《润滑与润滑剂》PPT课件

第六章 润滑与润滑剂,第一节 流体润滑基本概念 一、定义 在摩擦副对偶表面之间，有一层一定厚度（一般在1. 52m以上）的粘性流体润滑膜，由这层润滑膜的压力平衡外载荷，使两对偶表面不直接接触，在两对偶表面作相对运动时，只在流体分子间产生摩擦，这就是流体润滑。 在流体润滑中，根据润滑膜压力产生的方法，润滑方式可分为以下几种:1.流体动压润滑 流体动压润滑，系由摩擦副对偶表面的几何形状和相对运动，并借助粘性流体的内摩擦力作用而产生润滑膜压力，从而平衡外载。 2.弹性流体动压润滑弹性流体动压润滑理论是流体动压润滑理论的重要发展，它主要研究名义上是点线接触的摩擦副润滑问题（如齿轮副、滚动轴承等）。 3.流体静压润滑,二、STRIBECK曲线,如图Stribeck曲线纵坐标是摩擦系数， 横坐标是承载特性。,流体润滑区：1、两相对运动表面完全被润滑膜隔开 2、摩擦力主要是油膜内部摩擦 3、油膜厚度远大于粗糙度 4、膜厚比如式子- 5、油的粘度是主要因素 混合润滑区：1、两表面承载是由凸峰和油膜承担 2、油的粘度是主要因素 3、摩擦力由接触摩擦和油的内部摩擦构成 4、油膜厚度与粗糙度接近( ) 边界润滑区及干摩擦区： 1、干摩擦时无油膜，边界润滑时油膜厚度非常有限 2、膜厚比多为：0.5-0.4，当为1时70%的载荷由油膜承担，30%由凸峰承担。 3、油的粘度不是主要因素，而粘性和极压性起主要作用。,三、润滑的作用及常见摩擦（润滑）状态 1、润滑的作用 摩擦是消耗能源的原因；磨损是降低机械零件使用寿命，消耗材料的原因。 而润滑则是减少摩擦、节约能源；减少磨损节约材料的有力手段和有效措施。 所谓润滑，是在具有相对运动二个物体的接触表面间，注入第三种物质（润滑剂）将两接触表面隔开，形成剪切强度低的润滑膜，用该物质的内部摩擦代替两接触物体之间的摩擦。因其抗剪强度低，因而可以达到减少摩擦和磨损的目的。润滑可以提高机械零件的寿命和提高机械效率。还可起到冷却、冲洗、减振和防蚀作用。,2 、几种常见的摩擦状态： 1、流体动压润滑 2、流体静压润滑 3、弹性流体动压润滑 4、边界润滑 5、干摩擦状态,四、润滑油的粘性 1、粘性流体的内摩擦定律 粘性流体在流动时流层之间产生阻碍相对运动的性质既是粘性。,根据牛顿实验：相邻流层之间阻力与速度变化梯度成正比。 既： 如图：由于分子间极性吸引力所产生的内聚力的作用，在流层之间有剪切力。 式中： 是流体流速沿油膜厚 度h（z轴）方向的变化率，若速度 变化规律为三角形,则 = ；,是比例常数，被定义为流体的动力粘度。具有这种特性的流体称为牛顿流体。,2、动力粘度的单位(1)国际制单位图示,长、宽、高各为1m的流体，如果使立方体顶面流体层相对底面流体层产生1m/s的运动速度，所需要的外力F为1N时，则流体的粘度为1Ns/m，叫做“帕秒”，常用Pas表示。,(2)物理单位制 如图,F=1dyne(厘米、克、秒) ,u=1cm/s 时,换算关系： 1Pa S=10P=1000cP,此时,流体粘度为1个物理单位制的动力粘度，用P 表示。 有时用P/100表示, 叫厘泊，用cP表示。