模塊九

【潤滑與密封】機械基礎1

模塊九潤滑與密封

現代機械正在向超大型化、高速運行、高度自動化、高生產效率、高精度保持性、長壽命等方向發展。讓機械處于良好的潤滑與密封狀態，控制摩擦、降低磨損、防止腐蝕，減少機械運轉中消耗的能量，減少因機械磨損和泄漏導致的污染與故障，延長機械的運轉周期和使用壽命；樹立環境保護意識，減輕機械振動和噪聲以及“三廢”對環境的影響和危害，采取必要的安全防護措施，防止機械傷害發生，應該成為我們的共識和自覺行動。

2模塊九潤滑與密封思維導圖3§9.1摩擦與磨損

摩擦是兩互相接觸物體有相對運動或相對運動趨勢時，在接觸處產生阻力的現象。

磨損是摩擦體接觸表面的材料在相對運動中由于機械作用，或伴有化學作用而產生的不斷損耗的現象。

一、機械中的摩擦

機械中常見的摩擦分為內摩擦和外摩擦。外摩擦按照摩擦副的表面潤滑狀態可分為干摩擦、邊界摩擦、液體摩擦和混合摩擦。

4§9.1摩擦與磨損1.干摩擦

摩擦面不加潤滑劑時的摩擦稱為干摩擦。如人在地面上行走，鞋底與地面之間形成的干摩擦。除利用摩擦力工作的場合之外，應盡量避免干摩擦。2.邊界摩擦在摩擦副間施加潤滑劑后，使摩擦副的表面吸附一層極薄的潤滑劑膜，這種摩擦狀態叫邊界摩擦，邊界摩擦的摩擦因數比干摩擦略有改善。

5§9.1摩擦與磨損

3.液體摩擦

在摩擦副間施加潤滑劑后，摩擦副的表面被一層具有一定壓力和厚度的潤滑膜完全隔開時的摩擦叫液體摩擦。如輪船在水中行走，水把船底和河床隔離開。在機械傳動中，兩零件表面之間處于液體摩擦狀態是最理想的狀態，但是很難達到這種狀態。

4.混合摩擦機械運動的接觸表面，大多數處于以上三種摩擦狀態的混合，稱之為混合摩擦。混合摩擦比前干摩擦、邊界摩擦狀態好，但比液體摩擦狀態差些。6§9.1摩擦與磨損

二、機械中的磨損

磨損一般來源于摩擦,但在具體工作條件下影響磨損的因素很多。磨損隨著載荷和工作時間的增加而增加。1.磨損的類型

①粘著磨損兩相對運動的表面，由于黏著作用，使材料由一表面轉移到另一表面所引起的磨損。可表現為輕微磨損、涂抹，劃傷等。

②磨粒磨損摩擦表面有硬凸起或滲入硬顆粒將表面劃傷的磨損。如挖掘機鏟齒的磨損。為了防止出現磨粒磨損，機器盡可能選擇閉式傳動，且定期更換潤滑油。7§9.1摩擦與磨損

③表面疲勞磨損

摩擦表面材料的微觀體積受循環應力作用，產生重復變形導致表面疲勞裂紋形成，并分離出微片或顆粒的磨損。破壞特點是在摩擦表面出現“麻坑”，又稱之為“點蝕”。潤滑良好的齒輪傳動和滾動軸承都可能產生點蝕。

④腐蝕磨損

在摩擦過程中，金屬與周圍介質發生化學或電化學反應而引起的磨損。如化工行業制酸、堿設備的零件損壞是由于酸堿腐蝕反應而造成的。所以一般化工企業采用不銹鋼材料作為機器的零件。8§9.1摩擦與磨損

2.磨損過程除液體摩擦外，其他摩擦都不可避免地會伴隨著磨損。機械零件典型的磨損過程分為三個階段：

磨合磨損階段、穩定磨損階段、劇烈磨損階段。9§9.1摩擦與磨損

（1）磨合階段經過機械加工后的表面，無論其表面粗糙度值如何小，也達不到磨合后的標準，所以相對運動的表面必然要經過正常的磨合階段。

磨合是一種有益磨損。（2）穩定磨損階段經磨合后的摩擦副表面粗糙度值減小，磨損率趨于穩定和緩和，經歷的時間也較長，標志著零件的使用壽命。（3）劇烈磨損階段當機器的運動表面磨損超過設計的數值后，間隙過大，使運動表面產生過大的沖擊振動，機器進入劇烈磨損階段。處于劇烈磨損階段的機器需要進行及時檢修。

