2.润滑与密封概述(《机械设计基础》陈立德第3版)

4、密封装置的类型 静密封（固定密封） 静密封可采用各种垫片，包括金属、非金属垫片以及密封胶等。 动密封 动密封又分为接触式、非接触式、半接触式密封，其中应用较广 的是接触式密封，它主要是利用各种密封圈或毡圈密封。各种密封件
都已标准化，可查阅手册选取适当的形式。 综上所述，在设计机械时，选择适当的润滑装置和密封装置是必
不可少的，在使用机械时，更应注意机械的润滑和维护。还应注意密封 情况，如有漏油现象，应查找原因，及时更换密封件。
在一般常用的机械中，用得较多的密封装置是密封圈和填料。
第2章 润滑与密封概述
§2.1 摩擦与磨损 §2.2 润滑 §2.3 密封装置
2.1 摩擦与磨损
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，润滑则是减少摩擦和磨损的有力措施。
一、摩擦及其分类
（3）条件粘度 以 0 E t 表示恩氏粘度（即为条件粘度）。 运动粘度和恩氏粘度之间可通过下式进行换算： 当1.35≤E≤3.2时 当E>3.2时
8 .0 E -
8.64 E
7.6E -
4.0 E
粘度随温度的升高而降低。粘度随压强的升高而加大，但当压强小于 20MPa时，其影响甚小，可不予考虑。 润滑剂的最主要性能指标：凝点、闪点、燃点、油性 常用润滑油的性能和用途见表2.2。
(a)
化学吸附膜 中等载荷、速度和温度
化学反应膜 重载、高速和高温 三、混合摩擦（润滑） 膜厚比
hlim /( Ra1 Ra 2 )
(b)
λ越大，油膜承载比例大，，f越小
四、流体摩擦（润滑） 膜厚比λ >5 全液体摩擦
摩擦与磨损
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
润滑脂对载荷和速度变化不是很敏感，有较大的适应范围，但因其摩
擦损耗较大，机械效率较低，故不宜用于高速传动的场合。 (1)滴点 是指润滑脂受热后从标准测量杯的孔口滴下第一滴油 时的温度。 (2)锥入度 即润滑脂的稠度。 目前使用最多的是钙基润滑脂，其耐水性强，但耐热性差。 钠基润滑脂，其耐热性强，但耐水性差。 锂基润滑脂，性能优良其耐水性、耐热性均好。
2、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。这种磨损是最常见 的一种磨损形式，应设法减轻这种磨损。 为减轻磨粒磨损，除注意满足润滑条件外，还应合理 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。
3

ρ为密度，单位为 kg / m
ν 为运动粘度，单位为 m s 。
一般润滑油的牌号就是该润滑油在40C（或100C）时运动粘度
2
（以
mm2 s 为单位）的平均值。
2、粘度常用单位 （1）动力粘度η
F =1N
v=1m/s
单位：N· s/m2
1m
1m
（2）运动粘度v
v ( Pa s) / (kg / m )
F f f Fn
新理论：分子—机械理论、能量理论、粘着理论 简单粘着理论：
b a Fn A ri
F f Ar B
Fn
sy
B
B f Fn sy
Ff
干摩擦
机械摩擦啮合理论 分子机械理论 粘着理论 能量理论
二、边界摩擦（边界润滑） 物理吸附膜如图 常温、轻载、低速
3
物理单位：cm2/s，—1St（斯）
（3）条件粘度（相对粘度）—恩氏粘度
1m
3、影响润滑油粘度的主要因素 （1）温度 润滑油的粘度随着温度的升高而降低 粘度指数VI （2）压力
p 0 e
p
P>10MP时，随P↑→ηP↑
三、流体润滑简介 1 流体动力润滑 液体动力润滑 、气体动力润滑
润滑
润滑
润滑
续表
润滑脂
稠厚的油脂状半固体。用于机械的摩擦部分， 起润滑和密封作用。也用于金属表面，起填 充空隙和防锈作用。主要由矿物油（或合成 润滑油）和稠化剂调制而成。
润滑
2.润滑脂
润滑脂是在润滑油中加入稠化剂(如钙、钠、锂等金属皂基）而形
成的脂状润滑剂，又称为黄油或干油。
润滑脂的流动性小，不易流失，所以密封简单，不需经常补充。
一、润滑剂的性能与选择
润滑剂种类：润滑油、润滑脂（常用） 固体润滑剂 气体润滑剂 1.润滑油 主要有矿物油、合成油、动植物油等，其中应用最广泛的为 矿物油。 润滑剂的最主要性能指标：粘度 粘度的大小表示了液体流动时其内摩擦阻力的大小，代表液体稀稠程度 粘度愈大，内摩擦阻力就愈大，液体的流动性就愈差。
两物体接触区产生阻碍运动并消耗能量的现象，称为摩擦。 有些情况下却要利用摩擦工作，如带传动，摩擦制动器等。
摩擦与磨损
根据摩擦副表面间的润滑状态将摩擦状态分为四种： 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。
一、干摩擦 摩擦理论： 库仑公式
粘性定律与润滑油的粘度
1、粘性定律
u y
u=v
牛顿粘性定律 η——流体的动力粘度
A F =1N x u
O
y
u=0
B
润滑
粘度可用动力粘度、运动粘度、条件粘度（恩氏粘度）等表示。
我国的石油产品常用运动粘度来标定。 （1）动力粘度

