润滑油基本原理

1、润滑油基本原理润滑油基本原理TED H. LI PH.D.CPI 公司公司为何我们要用润滑油为何我们要用润滑油？S冷却冷却S清净清净S密封密封S润滑润滑S（1）减磨作用：在相互运动表面保持一层油膜以减小摩擦，这是润滑的主要作用。S （2）冷却作用：带走两运动表面因摩擦而产生的热量以及外界传来的热量，保证工作表面的适当温度。S （3）清洁作用：冲洗运动表面的污物和金属磨粒以保持工作表面清洁。S （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。S （5）防腐作用：形成的油膜覆盖在金属表面使空气不能与金属表面接触，防止金属锈蚀。S （6）减

2、轻噪音作用：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。S （7）传递动力作用：如推力轴承中推力环与推力块之间的动力油压。润滑油的功能冷却润滑油的功能冷却S实物实物S液体液体 (粘度粘度)S热传导热传导 (稳定稳定, 沉积沉积)润滑油的功能润滑油的功能 清净清净S流体性流体性(粘度粘度)S稳定性稳定性S乳化性乳化性S清净性清净性S润滑性润滑性润滑油的功能密封润滑油的功能密封S粘度粘度w(可溶解性与稳定度可溶解性与稳定度) = 效率效率S润滑性润滑性 润滑油的功能润滑润滑油的功能润滑S粘度粘度w互溶性互溶性w溶解度溶解度S润滑性润滑性w化学的结构性化学的结构性w添加剂添加剂冲击

3、润滑油的有效性冲击润滑油的有效性 主要因素主要因素S粘度粘度S稳定性稳定性S滑润性滑润性影响润滑界面的主要因素影响润滑界面的主要因素S粘度粘度S负载负载S速度速度负载负载速度速度粘度粘度润滑界面的摩擦系数润滑界面的摩擦系数（边界（边界 / 弹液动弹液动 / 液动液动 三区的润滑定义）三区的润滑定义）液动润滑液动润滑 弹液动润滑弹液动润滑粘度粘度 x速度速度摩擦系数摩擦系数边界润滑边界润滑润滑分类润滑分类S1边界润滑边界润滑S两运动表面被一种具有分层结构和润滑性能的薄膜所分开，这层薄膜厚度通常在两运动表面被一种具有分层结构和润滑性能的薄膜所分开，这层薄膜厚度通常在0.1m以下，称边界膜。在边界润

4、滑中其界面的以下，称边界膜。在边界润滑中其界面的润滑性能主要取决于薄膜的性质，其摩擦系数只取决于摩擦表面的性质和边界膜的结构形式，而与滑油的粘度无关。润滑性能主要取决于薄膜的性质，其摩擦系数只取决于摩擦表面的性质和边界膜的结构形式，而与滑油的粘度无关。S2液体润滑液体润滑 两运动表面被一层一定厚度（通常为两运动表面被一层一定厚度（通常为1.5m2m以上）的滑油液膜完全隔开，由液膜的压力平衡外载荷。此时两运动表面不直以上）的滑油液膜完全隔开，由液膜的压力平衡外载荷。此时两运动表面不直接接触，摩擦只发生在液膜界内的滑油膜内，使表面间的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，而与两接

5、接触，摩擦只发生在液膜界内的滑油膜内，使表面间的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，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。表面的材料无关，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。S液体动压润滑液体动压润滑S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，形成楔形液膜产生油楔压力以平衡外载荷。如图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，形成楔形液膜产生油楔压力以平衡外载荷。如图5-1所示，所示，在正常运转中，只要供油连续，轴颈就会完全被由润滑油动力作用而产生的油

6、楔抬起，同时在轴承与轴颈之间形成一定偏心度，在正常运转中，只要供油连续，轴颈就会完全被由润滑油动力作用而产生的油楔抬起，同时在轴承与轴颈之间形成一定偏心度，轴颈所受负荷由油楔中产生的油压所平衡。此油楔的形成与其产生的压力主要与以下因素有关：轴颈所受负荷由油楔中产生的油压所平衡。此油楔的形成与其产生的压力主要与以下因素有关：S（1）摩擦表面的运动状态：转速越高，越容易形成油楔。）摩擦表面的运动状态：转速越高，越容易形成油楔。S（2）滑油粘度：粘度过大，则难以涂布。）滑油粘度：粘度过大，则难以涂布。S（3）轴承负荷：负荷越高，越难以形成油楔。）轴承负荷：负荷越高，越难以形成油楔。 S（4）轴承间隙

