《机械设计》课件第4章

第4章摩擦、磨损及润滑概述

4.1摩擦4.2磨损4.3润滑剂和润滑方法4.4流体润滑原理简介习题4.1摩擦

摩擦分内摩擦和外摩擦两大类。发生在物质内部，阻碍分子间相对运动的摩擦称为内摩擦；相互接触的两个物体作相对运动或有相对运动趋势时，在接触表面上产生的阻碍相对运动的摩擦称为外摩擦。仅有相对运动趋势的摩擦称为静摩擦；相对运动时的摩擦称为动摩擦。按性质不同，动摩擦又可分为滑动摩擦和滚动摩擦，两者的机理和规律完全不同，本章仅讨论滑动摩擦。

根据摩擦面之间摩擦状态的不同，滑动摩擦又分为干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦，如图4-1所示。图4-1滑动摩擦的分类4.1.1干摩擦

干摩擦是指摩擦表面之间无任何润滑剂或保护膜而直接接触的纯净表面间的摩擦。在工程实际中，并不存在真正的干摩擦，因为任何零件表面不仅会因氧化而形成氧化膜，而且或多或少会被润滑剂所湿润，机械设计中，通常将未经人为润滑的摩擦状态当做干摩擦处理。干摩擦的摩擦性质取决于配对材料的性质，其摩擦阻力大，摩擦功耗大，零件磨损严重，使用寿命缩短，应尽量避免。4.1.2边界摩擦

润滑油中的脂肪酸是一种极性化合物，其分子的一端带有强电荷的极性团，对金属表面有垂直取向的特性，能牢固地吸附在金属表面上。单分子膜吸附在金属表面上的示意图如图4-2(a)所示。这些单分子膜整齐地成横向排列，很像一把刷子。边界摩擦类似两把刷子间的摩擦，其模型如图4-2(b)所示。吸附在金属表面上多层分子边界膜的摩擦模型如图4-2(c)所示。分子层距金属表面越远，吸附能力越弱，剪切强度越低，若干层后就不再受约束。比较牢固地吸附在金属表面上的分子膜称为边界膜，这种摩擦状态称为边界摩擦。边界膜按其形成机理分为吸附膜和反应膜。图4-2边界膜摩擦模型吸附膜又分为物理吸附膜和化学吸附膜。润滑油中脂肪酸的极性分子牢固地吸附在金属表面上，形成定向排列的分子栅称为物理吸附膜。润滑油中活性分子受化学键力作用而贴附在金属表面上所形成的吸附膜称为化学吸附膜。吸附膜的吸附强度随温度升高而下降，达到一定温度后，吸附膜发生软化、失向和脱吸现象，从而使润滑作用下降，磨损率和摩擦系数都将迅速增加。这种边界膜的润滑性能通常称为润滑油的油性。反应膜是润滑油中含有以原子形式存在的硫、氯、磷时，在较高的温度(通常在150~200℃)下，这些元素与金属起化学反应而生成硫、氯、磷的化合物(如硫化铁)在油与金属界面处形成的薄膜。这种反应膜具有低剪切强度和高熔点，它比前两种吸附膜更稳定，它的承载能力高，极压性能好，适宜于在中等载荷、速度和温度条件下应用。这种边界膜的润滑性能通常称为润滑油的极压性。

边界膜极薄，一个分子的长度约为0.002μm，若边界膜为10层分子的厚度，则其膜也仅为0.02μm；若表面粗糙度值为0.4，则其Ra值约为0.4μm，故边界膜的厚度远远小于两摩擦表面的粗糙度之和。所以边界摩擦时，不能完全避免金属的直接接触，这时仍有微小的摩擦力产生，其摩擦系数通常为0.1左右。

合理选择摩擦副材料和润滑剂，降低表面粗糙度值，在润滑油中加入适量的油性添加剂和极压添加剂，都能提高边界膜的强度。4.1.3混合摩擦随着摩擦面间油膜厚度的增大，表面微凸体直接接触的面积减少，油膜承载的比例增大。研究表明，在混合摩擦时，可用膜厚比λ来估计微凸体与油膜各自分担载荷的情况：(4-1)

