《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課件1第7章

項目七機(jī)械的潤滑與密封7.1潤滑的作用和潤滑技術(shù)7.2潤滑劑7.3常用潤滑方式和潤滑裝置7.4密封方式及密封件7.5減速器的潤滑7.6軸承的潤滑

7.1潤滑的作用和潤滑技術(shù)

機(jī)械裝置都是由若干零、部件組成的，在機(jī)械傳動過程中，可動零部件的運(yùn)動會在接觸面間產(chǎn)生摩擦，造成零件的能量損耗和機(jī)械磨損，影響機(jī)械的運(yùn)動精度和使用壽命。據(jù)估算，大約80%的傳動零件損壞是由于摩擦磨損引起的。

為了降低摩擦，減少磨損，延長壽命，一個重要的措施就是在運(yùn)動副處采用潤滑。即在摩擦副表面間加入一種潤滑劑將兩表面分割開來，變干摩擦為加入潤滑劑后形成的分子間的內(nèi)摩擦。潤滑的主要作用有：

(1)減少摩擦，降低磨損。一般金屬或非金屬件直接接觸產(chǎn)生干摩擦，其摩擦因數(shù)約為0.1～0.15。加入潤滑劑后，在摩擦表面形成一層薄膜，可防止金屬直接接觸，從而大大減小摩擦、磨損。若液體潤滑劑形成的油膜能完全把兩接觸表面隔開，則形成液體摩擦，其摩擦因數(shù)小于0.01～0.001；在半液體摩擦和邊界摩擦?xí)r，其摩擦因數(shù)也僅為0.05。

(2)降溫冷卻。運(yùn)動副運(yùn)動時必須克服摩擦力而做功，消耗的功轉(zhuǎn)化為熱量，其結(jié)果引起運(yùn)動副溫度升高。潤滑后摩擦因數(shù)大為降低，其摩擦熱較少；而且對于液體潤滑劑，由于其具有流動性，可及時帶走摩擦熱量，保證運(yùn)動副的溫度不會升得過高。

(3)防止腐蝕。潤滑劑中都含有防腐、防銹添加劑，潤滑劑覆蓋在運(yùn)動副表面時，就可避免或減少由腐蝕引起的損壞。

(4)減振作用。潤滑劑都有在金屬表面附著的能力，且本身的剪切阻力小，所以在運(yùn)動副表面受到?jīng)_擊載荷時，具有吸振的能力。

(5)密封作用。半固體潤滑劑具有自封作用，一方面可以防止?jié)櫥瑒┝魇?，另一方面可以防止水分和雜質(zhì)侵入。

7.2潤滑劑

7.2.1潤滑劑的種類及特點

1.液體潤滑劑

液體潤滑劑俗稱潤滑油，潤滑油主要有動物油、植物油、礦物油及合成油等。動物油和植物油潤滑性能好，但容易氧化變質(zhì)，常作為添加劑使用。礦物油具有品種多、防腐性能強(qiáng)、價格便宜等特點，應(yīng)用最廣。合成油具有良好的潤滑性能，很高的承載能力，有良好的高、低溫性能，但價格貴，常用于較重要的場合。另外，在某些場合也可用水作潤滑劑。液體潤滑劑具有流動性好、內(nèi)摩擦因數(shù)小、冷卻效果好、更換方便等特點，但密封裝置復(fù)雜。目前，用潤滑油潤滑應(yīng)用最廣，常用于速度較高、強(qiáng)制潤滑、需要散熱、排污等場合。

常用潤滑油的主要質(zhì)量指標(biāo)和用途見表7-1。表7-1常用潤滑油的主要質(zhì)量指標(biāo)和用途

2.半固體潤滑劑

半固體潤滑劑俗稱潤滑脂，是在潤滑油中加入稠化劑而制成的。常用的稠化劑為金屬皂類(如鈉皂、鈣皂、鋰皂、鋇皂等)。潤滑油中加入不同的稠化劑，可制成不同的潤滑脂，如鈉基潤滑脂、鋰基潤滑脂等。

