润滑原理

润滑系统

第一节润滑的基本原理

一、润滑的作用

当一个固体表面在另一个固体表面上滑动或滚动时，其运动必然受到两表面间摩擦力的阻碍，同时产生热量。在无任何润滑条件下的摩擦（干摩擦）必然引起表面严重破坏和擦伤。在柴油机中，减少两相对运动表面之间干摩擦的主要方法是在两表面之间用一层完整油膜隔开，使两表面间的干摩擦变成液体分子间的液体摩擦。通常使用润滑油作为运动表面的润滑剂。

在柴油机中润滑油有以下作用：

（1）润滑作用。在相互运动表面保持一层油膜以减小摩擦，减小摩擦功耗，提高机械效率；减小机件磨耗量，延长使用寿命，这是润滑油的主要作用。

（2）冷却作用。带走两运动表面因摩擦而产生的热量，保证工作表面的适宜温度。

（3）清洁作用。清洗摩擦表面，带走磨损下来的金属细末及其它微粒，防止出现磨粒磨损。

（4）密封作用。产生的油膜同时可起到密封作用，如活塞与缸套间的油膜除起到润滑作用外，还有助于密封燃烧室空间。

（5）防腐作用。润滑油膜隔绝了空气及酸性物质与零件表面的直接接触，从而减免了它遭受氧化，腐蚀的程度。

（6）消振隔声作用。形成的油膜可起到缓冲作用，避免两表面直接接触，减轻振动与噪音。

二、润滑的分类

在柴油机润滑中，按表面的润滑情况可分为以下几种润滑形式。

（一）边界润滑

一个加工良好的机器零件，沾上滑油后再用布把油揩去，即使擦得非常干净，零件上仍然遗留有一层牢固地吸附在金属表面上的极薄的油膜，它可以承受一定的压力而不破坏。组成边界油膜的是一些具有极性的分子，它们与金属结合很牢固，不像润滑油中的其他分子能随意移动。由于工作条件的限制，靠边界油膜进行的润滑叫做边界润滑。

（二）液体润滑

两运动表面上被一层一定厚度（通常为1.5μm～2μm以上）的油膜完全隔开，由液膜的压力平衡外载荷，此时两运动表面不直接接触，摩擦只发生在液膜内部，使干摩擦变成液体摩擦。其润滑性能完全取决于液膜流体的粘度而与两表面的材料无关，它的摩擦阻力低、磨损少，可显著延长零件使用寿命。这是一种理想的润滑状态。通常，液体润滑可分为液体动压润滑与液体静压润滑两类。现介绍如下。

1．液体动压润滑

动压润滑由摩擦表面的几何形状和相对运动，借助液体的动力学作用来实现，如图5-1所示，当轴禁止时，在自重的作用下，轴颈

与轴承直接触（见图5-1a））。若轴颈以

一定转速回转，借助轴颈与滑油间粘附力的

作用，（见图5-1b）），润滑油从上部较宽进

油空间携带到窄狭空间，会产生挤压，而使

图5-1 楔形油膜的形成

楔形油膜压力骤增。当转速达到某一定值时，

楔形空间的油压就会使轴颈稍微抬起，使轴

颈与轴承之间形成一层完整的润滑油膜，实现液体润滑（见图5-1c））。此油楔的形成与其产生的压力主要与以下因素有关：

（1）摩擦表面的运动状态。转速越高，愈容易形成油膜，油膜压力也高，而在柴油机刚起动或低速运转时，难以形成完整的油膜。

（2）滑油粘度。粘度应适当：粘度过小滑油不易被轴颈携带，且易从轴承的轴向两端流出，粘度过大，则难以涂布。

（3）轴承负荷。负荷不能过高，若轴承负荷过高，楔形油膜压力难以抬起轴颈，冲击性负荷过大，也可能将已建立好的楔形油膜破坏。

（4）轴承间隙。间隙应合适：若轴颈与轴承的间隙太小，滑油不易楔入接触面之间；若间隙过大，则滑油容易从轴承两端漏泄，所以轴承间隙必须适当。

（5）表面加工粗糙度。工作表面加工精度高，很薄的油膜就能完全隔开两个摩擦面，容易形成楔形油膜。

2．液体静压润滑

在某些机械的轴承中，由于转速太低，负荷太高，或者运动不连续，因此很难“自然”地形成完整的楔形油膜。这时可采用液体静压润滑方式，即从外部向摩擦表面供给有一定压力的滑油，借助滑油的静压力产生油膜以平衡外载荷。让一个或几个进油孔通至压力区中一定形状的油槽中，用滑油的静压力形成油膜把轴颈浮起来。十字头轴承常采用静压润滑，由一个专设的高压滑油泵产生高压油。