式中：hmin——两表面间的最小公称油膜厚度，单位为μm；

Rq1、Rq2——两表面的轮廓均方根偏差，单位为μm。

Rq=(1.20~1.25)Ra，Ra为表面轮廓的表面粗糙度值，单位为μm。当λ<0.4时，为边界摩擦，载荷完全由微凸体承担；当0.4≤λ≤3.0时，为混合摩擦；随着λ值的增大，油膜承担载荷的比例也增大，当λ=1时，微凸体所承担的载荷约为总载荷的30%，所以在一定条件下，混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数要比边界摩擦时小得多，但因表面间仍有微凸体直接接触，不可避免地仍有磨损存在；当λ>3~5后，则为流体摩擦。4.1.4流体摩擦

当摩擦面间的油膜厚度达到足以将两工作表面的微凸体完全分开(即λ>3~5)时，即形成了完全的流体摩擦。此时的摩擦系因为流体内粘滞阻力或流变阻力引起的内摩擦，所以摩擦系数极小(油润滑时约为0.001~0.008)，而且不会有磨损产生，是理想的摩擦状态。4.2磨损

4.2.1磨损过程分析

摩擦导致零件表面材料的逐渐丧失或迁移，即形成磨损。磨损会改变零件的尺寸和形状，降低零件工作的可靠性，影响机器的效率，甚至导致机器提前报废。因此，机械设计时应考虑如何避免或减缓磨损，以保证机器达到预期的寿命。磨损量可用体积、重量或厚度来衡量，通常把单位时间内材料的磨损量称为磨损率，用ε表示。磨损率是研究磨损的重要参数。耐磨性是指磨损过程中材料抵抗脱落的能力，通常用磨损率的倒数表示。另外也应当指出，磨损不都是有害的，工程上也有不少利用磨损作用的场合，如精加工中的磨削及抛光，机器的“磨合”过程等都是磨损有利的一面。在一定的摩擦条件下，一个零件的磨损过程大致可分为三个阶段，即跑和磨损阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段，如图4-3所示。

跑合又称为磨合，是指机器使用前或使用初期以改善机器零件的适应性、表面形状和摩擦相容性为特征的运行过程。由于机加工后的表面总有一定的粗糙度，磨合阶段初期，只有很少的微凸体接触，摩擦副实际接触面积较小，压强较大，故磨损速度快。随着磨合进行，实际接触面积增大，磨损速度逐渐减缓。磨合期应由轻至重缓慢加载，并注意油的清洁，防止杂物进入摩擦面之间而造成严重磨损和剧烈发热。磨合是磨损的不稳定阶段，在整个工作时间内其所占的比率很小。磨合阶段结束，润滑油应全部更新。图4-3磨损过程稳定磨损阶段内，摩擦条件相对稳定，零件在平稳而缓慢的速度下磨损，磨损曲线的斜率近似为一常数，斜率越小，磨损率越小。稳定磨损阶段的工作时间即为零件的使用寿命，磨损率越小，零件的使用寿命越长。

经过稳定磨损阶段后，零件的表面遭到破坏，运动副中的间隙增大，引起额外的动载荷，润滑状态恶化，磨损速度急剧增大，从而产生振动、冲击和噪音，致使零件迅速报废，称为剧烈磨损阶段。此时必须停机，更换零件。

由此可见，设计或使用机器时，应力求缩短磨合期，延长稳定磨损期，推迟剧烈磨损期的到来。为此就必须对形成磨损的机理有所了解。4.2.2磨损的基本类型

目前关于磨损尚无统一的分类方法，大体可概括为两类：一类是根据磨损结果着重对磨损表面外观的描述，如点蚀磨损、胶合磨损、擦伤磨损等；另一类是根据磨损机理来分类，如粘附磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等。现按后一种分类对磨损的基本类型进行简要说明。

