，不同性質(zhì)的摩擦副，其速度高低的概念也不一樣，如滾動軸承：DmN＜100000為低速,DmN=100000-200000為中速,DmN=200000-400000為高速，DmN＞400000為極高速。式中Dm—平均軸承直徑（毫米），N—每分鐘轉(zhuǎn)速。工作負(fù)荷工作負(fù)荷愈大，則潤滑油的粘度應(yīng)選大一些，潤滑脂的針人度應(yīng)選小些。各種油、脂都有一定承載能力，一般來講粘度大的油，其摩擦副的油膜不容易破壞。在邊界潤滑條件干粘度不是起主要作用，而是油性起作用，在此情況下應(yīng)考慮油、脂的極壓性。負(fù)荷大小的分類也是按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來定：500MPa（500N／mm2）以上為重負(fù)荷200—500MPa（200－500N／mm2）為中負(fù)荷200MPa（200N／mm2）以下為輕負(fù)荷（1MPa＝1N／mm2≈10kgf／cm2）工作溫度工作的環(huán)境溫度、摩擦副負(fù)載、速度、材料、潤滑材料、結(jié)構(gòu)等各種因素都集中影響工作溫度。當(dāng)工作溫度較高時應(yīng)采用粘度較大的潤滑油，針入度較小的潤滑脂。因?yàn)橛偷恼扯仁请S溫度升高而降低，同樣脂的針入度也變大。工作溫度的劃分也沒嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，也是憑經(jīng)驗(yàn)來劃分的：小于-35℃為更低溫度，-34--16℃為低溫，-15－69℃為正常溫度，70－99℃為中等溫度，100－120℃為高溫，大于120℃為更高溫其他工作條件與周圍環(huán)境、潤滑方式等也必須加以考慮。如遇水接觸的潤滑條件，應(yīng)選用不容易被水乳化的潤滑油與潤滑指，或用水基潤滑液。潤滑方式是集中潤滑，即要選用泵送性好的潤滑脂。精密摩擦副應(yīng)選用粘度較小，針入度較大的潤滑脂等等，都應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。以上考慮的幾個依據(jù)，在應(yīng)用時要根據(jù)實(shí)際情況加以綜合分析，不能機(jī)械搬用。在發(fā)生矛盾時，應(yīng)首先滿足主要機(jī)構(gòu)的需要，著重考慮速度、負(fù)荷、溫度等因素，再確定粘度與針入度的大小。二、常見機(jī)構(gòu)的潤滑1、齒輪傳動的潤滑（1）潤滑方式（a）油池浸油潤滑(c)噴油潤滑圖8-1閉式齒輪傳動的潤滑方式對于閉式齒輪傳動，一般根據(jù)齒輪圓周速度大小確定潤滑方式，分為浸油潤滑和噴油潤滑如圖8-1所示。當(dāng)齒輪的圓周速度υ<12m/s時，通常將大齒輪浸入油池中進(jìn)行潤滑如圖8-1(a)所示，浸入油中深度約為一個齒高，但不應(yīng)小于10mm，浸入過深會增大齒輪運(yùn)動阻力并使油溫升高。在多級齒輪傳動中，可采用帶油輪將油帶到未浸入油池內(nèi)的齒輪齒面上，并且丟到齒輪箱壁上的油，能散熱使油溫下降。當(dāng)齒輪圓周速度υ（a）油池浸油潤滑(c)噴油潤滑圖8-1閉式齒輪傳動的潤滑方式對于開式齒輪傳動的潤滑，由于速度較低，通常采用人工定期加油潤滑，（2）潤滑劑的選擇齒輪傳動用的潤滑油，首先根據(jù)齒輪材料和圓周速度查表（如表8-2）確定運(yùn)動粘度值，再根據(jù)運(yùn)動粘度值確定潤滑油的牌號。