機械設(shè)備的潤滑和密封

1、第3章 機械設(shè)備的潤滑和密封第1節(jié) 摩擦、磨損和潤滑概述摩擦兩個接觸的物體在外力作用下發(fā)生相對運動時，在接觸表面上產(chǎn)生切向運動阻力的一種物理現(xiàn)象；磨損是摩擦的結(jié)果；潤滑是降低、減少磨損的重要措施。摩擦的類型：按相對運動表面潤滑情況，摩擦分為：干摩擦、邊界摩擦、液體摩擦和混合摩擦。1.干摩擦：兩摩擦表面直接接觸，表面間無任何潤滑劑的摩擦。實際工程中不存在真正的干摩擦，表面有氧化膜、多少也會是有潤滑劑分子的氣體潤滑；機械技術(shù)中，通常把未經(jīng)人為潤滑的摩擦狀態(tài)看做干摩擦。2.邊界摩擦：兩摩擦表面間被吸附在表面的邊界膜所隔開的摩擦。潤滑劑在摩擦面有吸附或化學(xué)反應(yīng)生成一層邊界膜，邊界膜直接傳遞載荷時摩擦；

2、兩摩擦面由吸附著的很簿的邊界膜隔開，摩擦表面仍會有一定的摩擦功耗和磨損；邊界膜很薄，小于摩擦面的不平度；邊界膜：物理吸附膜、化學(xué)吸附膜 化學(xué)反應(yīng)膜。3. 流體摩擦：兩摩擦表面間被流體完全隔開的摩擦。如油膜厚度較大，兩摩擦面被液體層完全隔開，表面微觀凸峰不直接接觸，形成液體摩擦；可避免磨損，摩擦僅發(fā)生在油層內(nèi)部，摩擦因素很小。（理想的摩擦-液體膜）4. 混合摩擦：兩摩擦表面間處于邊界摩擦與流體摩擦之間的混合狀態(tài)。摩擦面有潤滑油，但不足形成液體摩擦，就可能形成邊界、液體摩擦并存；或局部粗糙凸峰接觸，形成干摩擦，其余為邊界、液體摩擦，則干、邊界、液體摩擦共存。典型的磨損過程（三階段）： 磨合磨損過程

3、：在一定載荷作用下形成一個穩(wěn)定的表面粗糙度，且在以后過程中，此粗糙度不會繼續(xù)改變，所占時間比率較?。?穩(wěn)定磨損階段：經(jīng)磨合的摩擦表面加工硬化，形成了穩(wěn)定的表面粗糙度，摩擦條件保持相對穩(wěn)定，磨損較緩,該段時間長短反映零件的壽命； 劇烈磨損階段：經(jīng)穩(wěn)定磨損后，零件表面破壞，運動副間隙增大動載、振動潤滑狀態(tài)改變溫升磨損速度急劇上升直至零件失效。磨損分類：根據(jù)磨損機理可分為1） 粘著磨損形成：邊界摩擦，載荷大，速度高，邊界膜破壞，表面尖峰接觸?，F(xiàn)象：形成材料轉(zhuǎn)移。2） 磨粒磨損、磨削形成：表面微峰或外界硬質(zhì)顆粒進入摩擦面。現(xiàn)象：表面劃傷或犁溝現(xiàn)象。3）疲勞磨損（也稱疲勞點蝕）形成：接觸應(yīng)力反復(fù)作用。軸

4、承、齒輪?，F(xiàn)象：表層金屬剝落，形成點蝕凹坑。4）流體磨粒、沖蝕磨損形成：一定速度的硬質(zhì)微粒反復(fù)作用，表面受法向力及切向力。燃氣渦輪機葉片、水輪機葉片。 現(xiàn)象：表面疲勞，材料損失。5） 腐蝕磨損-電化學(xué)作用形成：空氣中的酸、潤滑油中的無機酸產(chǎn)生化學(xué)作用或電化學(xué)作用?，F(xiàn)象：表面腐蝕并磨損。6）微動磨損形成：小振幅、大頻率、點或線接觸?，F(xiàn)象：磨損面積小。潤滑的作用：減少摩擦、減輕磨損（潤滑劑，形成一層膜）；降溫冷卻（潤滑劑帶走摩擦產(chǎn)生的熱量）；清洗作用（帶走表面磨削下金屬磨削或污物）；防止腐蝕（潤滑劑中含防腐、防銹劑）；緩沖減振作用（油膜有一定的剛度）；密封作用（半固體潤滑劑，防止水分、雜質(zhì)侵入）。