1.粘附磨损

由于零件表面接触时，实际上只有少数凸起的峰顶在接触，因受压力而产生弹塑性变形，导致摩擦表面的吸附膜和脏污膜破坏，同时因摩擦而产生高温，造成基体金属的“焊接”现象，使接触峰顶牢固地粘着在一起。当摩擦表面发生相对运动时，材料便从一个表面转移到另一个表面，形成粘附磨损。这种被迁移的材料，有时也会再附着到原先的表面上去，出现逆转移，或脱离所粘附的表面而成为游离颗粒。载荷越大，表面温度越高，粘附现象越严重。严重的粘附磨损会导致运动副咬死。这种磨损是金属摩擦副之间最普遍的一种磨损形式。为了减轻粘附磨损，可采取以下措施：

(1)合理选择配对材料。相同的金属互溶性强，比不同的

金属粘着倾向大；多相金属比单相金属粘着倾向小；脆性材料比塑性材料的抗粘着能力强；进行表面处理(如表面热处理、电镀、喷涂等)可防止粘附磨损的发生。

(2)限制摩擦表面的温度，采取合适的散热措施，防止油膜破裂及金属发生熔焊。

(3)采用含油性和极压添加剂的润滑油。

(4)控制表面压强。

2.磨粒磨损

外部进入摩擦面间的游离硬质颗粒(如尘土或磨损造成的金属微粒)或坚硬的轮廓峰尖，在较软的材料表面上犁刨出很多沟纹而引起材料脱落的现象，这样的微切削过程称为磨粒磨损。磨粒磨损与摩擦副材料的硬度和磨粒的硬度有关。

3.疲劳磨损

在变接触应力的作用下，如果该应力超过材料相应的接触疲劳极限，就会在摩擦副表面或表面以下一定深度处产生疲劳裂纹。随着裂纹的扩展与相互连接，就会造成金属微粒从零件工作表面上脱落，导致表面出现麻点状损伤现象，即形成疲劳磨损(或称疲劳点蚀)。为了提高零件表面的疲劳寿命，除应合理选择摩擦副材料外，还应注意以下几点：

(1)合理选择零件接触面的表面粗糙度。一般情况下表面粗糙度值越小，疲劳寿命越长。

(2)合理选择润滑油的粘度。粘度低的润滑油易渗入裂缝，加速裂纹扩展；粘度高的润滑油有利于接触应力均匀分布，提高抗疲劳磨损的能力。在润滑油中加入极压添加剂，可提高接触表面的抗疲劳性能。

(3)合理选择零件接触面的硬度。以轴承钢为例，硬度为62HRC时，抗疲劳磨损的能力最高，增加或降低表面硬度，寿命均有较大的降低。

4.腐蚀磨损

在摩擦过程中，摩擦表面与周围介质发生化学反应或电化学反应的磨损，即腐蚀与磨损同时起作用的磨损称为腐蚀磨损。摩擦表面与环境中有腐蚀性的液体、气体或与润滑油中残存的少量无机酸和水分发生化学或电化学作用，会在相对运动中造成表面材料损失。

除以上四种基本磨损类型外，还有一些磨损现象可视为是基本磨损类型的派生或复合，如微动磨损和冲蚀磨损。微动磨损发生在名义上相对静止，而实际上存在着切向相对微振的两个紧密接触的表面上(如轴和孔的过盈配合面、螺纹联接、花键联接等)，这种相对微幅滑移是在循环变应力或振动条件下，由两接触面上产生的弹性变形差异而引起的。由于两接触表面紧密配合，磨粒不易排出，因此在结合面间产生了磨料作用，引起磨粒磨损。

冲蚀磨损是指由流动的液体或气体中所夹带的硬质物体或硬质颗粒作用，或流体本身的冲蚀作用引起的机械磨损。这种磨损形式常发生在流体机械及管道输送系统中，如水泵零件、水轮机叶片和船舶螺旋桨等。4.3润滑剂和润滑方法