表8-2齒輪傳動潤滑油粘度薦用值齒輪材料強(qiáng)度極限σb(N/mm2)速度υ(m/s)<0.50.5~11~2.52.5~55~12.512.5~25>25運(yùn)動粘度(cSt)γ500C(γ1000C)塑料、青銅、鑄鐵—180(23)120(15)85604534—鋼450~1000270(34)180(23)120(15)856045341000~1250270(34)270(34)180(23)120(15)856045滲碳或表面淬火鋼1250~1580450(53)270(34)270(34)180(23)120(15)8560注：(1)多級齒輪傳動按各級所選潤滑油粘度平均值來確定；(2)對于σb>800N/mm2的鎳鉻鋼制齒輪（不滲碳的），潤滑油粘度取高一檔的數(shù)值。2、蝸桿傳動的潤滑蝸桿傳動的潤滑不僅能避免輪齒的膠合、減少磨損，而且能有效地提高傳動效率。閉式蝸桿傳動的潤滑粘度和給油方式，一般根據(jù)相對滑動速度、載荷類型等參考表8-3選擇，壓力噴油潤滑還是改善蝸桿傳動散熱條件的方法之一，保證蝸桿傳動的工作溫度不超過許可溫度。為提高蝸桿傳動抗粘合性能，以選用粘度較高的潤滑油。對于青銅蝸輪，不允許采用抗膠合能力強(qiáng)的活性潤滑油，以免腐蝕青銅齒面。表8-3蝸桿傳動的潤滑油粘度及給油方式滑動速度υs(m/s)<1<2.5<5<5~10<10~15<15~25>25工作條件重載重載中載————運(yùn)動粘度(cSt)γ500C(γ1000C)450(55)300(35)180(20)120(12)806045給油方式油池潤滑由此潤滑或噴油潤滑壓力噴油潤滑(壓力N/mm2)0.070.20.33、鏈傳動的潤滑圖8-3鏈傳動潤滑方式為了減少鏈條鉸鏈的磨損、延長使用壽命，鏈傳動應(yīng)保持良好的潤滑。鏈傳動常用潤滑方式有：用油刷或油壺人工定期潤滑如圖8-3(a)，用油杯滴油潤滑如圖8-3(b)，將油滴入松邊鏈條元件各摩擦面之間，鏈條浸入油池中油浴潤滑如圖8-3(c)，用丟油輪將油丟起來進(jìn)行飛濺潤滑如圖8-3(d)，經(jīng)油泵加壓，潤滑油通過油管噴在鏈條上進(jìn)行壓力潤滑如圖8-3(e)，循環(huán)的潤滑油還可以起冷卻作用。潤滑油可采用N32、N46、N68機(jī)械油。圖8-3鏈傳動潤滑方式4、滑動軸承的潤滑(1)潤滑方式常用潤滑方式有間歇式潤滑和連續(xù)式潤滑，可供滑動軸承潤滑選用，分別介紹如下：(a)壓配式壓注油杯(b)旋套式注油油杯(c)黃油杯圖8-4間歇式潤滑(a)壓配式壓注油杯(b)旋套式注油油杯(c)黃油杯圖8-4間歇式潤滑(a)針閥式注油油杯(b)油芯式油杯(c)油環(huán)潤滑圖8-5連續(xù)式油潤滑(a)針閥式注油油杯(b)油芯式油杯(c)油環(huán)潤滑圖8-5連續(xù)式油潤滑（2）潤滑劑潤滑油是滑動軸承中最常用的潤滑劑，其中以礦物油應(yīng)用最廣。選擇潤滑油型號時，應(yīng)考慮軸承壓力、軸頸速度及摩擦表面狀態(tài)等情況。滑動軸承可選用N15、N22、N32號機(jī)械油。5、滾動軸承的潤滑滾動軸承的潤滑除減少摩擦、磨損外，同時起到冷卻、吸振、防銹和減少噪音的作用。根據(jù)軸頸圓周速度大小分別采用脂潤滑或油潤滑。潤滑脂潤滑：軸頸圓周速度<4~5m/s時采用。優(yōu)點(diǎn)是潤滑脂不易流失，便于密封和維護(hù)，一次填充可運(yùn)轉(zhuǎn)較長時間。裝填潤滑脂時一般不超過軸承內(nèi)空隙的1/3~1/2，以免因潤滑脂過多引起軸承發(fā)熱，影響軸承的正常工作。