5、常用潤滑劑及其選擇：潤滑油液體潤滑脂潤滑油稠化劑（硬脂酸氫氧化物） 固體潤滑劑石墨、oS2、聚四氟乙稀 氣體潤滑劑礦物油、皂基潤滑脂性能穩(wěn)定、成本低，應(yīng)用廣泛。油膜厚度依賴： 運動副尺寸 運動速度 油液粘度1 潤滑油1.性能指標(biāo)潤滑油的性能指標(biāo)主要有：粘度、油性、閃點、凝點、傾點等。粘度反映了潤滑油在外力作用下抵抗剪切變形的能力，也是分子間內(nèi)摩擦力大小的標(biāo)志。粘度大，承載能力越大；粘度不是固定的，而是隨著溫度和壓力而變化；溫度粘度潤滑效果 ；壓力粘度；油性又稱潤滑性，反映在摩擦表面的吸附性能；是在摩擦表面構(gòu)成邊界油膜的能力；油膜吸附大，不易破裂，則油性好；閃點在火焰下閃爍時的最低溫度（即瞬時燃

6、燒和碳化的溫度）；燃點長時間連續(xù)燃燒的溫度（高溫性能）；凝點在規(guī)定的冷卻條件下，由液體轉(zhuǎn)變?yōu)椴荒芰鲃拥呐R界溫度；低溫啟動性能；傾點潤滑油在規(guī)定的條件下，冷卻到能繼續(xù)流動的最低溫度，潤滑油的使用高于傾點3。潤滑油：礦物潤滑油、合成潤滑油、動植物潤滑油三類。二. 潤滑脂潤滑脂也稱黃油，是一種稠化的潤滑油；其油膜強度高，粘附性好，不易流失，易密封，使用時間常；但散熱性差，摩擦損失大；常用于不易加油、重載低速的場合。性能指標(biāo)：錐入度-軟硬程度；滴點固體流體的溫度轉(zhuǎn)折點，表示耐熱性。三.固體潤滑劑用固體粉末代替潤滑油膜的潤滑。常見的固體潤滑劑有：MoS2（二硫化鉬），PTFE（聚四氟乙烯），石墨，氟化石

7、墨， WS2（二硫化鎢）、納米材料等。四.氣體潤滑劑采用空氣、氮氣、氦氣等某些惰性氣體作為潤滑劑；摩擦系數(shù)幾乎等于零，用于精密設(shè)備與高速軸承的潤滑（靜壓氣體軸承）。第3節(jié) 常用傳動裝置的潤滑 一. 潤滑方式分散/集中潤滑；間歇/連續(xù)潤滑；無壓/壓力潤滑；不循環(huán)潤滑、循環(huán)潤滑和混合式。 潤滑方式選用原則：1.低速、輕載、工作時間短或不連續(xù)運轉(zhuǎn)等需油量較少的機械，一般采用手工定期加油、加脂，滴油或油繩、油墊潤滑。盡可能選用各種標(biāo)準(zhǔn)油嘴、油杯、油槍等。2.中速、中載、較重要的機械，要求連續(xù)供油并起一定冷卻作用，常用油浴、油環(huán)、飛濺潤滑或壓力供油潤滑。3.高速、輕載機械零部件，如齒輪、軸承等，發(fā)熱量較

8、大，采用噴霧潤滑效果較好。4.高速、重載、供油量大的重要零部件，應(yīng)采用壓力供油循環(huán)潤滑。5.當(dāng)有大量潤滑點和自動化程度較高的重要機械設(shè)備，車間或工廠可建立自動化潤滑系統(tǒng)，使用集中潤滑裝置。潤滑裝置：1. 人工加油（脂）潤滑一般只適用于低速、輕載的簡易機械裝油杯，油槍。旋套式注油杯、壓配式注油杯、旋蓋式油杯、壓力油杯。2. 滴油油杯潤滑（1）手動滴油油杯（主要用于間歇工作機器的軸承（多為滑動軸承）。）手柄、活塞桿、彈簧。（2）針閥式注油油杯 利用手柄豎直或放平來操縱針閥的開閉，用調(diào)節(jié)螺母控制針閥提升高度，從而調(diào)節(jié)油孔開口大小和滴油量。供油可靠。 3.油繩、油墊潤滑 油繩、氈墊、或泡沫塑料等浸在油