4.3.1润滑剂

在摩擦表面之间加入润滑剂不仅可以改善摩擦状态，减小摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，而且在采用循环润滑时，还能起到散热降温的作用。此外，由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有缓冲、吸振的能力。使用润滑脂，既可防止内部润滑剂外泄，又可阻止外部杂质侵入，避免零件的磨损加剧，起到密封的作用。润滑剂可分为液体润滑剂、半固体润滑剂、固体润滑剂和气体润滑剂四种基本类型。其中以液体润滑剂应用最为广泛。半固体润滑剂主要是指各种润滑脂，它是润滑油和稠化剂的稳定混合物。固体润滑剂是任何可以形成固体膜以减小摩擦阻力的物质，如石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。任何气体都可以作为气体润滑剂，其中用得最多的是空气，它主要用于高速轻载场合，如磨床高速磨头的空气轴承。

1.润滑油

液体润滑剂中应用最广泛的是润滑油，包括有机油、矿物油和合成油。有机油主要是动植物油，含有较多的硬脂肪酸，边界润滑时有很好的润滑性能，但来源有限，价格较高，稳定性较差，所以使用不多，常作为添加剂使用。矿物油主要是石油产品，来源广泛，成本低，稳定性好，粘度大小范围宽，防腐蚀性强，故应用最多。合成油是通过化学合成方法制成的新型润滑油，它能满足矿物油所不能满足的某些特殊要求，如高温、低温、高速以及重载等，主要针对某种特殊需要而生产，适用面窄，成本高，故一般机器中很少使用。矿物油类的润滑油按使用场合分为全损耗系统用油(A)，齿轮油(C)，压缩机油(D)，内燃机油(E)，液压油(H)，主轴、轴承和离合器油(F)等19组，根据用途每大类又可分为若干种。每种润滑油又按质量、使用条件和用途分为几个等级，每级有不同的牌号。

无论哪类、哪级润滑油，从润滑的角度考虑，主要根据以下几个指标评判它们的优劣。

1)粘度

粘度即液体抵抗变形的能力，它标志着液体流动时内摩擦阻力的大小。粘度越大，内摩擦阻力越大，流动性越差。它是润滑油最重要的物理性能指标之一，常用的表示方法有三种。

(1)动力粘度。如图4-4所示，在两个平行平板间充满具有一定粘度的润滑油，若平板A以速度v移动，另一平板B静止不动，那么粘性流体流动模型可看成是许多极薄的流体层之间的相对滑动。由于油分子与平板表面的吸附作用，将使紧贴A板的油层以同样的速度u(u=v)随A板移动，而紧贴B板的油层则静止不动(u=0)，于是形成各油层间的相对滑移，在各层的界面上就存在有相应的剪切应力。各油层的流速沿y方向逐次减小。牛顿在1687年提出粘性液的摩擦定律(简称粘性定律)：在流体中任意点处的切应力均与该处流体的速度梯度成正比，即(4-2)图4-4平行平板间液体的层流流动式中：η——比例常数，即流体的动力粘度；

τ——流体单位面积上的剪切阻力(单位为MPa)，即切应力；

——流体沿垂直运动方向(即图4-4中y轴方向或流体膜厚度方向)的速度梯度；“-”——u随y的增大而减小。摩擦学中把凡是服从这一粘性定律的流体都称为牛顿液体。

国际单位制(SI)中动力粘度的单位是Pa·s。如图4-5所示长、宽、高各为1m的液体，上、下面发生1m/s的相对滑动速度需要的切向力为1N时，该液体的动力粘度为1N·s/m2或1Pa·s(帕·秒)。绝对单位制(G.G.S)中动力粘度的单位为dyn·s/cm2，记为P(泊)，常用它的1%作粘度单位，记为cP(厘泊)，即1P=100cP。图4-5液体的动力粘度示意图

(2)运动粘度。流体的粘度是用各种不同的仪器测量的，通常不是直接测量流体的动力粘度，而是测量动力粘度η与同温度下该液体密度ρ的比值，并称这个比值为运动粘度ν(m2/s)，即(4-3)