潤滑油潤滑：當(dāng)軸頸速度過高時采用，潤滑油潤滑不僅摩擦阻力小，還可起到散熱、冷卻作用。一般采用浸油或飛濺潤滑方式，浸油潤滑時，油面不應(yīng)高于最下方滾動體中心，以免因攪油能量損失較大，使軸承過熱。高速軸承可采用噴油或噴霧潤滑。§8-2密封密封技術(shù)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備和管道連接中。其目的是為了防止在不同壓力、溫度、工作介質(zhì)等條件下使各個空間隔開，防止外來介質(zhì)侵入和工作介質(zhì)流出。由于種種原因，許多設(shè)備往往達(dá)不到密封里求，造成泄漏。一、密封種類密封分兩大類，靜密封和動密封。靜密封指相對靜止的結(jié)合面間的密封；動密封指相對運(yùn)動的結(jié)合面間的密封。動密封按其形式與結(jié)構(gòu)又分接觸式密封和非接觸式密封。接觸式密封，兩密封結(jié)合面間相互接觸，并作相對運(yùn)動（或填料與結(jié)合面間作相對運(yùn)動）。非接觸式密封兩密封結(jié)合面間有一定間隙，并作相對運(yùn)動。圖8－6列出各種密封的類別。靜密封靜密封密封動密封膠密封膠膠粘劑螺紋膠墊料發(fā)蘭研合膠墊料非接觸式間隙密封、浮動環(huán)密封、迷宮密封、螺旋密封、離心密封、丟油環(huán)密封、氣墊密封、磁流體密封。接觸式壓緊式填料密封、脂密封、油封、機(jī)械密封、刮油環(huán)密封、毛氈密封、漲圈密封、滑環(huán)密封、成型填料密封（各種密封圈）。圖8-6密封分類二、密封材料常用密封材料有四大類1、纖維這類材料具有低的彈性模量，在較低的密封力作用下，即能獲得一定的彈性變形，對泄漏間隙產(chǎn)生較強(qiáng)的密封作用。這類材料適用于制成各種形式的填片、軟填料、成型填料等，如與金屬配制將會大大提高其抗壓抗磨能力。植物纖維—軟木、麻、紙、棉。動物纖維—毛、皮革、氈。礦物纖維—石棉。人造纖維—有機(jī)合成纖維、玻璃纖維、石墨纖維、碳石墨纖維、陶瓷纖維。2、高分子材料高分子材料是以橡膠與樹脂為主要材料，它具有較高彈性，其耐磨性能一般高于纖維材料，變形量大，能耐較高壓力。但其耐溫性能較低，使用壽命不長，適用于制成各種形式的成型墊料、油封、填片及全密封件。按化學(xué)組成分為：樹脂型—熱塑性樹脂、熱固性樹脂。橡膠—天然橡膠、合成橡膠。塑料—尼龍、氟塑料、聚苯等合成制品。復(fù)合型—高分子與高分子組合，高分子與非高分子組合。3、無機(jī)材料無機(jī)材料的最大優(yōu)點(diǎn)是耐高溫、耐磨。如石墨制品，它除了耐高溫外，還有良好的自潤滑性能，既能起到良好的密封作用，又不容易損壞摩擦副，它的缺點(diǎn)是價格較貴。陶瓷的特點(diǎn)是較硬、耐高溫，其缺點(diǎn)是較脆，它主要用于機(jī)械密封、硬填料、泵等功力設(shè)備上。無機(jī)密封材料有：碳石墨—天然石墨、碳石墨纖維、電化石墨。工程陶瓷—氧化物瓷、氯化物瓷、硼化物瓷。4、金屬金屬作為密封材料的最大優(yōu)點(diǎn)是耐高溫、強(qiáng)度高，這是其他材料所不能及的，硬度可根據(jù)需要任意選擇。高真空密封可選用貴重金屬，但它最大缺點(diǎn)是彈性差，振動較大部位的密封可靠性就差。這類密封材料主要用于機(jī)械密封、填片、活塞環(huán)、高溫、低溫、高真空動力的設(shè)備和化工容器上。金屬密封材料有：有色金屬—銅、鋁、鉛、鋅