,因为1N=105dyne 所以有如下换算,3、润滑油的运动粘度,流体的动力粘度与同温度下的密度的比值,称为运动粘度:,物理单位是cm/s,叫做“斯”,常用St表示， St/100叫厘斯,用cSt表示,换算关系：1m2/s=104St=106cSt ； 1St=1cm2/s=10-4m2/s=100cSt,4、相对粘度,恩氏粘度是相对粘度的一种,它是用200ml的粘性流体,在给定的温度t下流经一定直径和长度的毛细管所需的时间,与同体积的蒸馏水在20时流经同样的毛细管所需时间的比值来衡量流体的粘性。恩氏粘度用 表示,国际单位是 m/s 。,(1)粘温特性,5、润滑油的特性,润滑油的粘度随温度的变化存在指数关系:,(2)润滑油的粘压特性,粘度和压力的关系近似表示为:,粘度指数VI按下式计算： 粘度指数的物理意义还可改写成 衡量粘温特性温度变化范围。 粘度指数VI是表示被测油粘度随温度 的变化程度 与标准油粘度随温度变化程度 的比值。,6、粘度指数（粘度比50、100，粘度指数VI ）,第二节 流体动压润滑雷诺方程,一、流体动压润滑的承载机理 图a 增压过程 图b 溢出附加流动 图c 附加流动为零 C-C 截面压力最大 图d 压力分布曲线,二、雷诺方程 1、流体的连续性方程 如图所示：两个滑动板A，B，设在其相对运动中可以产生收敛型油楔，并能形成足够的承载能力将两板分开。,油楔中取一微小单元体，底面积为dxdy,高为h.润滑油可以从x、y、z 三个方向流进和流出该单元体。,设在单位宽度上沿x和y方向的容积流量分别为qx和qy. 沿x方向流入的容积流量为: qxdy，流出的容积流量为: （qx+ )dy, 式中 是沿x方向容积流量的变化。,沿y方向流入元单位的容积流量为 : qydx, 而流出的容积流量为:（qy+ dy)dx,若流体以速度Wo向上流入， 则其容积流量为: Wodxdy； 若在顶端流体以Wh速度流出， 则其容积流量为: Whdxdy 。,1、考虑不可压缩及流动的连续性， 2、单位时间内沿x、y、z三个方向流入单元体的总容积流量等于总流出容积流量。 即： qxdy+qydx+wodxdy= (qx+ dx)dy+(qy+ dy)dx+whdxdy 将上式展开并消去同类项可得： dxdy+ dxdy+(wh-wo)dxdy=0 再消去 dxdy, 可得出流体的连续性方程：,(wh-wo)=0,3、流体连续性方程：,如果该单元柱体的顶面和底面均为不可渗透的表面，那么(wh-wo)dxdy是表示由于A板与B板在Z方向有运动使h发生变化而引起的容积变化率，即(wh-wo)柱体高度的变化率， 因此(wh-wo)可写成 。,(1)油楔中取一各边长为dx、dy、dz的微小单元体。,粘性流体在剪应力与压应力作用下的微单元体受力平衡是流体动压润滑的原始方程之一。,2、微单元体的力平衡方程式,(3)底面受剪应力 ，剪力为: ， 而顶面上受剪应力( )，其相应的作用剪力为( )dxdy。 平衡方程式：,(2)单元体的左表面受压力强度为P，作用压力为Pdydz。 右表面受压力强度为(p+ dx),相应的作用压力为(p+ dx)dydz。,式中 是压力沿X方向的变化梯度。,dxdy,研究X方向的力平衡，所以实际上应写成： 对y方向上的力平衡有： 润滑油膜的厚度很薄，压力在膜厚方向无变化，即Z方向压力梯度为零， 。 根据粘性流体内摩擦定律式，其剪力与润滑油的粘度及速度变化梯度成正比。 可得： 式中u、v分别为质点沿x、y方向的速度。 