7、：间隙过小，滑油不易进入接触表面使轴颈浮起；间隙过大，滑油易从轴承两端逸出。所以轴承间隙必须适当。）轴承间隙：间隙过小，滑油不易进入接触表面使轴颈浮起；间隙过大，滑油易从轴承两端逸出。所以轴承间隙必须适当。此外，轴承的油槽位置也影响油槽压力。此外，轴承的油槽位置也影响油槽压力。S（5）表面加工粗糙度。）表面加工粗糙度。S2）液体静压润滑）液体静压润滑S静压润滑从外部向摩擦表面供给有一定压力的液体，借助于液体的静压力产生油膜以平衡外载荷。如二冲程柴油机的十字头轴承静压润滑从外部向摩擦表面供给有一定压力的液体，借助于液体的静压力产生油膜以平衡外载荷。如二冲程柴油机的十字头轴承，由于其工作特点使它难

8、以实现液体动压润滑。为了提高它的工作可靠性，措施之一是提高滑油压力或专设一个由十字头带动（，由于其工作特点使它难以实现液体动压润滑。为了提高它的工作可靠性，措施之一是提高滑油压力或专设一个由十字头带动（或电动）的高压柱塞泵，以高压（如或电动）的高压柱塞泵，以高压（如10 MPa）直接向十字头轴承供油，实现液体静压润滑。）直接向十字头轴承供油，实现液体静压润滑。S3）弹性液体动压润滑）弹性液体动压润滑S呈点（线）接触的运动表面（如滚动轴承和啮合齿轮的接触点）的润滑，在接触点产生暂时的弹性变形，其中产生极薄的挤压油呈点（线）接触的运动表面（如滚动轴承和啮合齿轮的接触点）的润滑，在接触点产生暂时的弹

9、性变形，其中产生极薄的挤压油膜，避免金属间直接接触。膜，避免金属间直接接触。S3混合润滑混合润滑S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）或同时存在着干摩擦和边界润滑（称半干摩擦）都叫混合润滑。在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）或同时存在着干摩擦和边界润滑（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。柴油机中多指前者，如气缸润滑即属此类。S三、形成液体润滑的方法三、形成液体润滑的方法粘度粘度S液动的液动的S 弹液动的弹液动的WNS磨损最小化磨损最小化S效率最大化效率最大化粘度级别粘度级别 - ISO 级别级别工业润滑油的工业润滑油的IS

10、O粘度级别系统粘度级别系统级别数级别数最小最小最大最大级别数级别数最小最小最大最大ISO 粘度粘度 (cSt, 40C) ISO粘度粘度 (cSt, 40C)21.982.4210090.011054.145.06150135165109.0011.002201982421513.516.53202883522219.824.24604145063228.835.26806127484641.450.61,0009001,1006861.274.81,5001,3501,650粘度级别粘度级别- SAE 分级分级SAE粘度粘度 (cP) at粘度粘度 粘度粘度温度温度 (C)at 100C级别

11、级别 最大最大最小最小最大最大 0W 3250 at -30 3.8 - 5W 3500 at -25 3.8 - 20W 4500 at -10 5.6 - 20 -5.6 9.3 30 -9.3 12.5 40 - 12.5 16.3 50 - 16.3 21.9润滑油的粘度润滑油的粘度-温度特性温度特性110100100010000100000-300306090120 150 180 210 240 270 300温度温度 (F)PAO ISO 68 (高粘度指数高粘度指数)环烷烃环烷烃 ISO 68 (低低 粘度指数粘度指数)粘度粘度 (cSt)粘度温度的关系粘度温度的关系粘度指数粘

12、度指数 (VI)VI = L - UL- HX100U:在在 40C未知油品的粘度未知油品的粘度L:在在 40C 粘度指数时油的粘度同时在粘度指数时油的粘度同时在 100C 时与时与U粘度相粘度相等等H:在在100VI 的油品在的油品在 40C 时的粘度时的粘度 在在 100C 时与时与U粘度相等粘度相等40C100C粘度粘度UHL润滑油的典型粘度指数润滑油的典型粘度指数润滑油的类型润滑油的类型 粘度指数粘度指数矿物油矿物油 1,000,000酯类油酯类油110 500 4,900聚醚类（聚醚类（PAG）120 570 8,800硅油硅油 160 700 48,000S- 粘度粘度 - cSt