9、中，利用毛細管的虹吸作用進行供油?？繌椈蓧涸谳S上的毛氈油墊潤滑、油繩式油杯。 4.油環(huán)、油鏈潤滑油環(huán)潤滑適合于轉(zhuǎn)速為503000r/min的中低速水平軸。油鏈與軸、油的接觸面積較大，低速時能隨軸轉(zhuǎn)動和帶起較多的油，因此油鏈潤滑最適合低速機械。 5.浸油（油?。┘帮w濺潤滑 將需要潤滑的零部件（齒輪、滾動軸承等）一部分浸在油池中，轉(zhuǎn)動時可將油帶到潤滑部位。（齒輪傳動、鏈傳動）如潤滑部位不能直接被油濺到時，則可以利用齒輪轉(zhuǎn)動時將油飛濺到箱蓋內(nèi)壁上，并使之沿特制的溝槽進入軸承。 浸油潤滑及飛濺潤滑都能保證開車后自動連續(xù)的供油，停車時自動停止供油，潤滑可靠、耗油少，維護簡單，在閉式傳動中應(yīng)用較多。6.油

10、霧潤滑 利用壓縮空氣把潤滑油從噴嘴噴出，潤滑油霧化后隨空氣彌散到需潤滑的表面。 由于壓縮空氣和油霧一起被送到潤滑部位，因此有較好的冷卻和清洗效果。排出的油霧會造成一定污染。 主要用于高速軸承的閉式齒輪傳動中。7.壓力供油潤滑 用油泵將油壓送到潤滑部位，供油量充分可靠且易于控制，可帶走摩擦熱起冷卻作用，因此潤滑效果好。廣泛應(yīng)用與大型、重型、高速、精密、自動化的各種機械設(shè)備中。 8.集中自動供油潤滑系統(tǒng) 新穎的潤滑技術(shù)，能按規(guī)定的周期、規(guī)定的油量，自動地對設(shè)備各個潤滑點進行供油。 潤滑油不回收循環(huán)使用，摩擦面始終得到清潔的潤滑油，提高了潤滑質(zhì)量；潤滑可靠，系統(tǒng)較為復(fù)雜。 組成：由潤滑液壓站、定量閥

11、和控制保護等三個基本部分組成。 按定量閥的給油方式分：并列和順序給油系統(tǒng)。三.典型零部件潤滑方式的選擇1.滾動軸承 一般高速時采用油潤滑；低速時采用油脂潤滑； 需注意以下幾點： 脂潤滑易密封，能夠承受較大的載荷，但潤滑脂的裝填量一般不超過軸承空間的1/31/2，裝脂量過多將會引起摩擦發(fā)熱，影響正常工作； 浸油潤滑油面不應(yīng)高于最下方滾動體的中心，立軸的軸承油面不超過軸承寬度的7080，否則攪油能量損失大，易使軸承過熱。如果溫升過高，還可適當(dāng)降低油面。 滴油潤滑常用于中速小軸承。油量一般是每分鐘56滴，控制供油量使軸承溫度不超過7090ºC。 噴油潤滑是將壓力油通過噴嘴噴射到潤滑點，潤滑

12、及冷卻效果好，適用于高速、重載荷軸承。2. 齒輪傳動噴油或噴霧潤滑：當(dāng)齒輪的圓周速度大于12m/s時不宜采用油池潤滑（因攪油損失和發(fā)熱大，且離心力甩油造成齒面潤滑不足），常用噴油或噴霧潤滑。 開式齒輪的潤滑可以采用涂抹潤滑脂、滴油、油槽浸油等方式供油。 3.蝸桿傳動 蝸桿圓周速度小于10m/s，用浸油潤滑；當(dāng)油面符合后一條件而蝸桿未能浸入油中時，可以在蝸桿上設(shè)置濺油輪，利用飛濺油來進行潤滑。 當(dāng)蝸桿圓周速度大于10m/s時，必須采用壓力噴油潤滑才能保證潤滑和散熱，潤滑油應(yīng)噴至全齒寬，噴油方向應(yīng)順著蝸桿嚙入側(cè)。第四節(jié) 機械密封裝置密封裝置的作用：防止?jié)櫥瑒┑男孤┎⒎乐雇獠侩s質(zhì)、灰塵、空氣和水分等