润滑油粘度 、压力P都不是Z的函数。现对上式进行两次积分：,整理得:,（1）,（2）,简化：,积分常数为：,代入,得：,将上式积分得：,根据假设知：,积分得：,同理，在y方向积分可求得： 式中：Vh、Vo分别是板A和B沿y方向速度。,3、雷诺方程 将 qx和 qy 值代入流量方程可得： 可写成： -这就是三维的雷诺方程。 式中 反映油膜形状引起的楔形效应； 和 为切向速度变化引起的剪切效应，称伸缩效应； wh-wo是由于A、B两板法向趋近所产生的挤压效应。,因上面的三维雷诺方程较为复杂，故常将雷诺方程简化。 以U代替式中的 ；V代替式中 。 故有：,由于实际上在x、y两个互相垂直的方向上不能同时有楔形和速度， 故: （Vh）=0。 另外，A板和B板都不能向上或向下渗透润滑油， 必是表示两板 本身的距离变化，故可以用 代替。而实际上稳定运转时，油膜厚度是不 该变化的，因此常令 =0,上式简化为：,因为U并不是x的函数。 同时，油膜热效应不明显，接触区内为 常数。 最常用的雷诺方程：,-二维雷诺方程,（1）润滑油不可压缩； （2）润滑油做连续层流运动； （3）润滑油是粘性流体，符合粘性流体内摩擦定律（牛顿定律）； （4）润滑油膜很薄，除 实际存在，其余均忽略不计； （5）润滑油膜惯性力、重力不计，膜厚方向粘度、压力不变； （6）润滑油与板接触并有相同速度； （7）没有考虑压力变化对粘度的影响； （8）润滑油在厚度方向上没有渗透，没有流动。,4、雷诺方程条件归纳:,流体动压润滑膜压力，通常由以下四个效应决定。 (1)动压效应 图1a可说明流体动压润滑膜的形状特征及所产生的动压效应。当下表面相对上表面以速度u运动时，沿运动方向的间隙逐渐减小，剪切流动引起的润滑剂从大口流向小口的流量也逐渐减小，不符合流量连续条件，只有产生如图所示的润滑膜压力分布，由压差流动减小大口流入流量和增大小口流出流量，才能保证流过各断面的流量相等，从而满足流量连续条件。 (2)伸缩效应 图1b可以说明伸缩效应。当对偶表面由于弹性变形或其它原因使其速度沿运动方向逐渐减小时，剪切流动引起的流量沿运动方向也逐渐减小，因流量连续必然会产生如图所示的润滑膜压力分布。 (3)变密度效应 图1c可以说明变密度效应。当润滑剂密度沿运动方向逐渐降低时，即使各断面的体积流量相同，其质量流量沿运动方向仍是逐渐减小的，因质量守恒，则必然产生如图所示的润滑膜压力分布。密度的变化可以是润滑剂通过间隙时由于温度逐渐升高而造成的，也可以是外加热源使表面温度变化而产生的。虽然变密度效应产生的润滑膜压力并不高，但是这种作用可以使相互平行的对偶表面具有一定的承载能力。 (4)挤压效应 图1d表示两个平行表面在法向力作用下相互接近，使润滑膜厚度逐渐减小而产生压差流动，此称挤压效应。当两个表面相互分离时，将导致润滑膜破坏和产生空穴现象。动压效应和挤压效应通常是形成润滑膜压力的两个主要因素。,润滑膜压力形成机制 a)动压效应 b)伸缩效应 c)变密度效应 d)挤压效应,动压润滑基本方程：,1）无限长模拟： 根据工程实际将二维方程化为一维方程处理。 