η为动力粘度，单位为Pa•s （2）运动粘度

密封
2.3 密封装置
1、密封的作用 防止泄漏，使润滑连续可靠； 防止外界脏物进入机器设备内部。 2、密封装置的结构 密封表面，密封件，辅助件 3、密封装置的基本要求 1）规定工作条件下具有良好的密封性能； 2）摩擦阻力小，摩擦系数稳定；
3）磨损小，工作寿命长；
4）结构简单，装拆方便，价格低廉。
密封装置
润滑剂
液体润滑剂：石油润滑剂、合成润滑剂 润滑脂： 气体润滑剂：空气、氢气、氦气、氮气、一 氧化碳和水蒸气 固体润滑剂：石墨、二硫化钼、氮化硼、尼 龙、聚四氟乙烯、氟化石墨
润滑油
2.2 润 滑
润滑的主要作用是:
减小摩擦系数,提高机械效率;
减轻磨损,延长机械的使用寿命。还可起到冷却、防锈、密封、 吸振等作用。
常用润滑脂的性能和用途见表2.3。
润滑
3.润滑油和润滑脂中的添加剂
抗氧化添加剂
降凝点添加剂
极压添加剂 油性添加剂
4.润滑剂的选用
润滑剂选用的基本原则是： ⑴低速、重载、高温、间隙大的情况下，应选用粘度较大的润滑油；
⑵高速、轻载、低温、间隙小的情况下应选粘度较小的润滑油。
⑶润滑脂主要用于速度低、载荷大、不需经常加油、使用要求不高 或灰 尘较多的场合。
⑷气体、固体润滑剂主要用于高温、高压、防止污染等一般润滑剂
不能适用的场合。
润滑
二、润滑方法和润滑装置
机械设备的润滑，主要集中在传动件和支承件上。 油润滑的方法大概有四种： 集中润滑或分散润滑 连续润滑或间歇润滑 压力润滑或无压力润滑 循环式润滑或非循环式润滑。 脂润滑的装置较为简单，加脂方式有： 人工加脂 脂杯加脂 集中润滑系统供脂
4、腐蚀磨损
在摩擦过程中，摩擦面与周围介质发生化学或电化学反应而 产生物质损失的现象，称为腐蚀磨损。腐蚀磨损可分为氧化 磨损、特殊介质腐蚀磨损、气蚀磨损等。腐蚀也可以在没有 摩擦的条件下形成，这种情况常发生于钢铁类零件，如化工 管道、泵类零件、柴油机缸套等。
2.2 润滑
相对运动物体表面加入第三种物质—润滑剂， 降低摩擦、减少磨损。 改善摩擦副的摩擦状态以降低摩擦阻力、减 缓磨损的技术措施。一般通过润滑剂来达到 润滑的目的。 另外，润滑剂还有防锈、减振、密封、传递 动力等作用。
3、表面疲劳磨损
两摩擦表面为点或线接触时、由于局部的弹性变 形形成了小的接触区。这些小的接触区形成的摩擦副 如果受变化接触应力的作用，则在其反复作用下，表 层将产生裂纹。随着裂纹的扩展与相互连接，表层金 属脱落，形成许多月牙形的浅坑，这种现象称为疲劳 磨损，也称点蚀。
合理地选择材料及材料的硬度(硬度高则抗疲劳磨 损能力强)，选择粘度高的润滑油，加入极压添加剂或 MoS2及减小摩擦面的粗糙度值等，可以提高抗疲劳磨 损的能力。
磨损量q
t
O
2、稳定磨损阶段 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
时间t
3、急剧磨损阶段 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
q
二、磨损的类型 1、粘着磨损 当摩擦副受到较大正压力作用时，由于表面不平，其顶峰 接触点受到高压力作用而产生弹、塑性变形，附在摩擦表面的 吸附膜破裂、温升后使金属的顶峰塑性面牢固地粘着并熔焊 在—起，形成冷焊结点。在两摩擦表面相对滑动时，材料便从 一个表面转移到另一个表面，成为表面凸起，促使摩擦表面进 一步磨损。这种由于粘着作用引起的磨损，称为粘着磨损。 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。 合理地选择配对材料(如选择异种金属)，采用表面处理(如 表面热处理、喷镀、化学处理等)，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。
处于摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态。
干摩擦—最不利
弹性变形
液体摩擦
塑性变形
边界膜
边界膜
液体
液
边界摩擦—最低要求
混合摩擦
边界膜
液体
磨损
物体表面物质在摩擦过程中不断损失的现象。