式中：η——单位为Pa·s；

ρ——单位为kg/m3，矿物油的密度ρ=850~900kg/m3。在绝对单位制中，运动粘度的单位是cm2/s，记为St(斯)，其1%为mm2/s，记为cSt(厘斯)，1m2/s=104St=106cSt。国标GB/T314—1994规定，采用40℃时的运动粘度中心值作为润滑油的牌号。润滑油实际运动粘度在相应中心值的±10%偏差以内。牌号数字越大，粘度越高，则油越稠。常用全损耗系统用油的牌号及40℃时相应的运动粘度值见表4-1。

(3)条件粘度(相对粘度)。条件粘度是在一定条件下，利用某种规格的粘度计，通过测定润滑油穿过规定孔道的时间来进行计量的粘度。我国常用恩氏度作为条件粘度的单位，即200cm3试验油在规定温度(一般为20℃、50℃、100℃)下流过恩氏粘度计的小孔所需的时间与同体积蒸馏水在20℃流过同一小孔所需的时间的比值，以符号°Et表示，其中脚注t表示测定时的温度。美国常用赛氏通用秒(符号SUS)，英国常用雷氏秒(符号R)。各种粘度在数值上的对应关系和换算公式可查阅有关手册和资料。

各种流体的粘度，特别是润滑油的粘度随温度的变化十分明显。由于油的成分及纯度的不同，因此很难用一个解析式来表达各种润滑油的粘-温关系。图4-6所示为几种全损耗系统润滑油的粘-温曲线。润滑油粘度受温度影响的程度可用粘度指数(VI)表示。粘度指数值越大，表示粘度随温度的变化越小，即粘-温性能越好。图4-6几种全损耗系统润滑油的粘-温曲线压力对流体的影响有两个方面。一是流体的密度随压力的增高而增大，不过对于所有的润滑油而言，当压力在100MPa以下时，每增加20MPa的压力，油的密度才增加1%，这种影响非常小，可不予考虑。二是压力对流体粘度的影响，这只有在压力超过20MPa时，粘度才随压力的增高而增大，高压时则更为显著。在一般的润滑条件(压力不超过20MPa)下,也同样不予考虑，但在弹性流体动力润滑中，这种影响就变得十分重要，不可不加考虑。

润滑油的粘度大小不仅直接影响摩擦副的运动阻力，而且对润滑油膜的形成及承载能力有决定性作用。这是流体润滑中一个极为重要的因素。

2)润滑性

润滑性(油性)是指润滑油中极性分子与金属表面吸附形成边界油膜以减少摩擦和磨损的性能。油膜与金属表面的吸附能力越强，润滑性越好。在低速、重载或润滑不充分的场合，润滑性具有特别重要的意义。

3)极压性

极压性是指润滑油中加入含硫、磷、氯的有机极性化合物后，油中极性分子在金属表面生成抗磨、耐高压的化学反应边界膜的性能。在重载、高速、高温条件下，极压性可改善边界润滑性能。

4)闪点

油在标准仪器中加热所蒸发的油气，一遇火焰即能发出闪光时的最低温度，称为油的闪点。它是衡量油的易燃性的指标。对于高温下工作的机器，这是衡量润滑油的一个十分重要的指标。通常应使工作温度比油的闪点低20～30℃。

5)凝点

凝点是指润滑油在规定条件下不能再自由流动时的最高温度。它是衡量润滑油低温性能的重要指标，直接影响到机器在低温下的启动性能和磨损情况。通常工作环境的最低温度应比润滑油的凝点高5～7℃。

6)氧化稳定性

从化学意义上讲，矿物油是很不活泼的，但当它们暴露在高温气体中时，也会发生氧化并生成硫、磷、氯的酸性化合物。这些酸性化合物是一些胶状沉积物，不但会腐蚀金属表面，而且会加剧零件的磨损。

2.润滑脂(半固体润滑剂)