（三）混合润滑

摩擦表面上同时存在着液体润滑和边界润滑（称半液体润滑）或存在着干摩擦和边界润（称半干摩擦）都叫混合润滑。在柴油机中多指前者，如气缸润滑即属此类。

三、润滑的方法

根据摩擦表面所处的位置和工作情况，供给摩擦表面润滑的方法有以下几种。

（一）人工润滑

这种方法是用人工将滑油定期加到某些摩擦表面，如摇臂轴承、气阀导管、传动杆接头等。这种方法简单，但耗油量大，费工，不能保证良好润滑。

（二）飞溅润滑

这种方法是利用曲轴，连杆大端等零件在高速旋转时的飞溅作用，把连杆大端两侧溢出、刮油环刮落和冷却活塞后掉下来的滑油溅到某些摩擦部位。一般用于油道输送难以达到或承受负荷不大的摩擦部位，如气缸套、凸轮、齿轮等，中高速筒形活塞式柴油机的气缸套润滑一般都采用溅式润滑。

飞溅润滑不需要油泵，但对机件的润滑不能控制，润滑效果较差，耗油量大，滑油容易氧化与变质。

（三）压力润滑

这种方法是利用润滑油泵把滑油强压循环输送到柴油机所需的润滑部位。适用于负荷较大的摩擦部位，如各个轴承和轴套等处。

压力润滑的优点是：能保证滑油连续循环供应，使摩擦件的工作安全可靠，并有强烈的清洗作用，可通过润滑系统的压力表和温度计掌握控制润滑情况，便于实现自动控制，可使用粘度较低的滑油，使用期长，耗量少。因此压力润滑在各类柴油机中得到最广泛的应用。

（四）高压注油润滑

通过专门的注油器建立2MPa左右的高压，定时、定量地将滑油经缸套上的注油孔供给气缸套与活塞之间进行润滑。这种润滑方法主要用于大型低速十字头式柴油机中缸套和活塞

的润滑。

第二节润滑油的性质及选用

一、润滑油的性能指标

为了能够正确地选用润滑油，必须对其性能有所了解，滑油的有些性质与燃油相同，下面仅介绍与润滑性能密切相关的几个指标。有些指标的含义已在燃油指标中作了介绍，在此不予重复。

（一）粘度和粘度指数

粘度是滑油最重要的指标。它在很大程度上决定着两个摩擦表面油膜的形成。

滑油的粘度随温度升高而降低，这种性能称滑油的粘温特性。船舶通常要在不同的季节航行于不同的纬度航区，环境温度变化很大。此外，柴油机在冷车起动和正常运转时，滑油的工作温度不同，其粘度大小也不相同。这将对保证可靠润滑造成不利影响。因此仅以常温下的粘度来判断滑油的品质是不够的，还必须注意粘度随温度的变化规律。若滑油的粘度随温度变化程度小，它就能在比较大的温度范围内满足使用要求，则此种滑油的粘滑特性就好。在国外，常用粘度指标（VI）来说明滑油的粘温特性。粘度指数大，则表明温度变化时其粘度变化小。一般，粘度指标在在80以上为高粘度指数，小于35为低粘度指数，介于35～80之间称中间粘度指数。加入添加剂（增粘剂）的滑油其粘度指数可高达200以上。

我国曾用粘度比来评定粘温特性，它是该滑油在50℃和100℃时的运动粘度的比值。粘度比小，表示它在规定温度范围内的粘度变化小，质量好。

（二）酸值和水溶性酸或碱（总酸值和强酸值）

滑油中的酸可分为有机酸和无机酸两种。有机酸含量少时，对金属无多大腐蚀作用。但含量较多时，它会对一些轴承材料（特别是铅）产生腐蚀作用。无机酸指硫酸，它对金属有强烈腐蚀作用，滑油中一般不允许有硫酸存在。使用中的滑油由于含硫燃油的燃烧产物漏入曲轴箱，而可能出现硫酸。我国用“酸值”表示滑油中的有机酸含量，其计量单位为mgKOH ／g，表示中和1 克滑油中的酸所需要的氢氧化钾毫克数。另用“水溶性酸或碱”表示无机酸或强酸的有无，它能融入水中的无机酸或因污染而生成的碱，它只说明油品呈酸性或碱性，仅用于定性检查。

滑油中无机酸（即硫酸）的含量称为强酸值（用SAN表示）。强酸可溶于水，因此又称水溶性酸，可用水洗法除去。

无机酸和有机酸的总和称为总酸值（用TAN表示）。总酸值和强酸值的单位均为mgKOH／g。

（三）抗乳化度

海水或淡水漏入滑油经搅拌后使滑油形成乳浊液并生成泡沫，这个过程叫乳化。乳浊液影响润滑性能，加速滑油变质，并在两相界面上吸附机械杂质，污损摩擦表面，加剧部件磨损，影响滑油压力。所以抗乳化性能是滑油的重要品质之一。滑油的抗乳化度系指滑油在乳化后自动分层（油层和水层）所需的时间（以分计），即滑油的破乳化时间。破乳时间短，抗乳化度就好，反之则差。

（四）热氧化安定性和抗氧化安定性

滑油在循环系统中不断地与空气接触，并被空气中的氧逐渐氧化而变质。滑油氧化后的生成物为有机酸，胶质和沥青状物质。有机酸使滑油酸值增加，胶质和沥青状沉淀物使油色变深，粘度增加。这些物质能附着在金属表面上（例如在活塞表面上形成漆膜）或填塞油路和滤器。滑油的温度对氧化速度有很大的影响。

热氧化安定性和抗氧化安定性都用来衡量在使用条件下滑油抵抗空气氧化的能力。只是