10§9.2機械的潤滑

一、潤滑狀態

1.流體潤滑“面接觸”的兩摩擦表面被一層足夠厚度和壓力的連續油膜完全隔開的潤滑狀態叫流體潤滑。分為流體靜力潤滑和流體動力潤滑。

2.彈性流體動力潤滑對于“點接觸”或“線接觸”的摩擦副，當油膜厚度為，能夠將點、線接觸的高應力摩擦副的表面完全隔開，形成彈性流體動力潤滑。

3.邊界潤滑兩個接觸體的表面并未處處被潤滑油膜隔開，存在著明顯的微凸體接觸的潤滑狀態。油膜厚度。

4.混合潤滑混合潤滑介于邊界潤滑和彈性流體動力潤滑之間的狀態,潤滑油膜厚度小于10-6m而大于10-8m。11§9.2機械的潤滑

二、潤滑劑

1.潤滑劑的分類及選用用于潤滑、冷卻和密封機械摩擦部分的物質稱為潤滑劑。潤滑劑常根據來源分礦物性潤滑劑（如機械油）、植物性潤滑劑（如蓖麻油）和動物性潤滑劑（如牛脂）。此外，還有合成潤滑劑，如硅油、油酸、聚酯及羧酸等。工業潤滑劑的主要作用是降低摩擦表面的摩擦損傷。在一般機械中，通常采用潤滑油或潤滑脂來潤滑。1213§9.2機械的潤滑

2.工業潤滑油（常用潤滑油的性能和用途見表9-1）

(1)潤滑油的主要性能指標①運動粘度40℃的標準。②粘度指數溫度變化對粘度的影響。③油性吸附能力。④極壓性能耐壓能力。⑤閃點發生閃火的最低溫度。

⑥凝點冷卻凝點的最低溫度。

(2)潤滑油的添加劑

改善潤滑油的使用性能。如除銹劑、油性劑等。

(3)潤滑油的選用夏季——選用較稠些的油。冬季——選用較稀些的油。14§9.2機械的潤滑

3.潤滑脂（常用潤滑脂的性能和用途見表9-2）（1）滑潤脂的主要性能指標

①針入度滑潤脂牌號越大、脂越稠，針入度越小。②滴點加熱時第一滴油滴下的溫度。（2）滑潤脂的特點使用溫度范圍廣；油膜強度高，承載能力大；密封裝置和使用維護簡單；使用壽命長，消耗量少；摩擦阻力大、散熱差，不宜用于高溫高速場合。（3）選用潤滑脂的原則

①高速重載或有嚴重沖擊振動——選錐入度較小潤滑脂。

②高溫高度——選抗氧化性好，滴點高的潤滑脂。

③對滾動軸承dn>75000mm.r∕min時，選3號潤滑脂。④潮濕或有水環境——用抗水性好的鈣基脂。

1516§9.2機械的潤滑

三、滑潤方法與滑潤裝置

1.油滑潤的方法和潤滑裝置

①手工加油潤滑

②滴油滑潤17§9.2機械的潤滑

③油環滑潤（見右圖）

適用低速旋轉，潤滑軸承。④油浴和飛濺滑潤主要用于閉式齒輪傳動、蝸桿傳動和內燃機等。

⑤噴油滑潤壓力油通過噴嘴噴至摩擦表面，既潤滑又冷卻。

⑥壓力強制潤滑2.脂潤滑的方法和潤滑裝置方法：人工加脂、脂杯加脂裝置：集中供脂裝置包括儲脂罐、給脂泵、給脂管和分配器等。18§9.2機械的潤滑

四、潤滑系統的管理

潤滑系統的科學管理和正確維護對促進企業生產發展，提高經濟效益有極其重要的意義。1.設備潤滑系統管理的任務2.潤滑系統管理的“五定”①定點②定質③定量④定期

⑤定人19§9.3機械的密封

一、泄漏及危害泄漏是機械設備經常產生的故障之一。造成泄漏的原因，一是由于機械加工的結果，使機械連接接合面存在尺寸和幾何偏差等缺陷，不可避免地形成間隙；二是密封兩側存在壓力差，液體就會通過間隙而泄漏。機械中的介質或潤滑劑的泄漏，會造成浪費或污染環境；易燃、有害介質的泄漏，會危及人身及設備的安全；環境中的氣體、灰塵、水等進入機械設備內，會導致零件過早地磨損而報廢；泵、壓縮機等流體機械內部泄漏會影響容積效率等。因此，泄漏的危害極大。20§9.3機械的密封

二、密封及類型機械密封的目的是阻止潤滑劑和工作介質泄漏，以及灰塵和水分侵入機器。

1.接觸式密封

(1)氈圈密封

如圖所示。將毛氈制成密封條擠入軸承蓋的密封凹槽圈內，與軸之間達到阻止潤滑劑泄漏的作用。應用在壓力小、線速度小于10m/s的場合。如減速器的密封。特點是結構簡單，成本低。21§9.3機械的密封

(2)唇形密封圈密封

如(圖a)所示。在軸承蓋內鑲入橡膠密封圈，靠貼橡膠密封圈緊貼轉軸，形成密封。安裝時需注意橡膠密封圈的唇口要對準壓力較高的箱體內(圖b)，才能起到密封的效果。反向安裝兩個密封圈(圖c)既可防止漏油又可防塵。主要用在線速度小于20m/s、工作溫度小于100oC。22§9.3機械的密封