潤滑脂具有流動性差、使用方便、不易泄漏、無需經(jīng)常換油及加油等特點，還有密封作用，且密封裝置簡單；但散熱差、內(nèi)摩擦因數(shù)大、摩擦損失大、更換及清洗不方便。用潤滑脂潤滑的應(yīng)用范圍僅次于潤滑油，常用于低速、重載、間歇或擺動及不易加油的機(jī)械中。常用潤滑脂的性能及用途見表7-2。表7-2常用潤滑脂的主要質(zhì)量指標(biāo)和用途

3.固體潤滑劑

常用的固體潤滑劑有二硫化鉬、石墨、二硫化鎢、氮化硼、高分子材料(如尼龍、聚四氯乙烯等)、軟金屬(如水銀、錫等)。

固體潤滑劑具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、承載能力高、潤滑簡單、維護(hù)方便等特點，但潤滑效果較差。固體潤滑劑常用在高溫、高壓、極低溫、真空、強(qiáng)輻射、不允許污染及無法給潤滑油的場合。7.2.2潤滑劑的選擇

通常，潤滑劑選擇的主要依據(jù)有以下幾個方面：

(1)工作載荷。當(dāng)摩擦面的載荷較大時，應(yīng)考慮潤滑劑的承載能力。潤滑油黏度越高，承載能力越大，故重載應(yīng)選黏度大的潤滑油。當(dāng)有沖擊載荷、往復(fù)運(yùn)動、間歇運(yùn)動等受力條件時，液體潤滑油膜不易形成，應(yīng)考慮用潤滑脂或固體潤滑劑。

(2)運(yùn)動速度。低速時宜選用高黏度的潤滑油，以利于油膜的保持；高速時宜選用低黏度的潤滑油，以降低摩擦熱。

(3)工作溫度。低溫時宜采用黏度小、凝點低的潤滑油；高溫時宜采用黏度大、閃點高的潤滑油；極低溫時宜采用固體潤滑劑；工作溫度變化大時宜選用粘溫性能好的潤滑油。

(4)特殊環(huán)境。多塵環(huán)境宜采用潤滑脂潤滑，有較好的密封作用；潮濕環(huán)境下，脂潤滑時宜采用抗水的潤滑脂，用油潤滑時宜添加抗銹、抗乳化添加劑。

(5)潤滑部位。對于垂直潤滑面、升降絲杠、開式齒輪、鏈條、鋼絲繩等零件，由于潤滑油容易流失，應(yīng)選黏度高的潤滑油或用潤滑脂潤滑；對于潤滑間隙小的潤滑部位，為保證潤滑油進(jìn)入摩擦面，應(yīng)選黏度低的潤滑油；對于間隙大的部位，應(yīng)選黏度高的潤滑油，以避免潤滑油的流失。

7.3常用潤滑方式和潤滑裝置

為了保證運(yùn)動摩擦、磨損小，除了正確選用潤滑劑外，還須合理選擇潤滑方式，以保證潤滑劑的可靠供給。

7.3.1油潤滑方式及裝置

油潤滑方式按是否連續(xù)可分為間歇供油和連續(xù)供油。

1.間歇供油

間歇供油是隔一定時間向潤滑點供給潤滑油，潤滑不很可靠，可用于低速、輕載和不重要的地方。

常用的潤滑方法和裝置有手工加油油杯(圖7-2)和壓注油杯(圖7-3)。圖7-2手工加油油杯圖7-3壓注油杯

2.連續(xù)供油

連續(xù)供油是連續(xù)不斷地向潤滑點供給潤滑油，潤滑可靠。較重要的場合都要用連續(xù)潤滑方式。

(1)滴油潤滑。針閥式油杯可用于滴油潤滑。如圖7-4所示，針閥式油杯由手柄1、調(diào)節(jié)螺母2、彈簧3、芯管4、針閥5、杯體6、觀察窗孔7和聯(lián)接螺紋8等組成。當(dāng)手柄放平時，