13、 40C润滑油与制冷剂的粘度温度特性润滑油与制冷剂的粘度温度特性11010010000306090120150180210240270300温度温度 (F)粘度粘度(cP)0% 稀释稀释10% 稀释稀释20% 稀释稀释PAG (ISO 68) and HFC 134a润滑油与制冷剂的粘度温度特性润滑油与制冷剂的粘度温度特性11010010000306090120150180210240270300温度温度 (F)粘度粘度 (cSt)0% 稀释稀释20% 稀释稀释10% 稀释稀释多元醇酯油（多元醇酯油（POE） (ISO 68) and HFC 134a总结总结S粘度通常是选择润滑油的首要考虑粘

14、度通常是选择润滑油的首要考虑S高粘度指数的润滑油相对温度的变化较高粘度指数的润滑油相对温度的变化较低低S温度和压力能很明显的改变润滑油的粘温度和压力能很明显的改变润滑油的粘度度S制冷剂的稀释也能明显的降低润滑油的制冷剂的稀释也能明显的降低润滑油的粘度粘度稳定度稳定度润滑剂润滑剂黑色沉淀黑色沉淀, 油泥油泥, 结胶结胶高温高温劣化劣化粘度增加粘度增加各种问题各种问题换油换油促进润滑油劣化的因素促进润滑油劣化的因素S温度：温度： 压缩压缩, 摩擦生热摩擦生热S氧氧: 空气空气S催化剂催化剂: 金属表面金属表面 (铁粉铁粉)金属表面金属表面氧氧热热润滑油劣化的机构润滑油劣化的机构起始阶段起始阶段RH

15、 - R传播阶段传播阶段 R + O2 - ROOROO + RH - ROOH + R最终阶段最终阶段2R - R-RR + ROO - ROOR2ROO - ROOR (或或 酮酮 或酒精或酒精) + O2.一个简单化的润滑油劣化机构一个简单化的润滑油劣化机构ABPDEFA: 原始润滑油原始润滑油E: 油的蒸发成了汽态油的蒸发成了汽态B: 主要的劣化产物主要的劣化产物 (小的金属加工产品小的金属加工产品)F : 油油B的蒸发成了汽态的蒸发成了汽态P: 产品的聚合化产品的聚合化D: 产生无法溶解的油泥产生无法溶解的油泥, 胶质胶质, 沉淀物沉淀物k2k1评估润滑油稳定度的实验方法评估润滑油稳

16、定度的实验方法空气空气加热加热75 - 175C小时小时 月月S颜色的改变颜色的改变S酸的形成酸的形成 (总酸价总酸价)S粘度增加粘度增加润滑油润滑油 评估润滑油的稳定的实验方法评估润滑油的稳定的实验方法加热加热150 - 175C天天- 月月S颜色的改变颜色的改变S酸的形成酸的形成 (总酸价总酸价)S金属含量金属含量S制冷剂与油交互作用制冷剂与油交互作用密封管密封管加热加热真空真空制冷剂制冷剂金属金属(Fe,Cu,Al)橡胶橡胶润滑油的稳定度润滑油的稳定度时间时间氧化氧化矿物油矿物油双酯类双酯类多元醇酯多元醇酯*温度在温度在 175C氧化稳定度氧化稳定度 温度的函数温度的函数10100100

17、010000400350300250200温度温度(F)矿物油矿物油酯类油酯类油稳定寿命稳定寿命, 小时小时金属的触媒反映金属的触媒反映 在酯类油的氧化在酯类油的氧化30405060708090100时间时间酯类油的剩余百酯类油的剩余百分比分比在在 225C下测试下测试铜铜铝铝铅铅铁铁润滑油稳定剂润滑油稳定剂S功能功能w中性自由基中性自由基w分解自由基分解自由基S化学结构化学结构wmetal dithiocarbamatew zinc dithiophosphatew hindered phenolsw phenol sulfidew aromatic aminew thiadiazolew

18、disalieylal-1,2-propane diamine抗氧化剂的有效性抗氧化剂的有效性30405060708090100时间时间 (小时小时)酯类油剩余百分比酯类油剩余百分比在在 200C下测试下测试酯酯+1% 芳香胺芳香胺（Aromatic Amine)无抗氧化剂无抗氧化剂510抗氧化剂消耗抗氧化剂消耗总结总结S高温会使润滑油劣化，而形成油泥、高温会使润滑油劣化，而形成油泥、 胶质和胶质和沉淀物。沉淀物。S氧和金属表面（铁粉）可以加速润滑油的劣化氧和金属表面（铁粉）可以加速润滑油的劣化。S合成润滑油如合成润滑油如酯类油酯类油比矿物油更稳定比矿物油更稳定 (意味着意味着更长的使用寿命更