润滑脂是在润滑油中加入稠化剂(如钙、锂、钠的金属皂)而制成的膏状混合物，又称黄油或干油。

按用途的不同，润滑脂可分为：①抗磨润滑脂，主要用于改善摩擦副的摩擦状态以减缓磨损；②防护润滑脂，用于防止零件和金属制品的腐蚀；③密封润滑脂，主要用于密封真空系统、管道配件、螺纹联接等。根据调制润滑脂所用皂基的不同，润滑脂可分为：①钙基润滑脂，具有良好的抗水性，但耐热能力差，工作温度不宜超过55～65℃；②钠基润滑脂，具有较高的耐热性，工作温度可达120℃，但抗水性差，它能与少量水乳化，从而保护金属表面免遭腐蚀，比钙基润滑脂防锈能力强；③锂基润滑脂，既能抗水，又耐高温(工作温度不宜超过145℃)，有较好的机械稳定性，是一种多用途的润滑脂；④铝基润滑脂，具有良好的抗水性，对金属表面有很高的吸附能力，可起到很好的防锈作用。润滑脂的主要质量指标有以下两个。

1)锥入度

润滑脂在外力作用下抵抗变形的能力称为锥入度(或稠度)，是润滑脂的一项重要指标。这是指一个重1.5N的标准锥体，在25℃恒温下，由润滑脂表面经5s后刺入的深度(以0.1mm计)。它标志着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，越不易从摩擦表面被挤出，承载能力越强，密封性越好，但摩擦阻力越大，且不易填充到较小的摩擦间隙中去。润滑脂的牌号就是该润滑脂的锥入度等级，按锥入度自大到小分0～9号共10个牌号。号数越大，锥入度越小，润滑脂越稠。常用润滑脂的牌号为0～4号。

2)滴点

在规定的加热条件下，润滑脂从标准测量杯的孔口滴下第一滴液态油时的温度称为润滑脂的滴点。它决定了润滑脂的工作温度。选择润滑脂时，工作温度至少应低于滴点20℃。

与润滑油相比，润滑脂的优点是密封简单，不需经常添加，载荷、速度及温度的变化对其影响不大；缺点是摩擦损耗大，机械效率低，常用于低速、受冲击载荷或间歇运动的场合。

3.添加剂

在普通的润滑剂中加入某些分量虽少(百万分之几～百分之几)但对润滑剂性能改善起巨大作用的物质，这些物质称为添加剂。使用添加剂是现代改善润滑油性能的重要手段。添加剂很多，大致可分为两类：①影响润滑剂物理性能的添加剂，如降凝剂、增粘剂、消泡剂等；②影响润滑剂化学性能的添加剂，如极压抗磨剂、抗氧化剂、油性剂和抗腐蚀剂等。

在重载摩擦副中，常使用极压抗磨剂，它能在高温下分解出活性元素，与金属表面起化学反应，生成一种低剪切强度的金属化合物薄膜，以增进润滑剂抗粘着的能力。油性剂也称边界润滑添加剂，由极性很强的分子组成，在常温下也能吸附在金属表面而形成边界膜。4.3.2润滑方法和润滑装置

在选定润滑剂之后，就需采用适当的方法和装置将润滑剂送到润滑部位。润滑方法及润滑装置是构成机器结构的重要一环，直接关系到零件在工作时所处的润滑状态，对提高机器工作性能及其使用寿命起着极为重要的作用。下面介绍几种常用的润滑方法和润滑装置。

1.润滑油润滑时的润滑方法及润滑装置

(1)手工加油润滑。每隔适当时间利用油壶向油孔或油杯内注油，或直接加在摩擦面上，这种润滑方法称为手工加油润滑。这种润滑方法简单，但维护工作量较大。由于完全是手工操作，若忘记及时加油则易造成发热磨损，还容易污染润滑部位。另外，手工加油不能控制油量，送油不均匀，送油的连续性和油的利用率极差。所以，手工加油润滑只可用于小型、低速或间歇运动的摩擦副，如开式齿轮、链条等。

