润滑与密封的重要性及优化方法

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：任务要求1.了解润滑油的作用及特性，总结各种润滑剂的特点。加入稠化剂的主要作用是减少油的流动性，提高润滑油与摩擦面的附着力。将重1.5N的标准锥体在25℃恒温下，由润滑脂表面自由沉下，经5s后该锥体可沉入的深度值为润滑脂的锥入度。同时，油被旋转零件带起飞溅到其他部位，使其他零件得到润滑，称为飞溅润滑。

活动情境

观察汽车或摩托车的变速箱。

任务要求

1.了解润滑油的作用及特性，总结各种润滑剂的特点。

2.熟悉常用的润滑方式及装置。

3.熟悉常用密封方式，掌握各种密封圈的结构特点及作用原理。

任务引领

通过观察与操作回答以下问题：

1.变速箱的齿轮选用什么润滑油？轴承是用润滑脂还是用润滑油？

2.输入轴、输出轴与本体间采用什么形式密封？

归纳总结

在摩擦表面间加入润滑剂，以降低摩擦、减轻磨损，这种措施称为润滑。润滑的主要作用是降低摩擦，减少磨损，防止腐蚀，提高效率，改善机器运转状况，延长机器的使用寿命。此外，润滑还可起到冷却、防尘和吸振等作用。

1.4.1　润滑剂及其选择

工程中，常用的润滑剂主要有润滑油与润滑脂。此外，还有固体润滑剂（如石墨、二硫化钼等）和其他润滑剂（如空气、氢气、水蒸气等）。

1）润滑油

润滑油是使用最广泛的润滑剂，主要有矿物油、合成油和有机油等。其中，应用最广泛的为矿物油。矿物油主要是指石油产品，因来源充足，成本低廉，稳定性好，适用范围广，故多采用矿物油作为润滑剂油。润滑油最重要的一项物理性能指标是黏度，它是选择润滑油的主要依据。黏度标志着液体流动的内摩擦性能。黏度越大，内摩擦阻力越大，承载能力越大，液体的流动性越差。黏度的大小可用动力黏度（又称绝对黏度）、运动黏度、条件黏度来表示。工业上多用运动黏度标定润滑油的黏度，法定计量单位为m2/s。润滑油的黏度并不是固定不变的，而是随着温度和压强而变化的。因此，在标注某种润滑油的黏度时，必须同时标明它的测试温度。国家标准GB/T3141—1994规定，温度在40℃时按运动黏度分为5，7，10，15，22，32等20个牌号。牌号数值越大，油的黏度越高，即越稠。

选择润滑油主要是确定润滑油的种类与牌号。一般应考虑机器设备的载荷、速度、工作情况以及摩擦表面状况等条件。先确定合适的黏度范围，再选择润滑油品种。对载荷大或变载、冲击的场合，加工粗糙或未经跑合的表面，宜选用黏度高的润滑油；反之，载荷小、速度高，宜选用黏度低的润滑油。采用压力循环润滑、滴油润滑的场合，宜选用黏度低的润滑油。

常用润滑油的性能和用途见表1.4。

表1.4　常用润滑油的性能和用途

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2）润滑脂

润滑脂是在润滑油中添加稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂基）后形成的胶状润滑剂，俗称黄油或干油。加入稠化剂的主要作用是减少油的流动性，提高润滑油与摩擦面的附着力。有时，还加入一些添加剂，以增加抗氧化性和油膜厚度。它的种类较多，根据用途可分为减磨润滑脂、防护润滑脂和密封润滑脂。常用的是减磨润滑脂。因为润滑脂稠度大，密封简单，不需经常添加，不易流失，承载能力较强，但它的物理、化学性质不如润滑油稳定，摩擦功耗也大，不能起冷却作用或作循环润滑剂使用。因此，它常用于低速、受冲击或间歇运动的机器中。

润滑脂的主要物理性能指标如下：

（1）滴点

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。滴点标志着润滑脂的耐高温能力，润滑脂的工作温度应比滴点低20~30℃。润滑脂的号数越小，表明滴点越低。

（2）锥入度

锥入度即润滑脂的稠度。将重1.5N的标准锥体在25℃恒温下，由润滑脂表面自由沉下，经5s后该锥体可沉入的深度值（以0.1m为单位）为润滑脂的锥入度。锥入度表明润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。锥入度越小，表明润滑脂越稠，承载能力越强，密封性越好，但摩擦阻力也越大，流动性越差，因而不易填充较小的摩擦间隙。