在y方向的尺寸L远远大于x方向的尺寸b，即Lb，则 ，认为 ， y方向无限宽，润滑油在这个方向不流动， 化为一维雷诺方程： 对上式积分，得： b区间内必然有一点x= 处 的压力最大，即 ， 设此处对应的油膜厚度 ，积分常数C=-6U ， 无限长的一维雷诺方程应为：,5、无限长模拟与无限短模拟,2）无限短模拟 同样可以认为板在y方向很短，,对y进行两次积分得：,因为h和 都是x的函数，故只要给出两板间的间隙形状，便可直接求出 各点的压力值。所以应用起来很方便。,根据边界条件，当y= 时，P=0；而当y=0由于在y方向的对称性,得：,故可求得积分常数：C1=0,所以得：,1、径向滑动轴承的几何参数,-偏心距,-油膜厚度,-半径间隙,-相对间隙,-偏心率,三、流体动压径向滑动轴承,-偏位角,（1）无限宽轴承 大，实际工程中很少出现。,2、承载能力分析,（2）无限窄轴承 小，工程实际 =1.5，应用较多，加以研究,（3）坐标变换 , 或 ,故知压力分布：,根据已知：,代入得：,：表示沿轴承轴线方向压力分布规律为抛物线,：表示油膜压力沿圆周方向分布是按正弦分布规律变化,在轴承宽度中央：,1、在,2、在 承载区,3、圆周压力分布边界条件如图,（1）全素莫菲尔德边界条件 （2）雷诺条件 （3）半素莫菲尔德边界条件,半素莫菲尔德条件下承载能力计算：,代入P得:,分别对 积分得:,经素菲尔德变量代换得:,于是得:,由于:,令:,且:,( 转速, ),故:,是无量钢参数,称为轴承的承载特性参数,3、轴承的偏位角和轴心轨迹,由图知:,将 , 代入:,由三角关系知:,如果,那么对比形式可得如下关系,即:,如图称为轨迹圆或间隙圆,4、油的流量,无限窄轴承：,所以,（1）油膜起点处：,轴承宽度上流入量：,（2）油膜终点处：,流出量：,（3）端泄流量：,5、润滑油膜摩擦力,摩擦功率为：,第三节 弹性流体动力润滑,弹性流体动力润滑理论-研究在点、线接触条件下，两弹性物体间的流体动力润滑膜的力学性质。,求解油膜压力分布、润滑膜厚度分布等问题,流体动力润滑理论的前提：,-适应于低副中两零件之间的润滑问题，,润滑剂粘度不随压力变化；,零件摩擦表面为刚体；,在油膜压力下，摩擦表面的变形的弹性方程； 表述润滑剂粘度与压力间关系的粘压方程； 流体动力润滑的主要方程。,弹性流体动压润滑理论是流体动压润滑理论的重要发展，它主要研究名义上是点线接触的摩擦副润滑问题（如齿轮副、滚动轴承等）。名义上点线接触摩擦副的接触应力是非常高的（可达14GPa )，按照经典的润滑理论，很难想象润滑剂能存在于对偶表面之间并将它们隔开，经典的润滑理论未考虑粘压效应和弹性变形效应，这两个重要效应都有利于提高润滑膜的承载能力。,图a所示模型是弹性圆柱体与一刚性平面干接触的情况。在载荷作用下，弹性圆柱体发生弹性变形，使线接触变成了小面积接触，载荷所造成的接触压力常称为赫兹压力，其分布情况是在接触区域内成抛物线形分布。,弹性流体动力润滑的机理：,赫兹接触是弹性流体动压润滑的主要条件，它建立了接触面的整个形状： 1、先是非常狭长的收敛区(进口区）， 2、紧接着是赫兹区（平面区）， 3、最后是发散区（出口区）。 收敛区的作用是产生流体动压力将两对偶表面隔开（如图b所示），因为对偶表面是收敛的，故对偶表面能带人润滑剂而产生流体动压力； 随着收敛区压力增大，润滑剂的粘度也随之升高，粘度越高产生的流体动压力也就越大。当润滑剂到达赫兹区的前缘时，润滑剂的粘度便增加一个数量级，流体动压力便能达到典型值0.14GPa。 赫兹区的最高压力可高达典型值1.4GPa。