(2)滴油润滑。图4-7所示的针阀油杯和油芯油杯都可做到连续滴油润滑。针阀油杯靠手柄的卧倒或竖立以控制针阀的启闭，通过调节螺母可调节滴油速度来改变供油量，并且停车时只需扳倒上端的手柄即可停止供油。油芯油杯利用油绳的毛细管和虹吸作用向摩擦面供油，停车时仍继续供油，会引起浪费和污染。这两种装置结构简单，工作较为可靠，但维护量仍较大，仅次于手工加油润滑，宜用于数量不多而又容易靠近的摩擦副上。图4-7滴油润滑装置

(3)油环润滑。在轴颈上套一油环，油环下部浸在油池中，这种润滑方法称为油环润滑，如图4-8所示。当轴颈旋转时，靠摩擦力带动油环转动，将油带到轴颈表面进行润滑。为了防止油环沿轴向移动，可在上轴瓦上制成切口。油环浸在油池中的深度约为其直径的1/4。这种润滑装置只能用于连续运转和工作稳定的水平位置的轴承。供油量和轴的转速、油环剖面形状及油的粘度有关。轴颈速度过高或过低，油环带油量都会不足，通常转速不低于50～60r/min。油环润滑装置结构简单，供油充分，耗油量小，机器一启动就能自动供油。图4-8油环润滑

(4)油池和飞溅润滑。这种润滑方法主要用于闭式减速器、内燃机等处。如图4-9所示，齿轮以适当的深度浸入油池，工作时，浸入油中的齿轮将油带到摩擦表面。如果齿轮在油面以上，可装一惰轮来带油润滑。油池润滑适用于齿轮圆周速度小于12m/s或蜗杆圆周速度小于10m/s的情况。飞溅润滑是利用旋转零件飞溅出来的细油滴来润滑摩擦表面的。图4-9中齿轮减速器中支承齿轮轴的轴承，往往就是借齿轮旋转时溅起的油雾来进行润滑的。图4-9油池和飞溅润滑

(5)压力循环润滑。这是一种完善的自动润滑方法，它是利用油泵以一定的压力使润滑油经油路系统进入摩擦面。压力循环润滑不但润滑可靠，同时还可起到冷却与冲洗的作用。但这种润滑装置结构复杂，成本较高，常用于重载、高速或载荷变化较大等重要的机器设备中。

2.润滑脂润滑时的润滑方法及润滑装置

润滑脂只能间歇性供油，旋盖式油脂杯(如图4-10所示)是应用最广泛的润滑脂润滑装置。杯中装满润滑脂后，旋动上盖即可将润滑脂挤入摩擦表面之间。有的也使用油枪向摩擦面之间注脂。图4-10旋盖式油脂环4.4流体润滑原理简介

根据摩擦面间油膜形成的原理，可把流体润滑分为流体动力润滑(利用摩擦面间的相对运动而自动形成承载油膜的润滑)及流体静力润滑(从外部将加压的润滑油送入摩擦面间，强制形成承载油膜的润滑)。当两个受力摩擦表面作相对滚动或滚-滑运动(如滚动轴承中滚动体与内、外滚道之间的接触，齿轮传动中两轮齿表面之间的接触等)时，若条件合适，也能在接触处形成承载油膜。这时，不但接触处的弹性变形和油膜厚度不容忽视，而且它们还彼此影响，因而把这种润滑称为弹性流体动力润滑。4.4.1流体动力润滑

两个作相对运动物体的摩擦表面，用借助于相对速度而产生的粘性流体膜将两摩擦表面完全隔开，由流体膜产生的压力来平衡外载荷，称为流体动力润滑。所用的粘性流体可以是液体(如润滑油)，也可以是气体(如空气等)，相应的流体动力润滑称为液体动力润滑和气体动力润滑。流体动力润滑的主要优点是：摩擦力小，磨损小，并可以缓和振动和冲击。