(3)機械密封

橡膠密封圈的動環和靜環之間用彈簧支撐，使摩擦面保持一定的壓力，防止潤滑劑外泄。能承受的壓力比唇形密封圈密封還要大一些。

機械密封縫隙溝槽密封23§9.3機械的密封2.非接觸式密封

軸與靜止的機座之間不直接接觸，存在一定的間隙。(1)縫隙溝槽密封

在軸承座內孔挖幾個圓弧槽，形成油封。(2)曲路密封以圓弧槽密封為常用。能承受的壓力很小。密封方式可組合使用,如右下圖,以提高密封效果。

縫隙溝槽密封曲路密封密封方式組合使用

24§9.4環境保護和安全防護

一、綠色設計的理念

綠色設計，是在產品整個生命周期內，著重考慮產品環境屬性（可拆卸性，可回收性、可維護性、可重復利用性等）并將其作為設計目標，在滿足環境目標要求的同時，保證產品應有的功能、使用壽命、質量等要求，又稱環境意識設計。綠色設計的原則被公認為“3R”的原則，即Reduce：——“少量化設計原則”Reuse：——“再利用設計原則”Recycle：——“資源再生設計原則”25§9.4環境保護和安全防護

1.綠色設計的材料選擇一般情況下選擇材料，要滿足使用要求、工藝性要求、經濟性要求。貫徹綠色設計的理念，要優選對資源和能源消耗小的材料，表9-3為常見材料制造過程消耗的能量。表9-3常見材料制造過程消耗的能量MJ/kg

材料類型鋼鑄鐵銅鋁聚碳酸酯（PC）ABS聚氯乙烯（PVC）消耗能量30.023.490.1198.2118.790.370.526§9.4環境保護和安全防護

工作會產生噪聲等物理污染的要加以抑制；機械中使用過的潤滑油、機油、金屬切削液要加以處理；材料要容易回收和處理，可以再利用，容易降解，表9-4為常見材料可回收的難以程度；材料種類不宜多，以便回收處理；盡量不用有毒有害材料，必須采用時制成容易分離處理的零件結構。回收性能金屬材料非金屬材料其他材料回收性能較好金、銀、錫、銅、鋁合金、鋼熱塑性塑料、紙制品、玻璃

回收性能中等黃銅、鎳熱固性塑料、陶瓷、橡膠

回收性能較差鉛、鋅

兩種不同材料粘接、鉚接或有鍍層、涂層的零件

表9-4常見材料可回收的難易程度

27§9.4環境保護和安全防護

2.考慮拆卸回收的設計一是采用可拆卸的結構設計。盡量采用螺紋連接、鍵連接、銷連接等可拆連接形式，除非性能和成本需要，避免采用鉚接、焊接、黏結等不可拆連接形式。二是連接件的類型、尺寸、材料盡可能相同或種類少。以減少同一臺機械拆卸的工作量和拆卸工具的種類，避免采用大直徑過盈配合連接。

28§9.4環境保護和安全防護

三是拆卸處結構的可達性好。操作者能夠看到被拆卸的零件，有足夠的操作空間，避免連接件由于生銹導致拆卸困難。

3.考慮包裝的產品設計一方面本著“3R”的原則，另一方面考慮能再使用（Refill）及可降解（Degradable）。29§9.4環境保護和安全防護

二、安全設計的理念機械安全設計，是采用先進的機械安全技術，從系統內部對機械可能發生的危險行為進行識別、分析和評價，根據其評價結果進行結構、防護裝置和使用信息的設計，使系統可能發生的事故得到控制，使機械在整個壽命周期都是安全的。1.機械事故的故障樹對機械事故進行分析預測，常用的是故障樹分析法。在機械事故的因果圖，其中設計缺陷是導致機械事故的最原始誘因，必須給予高度重視。30§9.4環境保護和安全防護

2.安全設計的基本原則（1）結構的安全設計（外觀、參數、材質、維修等）（2）安全防護措施的選用與設計（專門）（3）提供充分的安全使用信息（提示、報警等）

機械事故的因果圖31§9.4環境保護和安全防護

三、環境保護與安全防護措施

1.機械振動與噪聲的抑制

①減振采取減振措施可以有效地抑制與消除振動。如汽車采用板彈簧減少振動。

②減振溝磨床、空氣錘采用減振溝來相互隔離，減少振動，消除相互影響。32§9.4環境保護和安全防護

③消聲器汽車加裝發動機消聲器，可以有效減少發動機噪聲的干擾。

④消除噪聲源采用電動機代替內燃機，采用液壓傳動代替機械傳動。

⑤減少噪聲干擾大型空壓機等噪聲源單獨獨立在空氣站機房中，與工作區間用管道相連。

33§9.4環境保護和安全防護2.機械“三廢”的減少及回收

“三廢”指廢氣、廢水、廢物。采取措施減少“三廢”。①生產中注意防止泄露，切削液循環利用，鐵屑有效回收，在機床上設置油盤。②采用高效發動機，少使用揮