尽管如此，流体动压力还是能将两对偶表面隔开，因为流体动压力能克服赫兹区前缘的压力而将前缘分开。润滑剂一旦进入赫兹区，其粘度将迅速增加若干数量级而变成半固体甚至固体。后缘的局部高压和局部颈缩是保持流量连续的结果。,2、弹性流体动力润滑,工作原理：依靠供油装置，将高压油压入轴承间隙中，强制形成油膜。,特点：静压轴承载任何工况下都能胜任工作。,关键器件： 节流器,节流器作用：根据外载荷的变化自动调节各油腔内的压力。,第四节 流体静力润滑,1、静压轴承,2、流体静压润滑的特点： 1)由于摩擦副对偶表面是依靠外来压力润滑剂分开的，润滑膜的形成与对偶表面的几何形状、相对运动无关，因此，两对偶表面可以在各种相对运动速度下得到润滑，且具有较高的承载能力。 2)流体静压润滑能始终保持摩擦副处于流体润滑状态，因此，其摩擦力始终较小，当然也就不会产生严重磨损和大的功率消耗。这对于需要经常起动、停车、逆转和速度变化的摩擦副而言，可以大大延长其使用寿命。 3)精度高，精度保持性好，刚度也较高。 4)对摩擦副对偶表面的要求不高（如材料的抗磨性等）。 5)具有较高的抗振性，静压润滑膜具有良好的吸振性，运动均匀平稳。 6)流体静压润滑的缺点是需要一套供油系统，并且应对润滑剂进行严格过滤，因此，其结构复杂，制造和使用成本较高。,3、流体动、静压润滑流体动、静压润滑是近代出现的较先进的润滑方式，其原理是综合利用动压和静压润滑的优点，避免两者的缺点。它的工作原理是：当摩擦副起动、制动、正反转、载荷变化等动压润滑条件不能满足时，投入静压润滑，以保证流体润滑条件；而当摩擦副已进入稳定运行并形成动压润滑膜时，就停止供给压力润滑剂（即停止静压润滑）。这样既避免了静压系统能量的消耗，同时也保证了起动、制动等情况下的流体润滑条件，从而达到降低成本，延长机械寿命的目的。,4、边界润滑在不能形成流体动压润滑膜和弹性流体动压润滑膜的条件下，润滑剂在摩擦副对偶表面上形成与介质性质不同的薄膜（习惯称为边界膜），也可以降低摩擦和减少磨损，这种润滑状态常称为边界润滑。(1)吸附膜 润滑油中常含有少量极性分子，如脂肪酸、醉、胺等。这些极性分子通常是含10个以上碳原子的长链有机化合物，其一端具有极性很强的极性基团。极性分子的极性基团，依靠范德华引力（或化学键）牢固地吸附在金属表面上，而烃链则指向润滑油内部。当润滑油中含有足够浓度的极性分子时，极性分子相互平行密集排列并垂直吸附于金属表面，相邻分子烃链间的横向内聚力促使分子密集排列，在第一层分子之上还可吸引第二、第三等多层分子而形成多层分子吸附膜，吸附膜的厚度决定于极性基团的强弱，极性越强，能形成吸附分子的层数就越多，吸附膜抗压强度就越高。,根据极性基团和表面的吸附机理，吸附可以分成物理吸附和化学吸附两类。物理吸附是依靠范德华引力而形成，这种吸附一般无选择性，非极性分子也能形成。物理吸附结合微弱，其过程完全可逆。化学吸附是金属表面和吸附分子间发生化学反应的一种吸附。极性分子通过化学键与金属表面形成牢固的吸附单分子层，与吸附分子结合的金属离子并未脱离金属晶格。形成化学吸附的一个要素是，金属表面必须有一定的反应活性（如锌、镉、铜等金属很活泼，铁和铝属适中，而铬、铂的表面活性较差）。减摩效果随金属表面活性的增大而增加。化学吸附的吸附能包括化学键能，故具有较大的吸附热，其吸附过程是不完全可逆的。