1.动压油膜形成机理

下面以作相对运动的平板为例，介绍流体动力润滑的机理。

如图4-4所示的A、B两平行平板中，上板以速度v相对于下板运动，沿x方向各截面上各油层的流动速度都为同样的线性分布，在任一时刻，从平板左端流入的油量与从右端流出的油量相等，平板之间的油未受到挤压，故油层中不会产生压力升高现象，即不会产生流体动压力。如图4-11所示，A、B两板之间构成一个楔形空间，B板不动，A板以速度v沿x轴向楔形收敛方向运动。根据以上条件，假设：①润滑油沿x方向作层流流动并为牛顿液体；②润滑油不可压缩，粘度为常数，不随压力变化；③两平板沿z方向无限宽，即润滑油沿z方向无流动；④忽略润滑油的重力和惯性力；⑤沿油膜厚度方向(y方向)压力变化忽略不计。图4-11作相对运动平板间油膜的动压分析在润滑油层中取一个长、宽、高分别为dx、dy、dz的微单元体进行分析，作用在单元体左、右两侧面上的压力分别为和pdydz，上、下两面所受的剪切力分别为τdxdz和，根据x方向力系平衡条件，得整理后得

(4-4)根据假设①，将式(4-2)代入式(4-4)，得

(4-5)

将式(4-5)u对y两次积分，可得

(4-6)

由边界条件y=0时u=v，y=h时u=0，可确定积分常数c1、c2，代入式(4-6)，可得任一油层的流速为

(4-7)

式(4-7)表示油膜中油的速度沿油膜厚度h的分布规律。速度u由两部分组成：第一部分表示速度呈线性分布(如图4-12(b)中的虚线所示)，这是直接由平板运动所引起的，与压力无关，称为剪切流；第二部分表示速度呈二次抛物线分布(如图4-12(b)中的曲线所示)，这是由油压沿x方向的变化，使油膜受到挤压而引起的，称为压力流。油膜中实际速度分布是剪切流与压力流的叠加。图4-12收敛楔形油层中速度与压力的分布由速度分布方程式(4-7)，可求得无端泄条件下润滑油在单位时间流经任意截面上单位宽度面积的流量qx为

(4-8)

设油膜压力最大处(即处)的油膜厚度为h0，代入式(4-8)可得该截面的流量为(4-9)根据流量连续条件，由假设②知，在沿x方向任何截面上qx都应相等，即qx=常数，整理可得

(4-10)

式(4-10)就是流体动力润滑中著名的一维雷诺方程式，由该式可知，油膜压力分布与润滑油的粘度、表面相对滑动速度及油膜厚度的变化有关。它是计算液体动压滑动轴承的基本方程。

2.油膜承载机理在图4-12中，油压分布曲线表示油膜压力沿x方向的分布，各点油膜压力之和即为油膜的承载能力。在正常工作情况下，油膜承载能力应与外载荷F相平衡。由式(4-10)可以看出，油膜承载能力的建立必须满足以下条件：

(1)两相对滑动表面间要形成收敛楔形；

(2)两平板间要有足够大的相对滑动速度，且在一定范围内，油膜承载与滑动速度成正比关系；

(3)润滑油要有一定的粘度，粘度越大，承载能力也越大，同时要保证充足的供油量。由图4-12和式(4-5)可知，当h=h0时，，油压p=pmax；当h>h0时，，即油膜压力随x的增大而增大；当h<h0时，，即油膜压力随x的增大而减小。这表示收敛油楔内各处的油压均大于入口和出口的油压，所以产生正压力以承受外载荷。如果两板平行，即h≡h0，则，表示压力处处相等，因此不能产生高于外界的油压，所以也就不能承受外载荷。

另外，油膜的压力可随外载荷的变化自行调整。当外载荷增大时，移动平板A下移，油膜厚度减小，从而使油压增加，达到新的平衡；当外载荷减小时，在油压作用下，移动平板A上移，油膜厚度增大，以使油压降低与外载荷平衡。4.4.2流体静力润滑

流体静力润滑是靠液压泵将加压后的流体送入两摩擦表面之间，利用流体静压力来平衡外载荷的。图4-13为典型的流体静力润滑系统示意图，由液压泵将润滑油加压，通过补偿元件送入摩擦件的油腔，润滑剂再通过油腔周围的封油