19、长的使用寿命, 更少的换油更少的换油, 减低机械停机减低机械停机时间时间)。 S适当的选择抗氧化剂可很明显的改善润滑油的适当的选择抗氧化剂可很明显的改善润滑油的稳定度。稳定度。润滑性润滑性S减低磨损减低磨损S减少摩擦减少摩擦* 避免了直接的金属与金属表面接触避免了直接的金属与金属表面接触表面粗度表面粗度轴承的接触面轴承的接触面润滑机构润滑机构在边界润滑的条件下在边界润滑的条件下AW/EP Additives Prevent Metal Contact抗磨损抗磨损/极压添加剂防止金属表面的接触极压添加剂防止金属表面的接触四球磨损实验机四球磨损实验机点接触点接触高载荷高载荷*测试后测量磨损痕迹直径

20、测试后测量磨损痕迹直径评估润滑油的磨损属性以及抗磨损评估润滑油的磨损属性以及抗磨损/ 极压添加剂极压添加剂的有效性的有效性Block-on-Ring（抗磨损试验）抗磨损试验）线性接触线性接触中等载荷中等载荷测试后测量重量的损失和磨痕的宽度测试后测量重量的损失和磨痕的宽度评估润滑油的磨损特性以及抗磨损评估润滑油的磨损特性以及抗磨损/ 极压添加剂极压添加剂的有效性的有效性Pin & Vee Block（抗抗磨损试验）磨损试验） 线性接触线性接触中等载荷中等载荷测试后测量重量的损失和磨痕的宽度测试后测量重量的损失和磨痕的宽度评估润滑油的磨损特性以及抗磨损评估润滑油的磨损特性以及抗磨损/ 极压添加剂极

21、压添加剂的有效性的有效性典型的磨损载荷的行为图典型的磨损载荷的行为图载荷载荷磨损磨损AB全部卡住全部卡住初始的卡住初始的卡住典型的磨损时间行为图典型的磨损时间行为图时间时间磨损磨损全部磨损全部磨损磨损比率磨损比率磨合期磨合期稳定状态稳定状态载荷载荷磨损磨损AB在承载运行中在承载运行中抗磨损抗磨损/极压添加剂的有效性极压添加剂的有效性AB无添加剂的无添加剂的润滑油润滑油润滑油润滑油+抗磨损抗磨损/极压添加剂极压添加剂减少磨损减少磨损抗磨损抗磨损/极压添加剂的有效性极压添加剂的有效性时间时间磨损磨损磨合期磨合期稳定状态稳定状态无添加剂的无添加剂的抗磨损抗磨损/极压添加剂极压添加剂抗磨损抗磨损/极压

22、添加剂极压添加剂S功能功能w 减少磨损减少磨损S化学成分化学成分w metal dialkyl dithiophosphatew metal diaryl dithiophosphatew 烷基磷酸盐烷基磷酸盐w 加磷脂肪和石蜡加磷脂肪和石蜡w 硫化石蜡和石蜡油硫化石蜡和石蜡油w 氯化脂肪氯化脂肪w 脂肪酸脂肪酸w 石墨石墨含含 P, Cl, O, S, N 等的化合物等的化合物总结总结S直接的金属与金属表面接触会产生较高的磨损及直接的金属与金属表面接触会产生较高的磨损及摩擦系数摩擦系数S在边界润滑的条件下在边界润滑的条件下基础油通常不能提供好基础油通常不能提供好的保护的保护S抗磨损抗磨损/极

23、压添加剂是极性材料，可以极压添加剂是极性材料，可以吸附吸附在金属在金属表面而减少金属与金属表面的直接接触。表面而减少金属与金属表面的直接接触。S正确的选择抗磨损正确的选择抗磨损/极压添加剂能够很明显的降低极压添加剂能够很明显的降低磨损及摩擦系数。磨损及摩擦系数。减低摩擦系数的润滑减低摩擦系数的润滑形成液体润滑的方法形成液体润滑的方法S1人工润滑人工润滑S 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。等。这种方法简单，但耗油量大，费工，不能保证良好润滑。S 2飞溅润滑飞溅润滑S 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。