針閥受彈簧力向下而堵住油孔；手柄轉(zhuǎn)90°變成垂直時，針閥上提，下端油孔打開，潤滑油流出進(jìn)入潤滑點。其油量大小可通過調(diào)節(jié)螺母進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(2)芯捻潤滑。如圖7-5所示，用毛線或棉線做成芯捻，浸入油槽中，利用毛細(xì)管虹吸作用把油引到潤滑點。由于芯捻本身可起到過濾作用，因此可使?jié)櫥捅３智鍧崱Ｆ淙秉c是油量不可調(diào)節(jié)。

(3)油環(huán)潤滑。如圖7-6所示，它依靠套在軸上的油環(huán)旋轉(zhuǎn)，將油從油池帶起來，再流到潤滑點。這種潤滑方式只適合水平軸的潤滑，轉(zhuǎn)速在60～2000r/min。轉(zhuǎn)速過高，環(huán)

在軸上跳動劇烈；轉(zhuǎn)速過低，油環(huán)所帶油量不夠。

此外，還有浸油潤滑、飛濺潤滑、壓力潤滑、油霧潤滑等方式。圖7-4針閥式油杯圖7-5芯捻潤滑圖7-6油環(huán)潤滑7.3.2脂潤滑方式及裝置

潤滑脂與潤滑油相比，流動性、冷卻效果差，因此脂潤滑多用于低、中速機(jī)械的潤滑。常用的潤滑方式有：

(1)手工潤滑：利用手工將脂填入潤滑部位，用于開式齒輪傳動、鏈條、滾動軸承等。

(2)油杯潤滑：利用旋蓋油杯(圖7-2)、壓注油杯(圖7-3)等裝置向潤滑點送潤滑脂。這種潤滑方式用于加脂不方便或速度較低的場合。

(3)集中潤滑：用脂泵將潤滑脂定時定量地送到各潤滑點。這種方法主要用于潤滑點很多的工廠和車間。

7.4密封方式及密封件

圖7-7所示為一種圓柱齒輪減速器，其齒輪副的潤滑是浸油潤滑。減速器的輸入軸、輸出軸與箱體端蓋之間存在間隙；另外，減速器箱蓋與箱體結(jié)合面處也存在間隙。當(dāng)減速器工作時，飛濺的潤滑油就會從各間隙處泄露，造成潤滑劑的流失及環(huán)境污染，所以必須考慮這些部位的密封問題。

機(jī)械裝置密封有兩個主要作用：

(1)阻止液體、氣體工作介質(zhì)、潤滑劑泄露。

(2)防止灰塵、水分進(jìn)入潤滑部位。圖7-7減速器的密封7.4.1密封方式

按結(jié)合面的運(yùn)動狀態(tài)，密封方式可分為靜密封和動密封兩種方式。靜密封指兩個相對靜止結(jié)合面之間的密封，如減速器箱蓋與箱體之間的密封。動密封指兩個相對運(yùn)動結(jié)合面

之間的密封，分為接觸式密封和非接觸式密封兩類。接觸式密封是在密封部位放氈圈、密封圈等，使其與零件直接接觸而起到密封作用，常用于低速、一般回轉(zhuǎn)軸的密封，如減速器輸入軸、輸出軸與箱體端蓋之間的密封。非接觸式密封動、靜零件不直接接觸，常用于高速場合。7.4.2密封裝置

對于回轉(zhuǎn)軸的密封裝置，常見的有密封圈密封、氈圈密封、迷宮式密封及機(jī)械密封等。常見密封裝置的結(jié)構(gòu)、特點及應(yīng)用見表7-3。表7-3常見動密封的結(jié)構(gòu)、特點及應(yīng)用