13、浸入潤滑部位。密封不僅能大量節(jié)約潤滑劑，保證機器正常工作，提高機器壽命，同時防止污染，改善環(huán)境。密封裝置分類：靜密封和動密封動密封又可以按照運動分為移動密封及旋轉(zhuǎn)密封兩類按接觸形式分為非接觸密封和接觸密封兩類按密封位置分為端面密封和圓周密封兩類。接觸式密封：在動靜接合面間安放減磨材料，以填充及利用其彈性變形來實現(xiàn)消除接合面之間間隙，如氈圈密封等。非接觸式密封： 允許動靜接合面之間有間隙，但設(shè)法盡可能增大液體介質(zhì)通過此間隙時的阻力，或使液體介質(zhì)通過隙縫時產(chǎn)生壓力降，使介質(zhì)難以流出，這是，如迷宮密封等。對液體介質(zhì)做功，以擋住液體漏出的出路，例如離心甩油盤等；或強迫液體介質(zhì)向相反的方向流動，例如螺旋

14、密封。動密封1.接觸式旋轉(zhuǎn)密封裝置（1）氈圈密封屬填料密封，在端蓋或殼體上開出梯形槽，將矩形截面的氈圈放置在槽中以與旋轉(zhuǎn)軸相接觸。（2）密封圈屬填料密封，常用耐油橡膠制成。 結(jié)構(gòu)簡單、摩擦阻力小、安裝方便，密封可靠等O形密封圈：圓形截面膠圈，雙向密封能力，標(biāo)準(zhǔn)化，常用于靜密封和往復(fù)密封中。這種隨著介質(zhì)壓力升高而提高密封效果的性能叫做“自緊作用”。（3）唇形油封 又稱皮碗密封，常用的有J形和U形截面兩種； 具有唇形的結(jié)構(gòu)。J形有骨架型油封一般是由彈性橡膠唇、金屬骨架和箍緊彈簧組成。油封可以組合使用。 J形無骨架油封：剛性較差，裝入殼體后需要用壓蓋進行固定； U形唇形油封：一般用于剖分式機殼中。（

15、4）機械密封 機械密封又稱為端面密封。 主要特點是密封面垂至于旋轉(zhuǎn)軸線，依靠兩個密封元件，即動環(huán)與靜環(huán)端面在介質(zhì)靜壓力和彈簧力的作用下，相互貼緊來阻止和減少泄漏而達到密封的目的。2. 非接觸式旋轉(zhuǎn)密封裝置（1）迷宮密封非接觸密封中最常用的一種，即旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件之間是沒有接觸的。由旋轉(zhuǎn)和靜止的密封零件之間拼合成許多曲折的隙縫所形成的，使流體經(jīng)多次節(jié)流而難以滲漏。常采用徑向曲路。曲路式迷宮密封可以用于脂潤滑和油潤滑，在隙縫中填滿潤滑脂，防塵和防漏效果都很好（2）離心式密封利用軸旋轉(zhuǎn)時的離心力，將液體介質(zhì)沿半徑方向甩出來阻止泄漏，從而達到密封的目的。（3）甩油盤密封離心式密封不受高速高溫的限制，

16、轉(zhuǎn)速越高則甩油密封效果越好。反之，如果速度太低或靜止不動，則甩油密封無效。（4）螺旋密封在密封的軸（或孔）表面上車制螺紋，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時，螺紋槽對液體介質(zhì)有一定的推進作用，可以將液體趕回箱內(nèi)，從而阻止液體的泄漏。3.組合式密封裝置滾動軸承的幾種組合密封結(jié)構(gòu) 接觸式與非接觸式密封的組合：氈圈密封與迷宮密封、甩油盤密封與唇形密封。兩種非接觸密封組合：甩油盤密封與迷宮密封。靜密封1.研磨面密封 靠接合面加工平整、光潔，在螺栓固緊壓力下貼緊密封；加工要求高；接合面精密研磨加工，如氣缸蓋、閥板等的接合面。 輔助密封措施：密封膠與泄油溝槽。2.墊片、墊圈密封在接合面間加墊片，用螺栓壓緊使墊片產(chǎn)生塑性變形填塞接合面的不平，消除間隙而起密封作用。在法蘭接合面的密封則稱為墊圈密封。3.密封膠密封密封膠有一定的流動性，易充滿接合面的縫隙，粘貼在金屬面上，能大大減少泄漏，密封效果較好。密封膠的主要成分是合成樹脂或合成橡膠，能耐壓1.6MPa及300的溫度。 在法蘭接合面或螺紋接合面處常使用“厭氧密封膠；厭氧膠在常態(tài)下為液體，進入密封面間隔絕空氣后會發(fā)生聚合反應(yīng)而固化，形成粘附性能的膠層，不但能密封同時還起聯(lián)接密封面的作用，耐壓3050MPa。 4.自緊式密封最常用的自緊式密封是O型橡膠密封