目前，使用最多的是钙基润滑脂，其耐水性强，但耐热性差，常用于在60℃以下工作的各种轴承的润滑，尤其适用于在露天条件下工作的机械轴承的润滑。钠基润滑脂的耐热性好，可用于145℃以下工作的情况，但其耐水性差。锂基润滑脂的性能优良，耐水耐热性均好，可在-20~150℃广泛适用。

常用的润滑脂的主要性能和用途见表1.5。

表1.5　常用的润滑脂的主要性能和用途

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3）固体润滑剂

用具有润滑作用的固体粉末取代润滑油或润滑脂来实现摩擦表面的润滑，称为固体润滑。最常见的固体润滑剂有石墨、二流化钼、二流化钨、高分子材料（如聚四氟乙烯、尼龙等）。固体润滑剂具有很好的化学稳定性，耐高温、高压，润滑简单，以及维护方便等特点，适用于速度、温度和载荷非正常的条件下，或不允许有油、脂污染及无法加润滑油的场合。

1.4.2　常用的润滑方式及装置

为了获得良好的润滑效果，保证设备安全正常运行，除应正确地选择润滑剂外，还应选择适当的润滑方式和相应的润滑装置。

1）油润滑润滑方式及装置

润滑油的润滑方法有间歇供油和连续供油两种。间歇供油有手工油壶注油和油杯注油供油。通常每隔适当时间由人工用油壶或油枪向油孔或注油杯（见图1.25）注入润滑油，通过设备上的油沟或油槽使油流至需要润滑的部位。这种操作润滑方式简单，易操作，但供油不均匀、不易控制、不连续，故可靠性不高，这种方法只适用于低速不重要的或间歇工作场合。

对较重要的轴承必须采用连续供油润滑。连续供油方法及装置主要有以下4种：

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图1.25　油杯

（1）油杯滴油润滑

如图1.26所示为针阀式油杯和芯捻式油杯。芯捻油杯利用毛细管作用将油引到润滑区工作表面上，这种方法不易调节供油量；针阀油杯可调节滴油速度以改变供油量，在设备停止工作时，可通过油杯上部手柄关闭油杯，停止供油，这种润滑方式润滑可靠。

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图1.26　油杯

1—手柄；2—调节螺母；3—弹簧；4—针阀

（2）油环润滑

如图1.27所示，轴颈上套一油环，当轴颈旋转时，借摩擦力带动油环转动，从而将润滑油甩到轴颈上。这种润滑方式只能用于连续运转并且水平放置、转速较高（60~2000r/min）的轴的润滑。

（3）浸油润滑和飞溅润滑

如图1.28所示，将零件的一部分浸入油中，利用零件的转动，把油带到摩擦部位使零件进行润滑的方式，称为浸油润滑。同时，油被旋转零件带起飞溅到其他部位，使其他零件得到润滑，称为飞溅润滑。这两种润滑方式润滑可靠，连续均匀，但转速较高时功耗大，多用于中速转动的齿轮箱体中齿轮与轴承的润滑。

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图1.27　油环润滑

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图1.28　浸油润滑

（4）压力润滑

用外接设备（液压泵、阀和管路等）将润滑油以一定的压力送到摩擦部位润滑的方式，称为压力润滑。这种润滑方式给油量大，控制方便，润滑油可循环使用，润滑可靠，具有较好的冷却作用，适用于重载、高速和精密等要求较高的场合。

2）脂润滑方式及其装置

润滑脂比润滑油稠，不易流失，但冷却作用差，适于低、中速且载荷不太大的场合。润滑脂常用润滑方式有手工加脂、脂杯加脂、脂枪加脂及集中润滑系统供脂等。对开式齿轮传动、轴承、链传动装置，多采用手工将脂压入或填入润滑部位。对旋转部位固定的设备，多在旋转部位的上方采用带阀的压配式注油杯和不带阀的弹簧盖油杯，如图1.26所示。对大型设备，润滑点多，多采用集中润滑系统，即用供脂设备把润滑脂定时定量送至各润滑点。