7.5減速器的潤滑

減速器的潤滑主要是減速器中齒輪傳動或蝸桿傳動的潤滑。下面分別介紹這兩種傳動裝置的潤滑。7.5.1閉式齒輪傳動的潤滑

閉式齒輪傳動的潤滑方式可根據(jù)齒輪圓周速度來確定。當(dāng)齒輪圓周速度v≤12m/s時，采用浸油潤滑(油浴潤滑)，如圖7-8所示。齒輪浸入油池中，當(dāng)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時，借助潤滑油的粘著力，將油帶到嚙合齒面而達(dá)到潤滑的目的。為減少運(yùn)轉(zhuǎn)阻力，降低攪油損失，一般大齒輪的浸油深度不超過1～2個齒高，但不小于10mm，如圖7-8(a)所示。對于兩級圓柱齒輪減速器，為避免高速級齒輪潤滑不良，應(yīng)使高速級大齒輪浸油深度為1～2個齒高，如圖7-8(b)所示。為避免箱底油污及雜質(zhì)被攪起，齒頂距箱底應(yīng)大于30～50mm。圖7-8齒輪傳動浸油潤滑當(dāng)圓周速度v>12m/s時，由于離心力的作用，附在齒面上的油將被甩掉，且攪油損失過于激烈，功率損失增大，故不宜用浸油潤滑，應(yīng)采用噴油潤滑，如圖7-9所示。噴油潤滑將潤滑油直接噴到輪齒嚙合面上，潤滑效果好，但需專門液壓系統(tǒng)或中心供油，費(fèi)用較高。

大部分的閉式齒輪傳動靠邊界油膜潤滑，因此要求潤滑油有較高的黏度和較好的油性。潤滑油的黏度可根據(jù)齒輪的材料和圓周速度在表7-4中查取，然后選擇具體的潤滑油。圖7-9齒輪傳動噴油潤滑表7-4齒輪潤滑油黏度選擇mm2/s

7.5.2蝸桿傳動的潤滑

蝸桿傳動的工作狀態(tài)與齒輪傳動類似，但蝸桿傳動齒面間的滑動速度大，傳動效率低，發(fā)熱大，因此潤滑對蝸桿傳動來說更為重要。潤滑油的黏度和潤滑方法，可根據(jù)滑動速度和載荷類型進(jìn)行選擇。對于閉式蝸桿傳動，從表7-5中查取。

當(dāng)采用浸油潤滑時，對于下置或側(cè)置式蝸桿傳動，浸油深度為蝸桿一個齒高；對于上置式蝸桿傳動，浸油深度約為蝸輪頂圓半徑的1/3。表7-5蝸桿傳動的潤滑油的黏度選擇和潤滑方法

7.6軸承的潤滑

7.6.1滑動軸承的潤滑

1.潤滑方式的選擇

滑動軸承的潤滑方式與滑動軸承的壓強(qiáng)p及軸頸的圓周速度v有關(guān)。通常按經(jīng)驗公式K=pv3求得K，再由K確定潤滑方式。K值越大，軸承載荷越大、溫度越高，供油越充分。

滑動軸承的潤滑方式見表7-6。表7-6滑動軸承的潤滑方式

2.潤滑劑的選擇

滑動軸承潤滑油的選擇見表7-7。潤滑油的黏度值由軸頸圓周速度及壓強(qiáng)確定。

滑動軸承潤滑脂的選擇見表7-8，由軸頸圓周速度、壓強(qiáng)及軸承工作溫度確定。表7-7滑動軸承潤滑油的選擇

表7-8滑動軸承潤滑脂的選擇

7.6.2滾動軸承的潤滑

1．潤滑方式的選擇

滾動軸承的潤滑方式通常由軸承內(nèi)徑和轉(zhuǎn)速的乘積dn界限值來確定。滾動軸承潤滑方式的選擇見表7-9。

采用浸油潤滑時，為避免攪油損失過大，一般浸油深度不得超過滾動體直徑的1/3。閉式齒輪減速器中的軸承可采用飛濺潤滑。高速工作條件下的軸承宜采用噴油潤滑或油霧潤滑。表7-9滾動軸承潤滑方式的選擇

2.潤滑劑的選擇

滾動軸承的潤滑劑取決于軸承類型、尺寸和運(yùn)轉(zhuǎn)條件。從使用角度看，潤滑脂具有使用方便、不易泄漏、便于密封等特點，故目前大部分滾動軸承采用潤滑脂潤