1.4.3　密封装置

在机械设备中，为了阻止润滑剂泄漏，并防止灰尘、水等其他杂质进入润滑部位，必须采用相应的密封装置，以保证持续、清洁的润滑，使机器正常的工作，并减少对环境的污染，提高机器的工作效率，降低生产成本。目前，机器密封性能的优劣已成为衡量设备质量的重要指标之一。

密封装置的类型很多。根据被密封构件的运动形式，可分为静密封和动密封。两个相对静止的构件之间结合面的密封，称为静密封。例如，减速器的上下箱之间的密封、轴承端盖与箱体轴承座之间的密封等。实现静密封的方式很多，最简单是靠结合面加工平整，在一定的压力下贴紧密封；一般情况下，是在结合面之间加垫片或密封圈，还有在结合面之间涂各类密封胶。两个具有相对运功的构件结合面之间的密封，称为动密封。根据其相对运动的形式不同，动密封又可分为旋转密封和移动密封。例如，减速器中外伸轴与轴承盖之间的密封就是旋转密封。旋转密封分为接触式密封和非接触式密封两类。这里只研究旋转轴外伸端的密封方法。常见的密封装置有接触式和非接触式密封两类。

1）接触式密封

在轴承盖内放置软材料（毛毡、橡胶圈或皮碗等），与转动轴直接接触而起密封作用。这种密封多用于转速不高的情况。接触式密封有毡圈密封和唇形密封圈密封两种。

（1）毡圈密封

如图1.29所示，在轴承盖上开出梯形槽，将矩形剖面的细毛毡放置在梯形槽中与轴接触。这种密封结构简单，但摩擦较严重，主要用于密封处圆周速度小于4~5m/s、工作温度不超过90℃的油脂润滑结构。

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图1.29　毡圈密封

（2）唇形密封圈密封

在轴承盖中放置一个密封皮碗，如图1.30（a）所示。它是用耐油橡胶等材料制成的，并装在一个钢外壳之中（有的没有钢壳）的整体部件，皮碗与轴紧密接触而起密封作用。为增强封油效果，用一个螺旋弹簧压在皮碗的唇部。唇的方向朝向密封部位，主要目的是防止漏油（见图1.30（b））；唇朝外，主要目的是防尘（见图1.30（c））。当采用两个皮碗相背防止时，既可防尘，又可起密封作用。这种结构安装方便，使用可靠。这种密封方式既可用于油润滑，也可用于脂润滑，一般适用于轴的圆周速度小于6m/s、工作温度范围为-40~100℃的场合。

2）非接触式密封

非接触式密封方式密封部位转动零件与固定零件之间不直接接触，留有间隙。因此，对轴的转速没有太大的限制，多用于速度较高的场合。

（1）间隙密封（也称油沟式密封）

如图1.31所示，在轴与轴承盖的通孔壁之间留有0.1~0.3mm的间隙，并在轴承盖上车出沟槽，槽内填满油脂，起密封作用。这种形式结构简单，间隙宽度越长，密封效果越好，轴径圆周速度小于5m/s，适用于环境较干净的润滑脂。

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图1.30　唇形密封圈密封

1—耐油橡胶；2—金属骨架；3—弹簧

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图1.31　间隙密封

（2）迷宫式密封

如图1.32所示，将旋转和固定的密封零件之间的间隙制成迷宫形式。它可分轴向迷宫、径向迷宫和组合迷宫等。缝隙间填满润滑脂以加强密封效果。这种方式对润滑脂和润滑油都很有效，迷宫式密封结构简单，使用寿命长，但加工精度要求高，装配较难。一般环境较脏时，可采用这种形式。它多用于一般密封不能胜任要求较高的场合，轴径圆周速度可达30m/s。

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图1.32　迷宫式密封

（3）油环或油环与油沟组合密封

在轴承座孔内的轴承内侧与工作零件之间安装一挡油环，挡油环随轴一起转动，利用其离心作用，将箱体内下溅的油及杂质甩走，阻止油进入轴承部位。它多用于轴承部位使用脂润滑的场合，如图1.33所示。在油沟密封区内的轴上安装一个甩油环，当向外流失的润滑油落在甩油环上时，因离心力的作用而甩落，然后通过导油槽流回油箱。这种组合密封形式在高速时密封效果好，如图1.34所示。

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