化学吸附膜比较稳定，能承受较大的载荷和适应较高的温度。,应注意，若边界膜是吸附膜时，边界润滑效果与润滑油量密切相关，如图所示。 (1)当润滑油量很少时，首先在整个表面上形成单分子层吸附膜而使表面自由能尽可能达到最低， (2)油量增加吸附膜厚度也均匀增加，吸附膜形状如图A所示；此后表面自由能的降低则依靠减少吸附膜的表面积， (3)油量继续增加时，其油膜表面如图B所示；当油量充足时，润滑油将充满粗糙峰谷而达到图C所示状态。 由此可知，润滑油量在图3中的A与C之间时，峰顶处的油膜厚度是维持不变的，而摩擦只发生在峰顶，所以当油量达到一定量后对摩擦因数的大小不再产生影响。此时，一旦峰顶油膜破坏，峰谷的油则依靠表面自由能减少的趋势迅速补充峰顶而使峰顶油膜得到恢复。当油量只能达到图中A或更少时，由于油膜很薄而难以流动补充破坏了的峰顶油膜，便会产生干摩擦。 。,油量分配,(2)反应膜反应膜的形成与吸附膜不同，它是润滑剂中某些分子与金属表一面发生化学反应，二者之间的价电子相互交换而形成的一种新化合物。常见的反应膜是氧化膜，事实上纯净金属表面的摩擦是极稀少的。通常氧化膜具有减摩作用，但耐磨性较差，往往易引起氧化磨损。,为了改善润滑性能，常在润滑剂中加入含硫、磷、氯等元素的极压抗磨添加剂，以便与金属表面反应生成反应膜而达到减摩抗磨之目的。极性分子首先吸附在金属表面上形成吸附膜，在高温、高压条件下，极性分子不仅吸附于金属表面，而且还能分解出活性元素与金属表面起化学反应而生成一层金属盐膜。反应膜的特点是，膜厚可以很大并且其形成是不可逆的，同时，膜具有较高的熔点和较低的抗剪强度，比吸附膜稳定得多，适合于高速、重载、高温等条件下工作。,第五节、润滑油基本原理,润滑的分类可视研究对象和内容的不同而异。下面介绍几种常见的分类方法。1、根据润滑剂分类 (1)气体润滑以空气、氢气、氮气和蒸汽等气体作为润滑剂的润滑。 (2)液体润滑以润滑油、乳化液和水等液体作为润滑剂的润滑。 (3)半固体润滑以润滑脂等半固体材料作润滑剂的润滑。 (4)固体润滑以石墨和二硫化钼等固体作润滑剂的润滑。 (5)油雾润滑利用压缩空气或蒸汽，将油液雾化后作为润滑剂的润滑。2、根据供给润滑剂的方法分类 (1)分散或单独润滑各润滑部位采用单独装置供油的润滑。 (2)集中润滑各润滑部位采用一个统一装置供油的润滑。3、根据供油时间分类 (1)间歇润滑经过一定时间间隔才对润滑部位供油一次的润滑。 (2)连续润滑在机械设备整个运转过程中，连续不断地对润滑部位供油的润滑（包预先调节好的短期性供油）。,4、根据供至润滑部位的润滑剂是否有压力分类 (1)常压润滑依靠油液自身重力或毛细管虹吸作用向润滑部位供油的润滑。 (2)压力润滑依靠液压泵将具有一定压力的油液送至润滑部位的润滑。5、根据供油系统分类 (1)流出润滑系统供应到润滑部位的油液只润滑一次而不循环使用的系统。 (2)循环润滑系统供应到润滑部位的油液要多次循环使用的系统。 (3)混合润滑系统一台机器同时具备上述两类润滑的系统6、根据机械运转和生产要求分类 (1)设备润滑对设备运动副的润滑。 (2)工艺润滑生产工艺过程中所需要的润滑。7、根据润滑状态分类 (1)流体润滑两接触表面被一层连续不断的流体润滑膜完全隔开时的润滑。 (2)边界润滑两接触表面上有一层极薄的边界膜（吸附膜或反应膜的润滑。 (3)半流体润滑两接触表面间同时存在边界膜和流体润滑膜的混合润滑。 (4)半干润滑两接触表面上，大部分边界膜遭到破坏时的边界润滑。,一、润滑油主要理化指标 （1）粘度-主要因数(表征流体运动时内阻力) （2）油性(吸附能力) （3）极压性能(润滑油的抗胶合性能) （4）抗氧安定性(常温慢-5060度快-150度更快) （5）抗腐蚀性 （6）抗乳化性(水与表面活性物质发生乳化,润滑效果差,专用乳化液) （7）抗泡性(空气与油形成的气-液界面现象) （8）粘附性(油膜抗离心力及重力的能力) （9）凝固点，倾点(流动点,低温性能） （10）闪点、燃点(高温特性) （11）酸值(中和酸性物质所需氢氧化甲克数,有机酸及其他酸) （12）水份(润滑油中含水量的质量百分比) （13）苯胺点(油与笨胺相溶为液相温度,测芳香烃含量,与密封相关),二、润滑油的基础油 (润滑油=基础油+添加剂) 1、矿物润滑油的原料制备（碳氢化合物烃；硫、氮、氧化合物） 根据烃类分子结构有：烷烃、环烃、芳香烃、不饱和烃。且沸点不同，蒸馏温度 不同 其组成不同 35-200-汽油 175-300-煤油 200-350-柴油 350-重油 重油是润滑油原料-高沸点重质烃类混合物(高温下（500）重油分解为其他产品 需采取减压蒸馏，然后精制和调制) 三种润滑油: （1）馏分润滑油:抽真空减压,蒸馏,不同沸点,不同馏分,粘度小,比重轻。 （2）残渣润滑油：将减压残渣精练而成，粘度大。 （3）调和润滑油：馏分润滑油与残渣润滑油精练，不同比例调和而成,2、矿物润滑油的精制 （1）酸碱精制法：浓硫酸与有害物质作用去除酸渣，后用碱溶液洗涤去除 环烷酸、硫化物、硫酸等。 （2）溶剂精制：含酚、糖醛的溶剂具有对非理想组分溶解度大，对理想组 分溶解度小的性质。从而分离非理想组分。 （3）丙烷脱沥青：高黏度油含胶质及沥青，利用液态丙烷析出。 （4）脱腊：去除正构烷烃和异构烷烃（蜡），改善低温性能。 （5）白土补充精制：利用白土吸附少量的胶质、环烷酸盐、酸渣、磺酸等， 改善油品。 （6）加氢精制（一顶二,可代替溶剂与白土精制）：油在催化作用下与氢反应 生成H2S、NH3 、H2O等气体去除硫、氮、氧等,3、润滑油的生产流程,（1）原油加工前的预处理,原油中含有石油气、水、盐类和泥沙等杂质，先通过油气分离器，将石油气分离出去。再进入沉降池中除去泥沙及部分水和盐类。最后，在15 kV25 kV的高压电场下脱盐、脱水。,（2）将预处理后的原油在 初馏塔中加热到220 250 ，从塔顶蒸出轻汽油和残留的水分。,减压蒸馏：使常压渣油在8kPa左右的绝对压力下蒸馏出重质馏分油作为润滑油料、裂化原料或裂解原料，塔底残余为减压渣油。,通常包括三个工序：原油预处理：即脱除原油中的水和盐。常压蒸馏：在接近常压下蒸馏出汽油、煤油(或喷气燃料)、柴油等的直馏馏分，塔底残余为常压渣油(即重油)。,气提塔的原理，通过塔盘上气液两相的接触实现传质传热，使不同挥发度的组分分离,初馏塔,常压塔,换热,减压炉,回流,原油,常压炉,减压塔,馏份润滑油原料,工艺过程 包括原油预处理、常压蒸馏和减压蒸馏三部分。原油预处理 应用电化学分离或加热沉降方法脱除原油所含水、盐和固体杂质的过程。主要目的是防止盐类（钠、钙、镁的氯化物）离解产生氯化氢而腐蚀设备和盐垢在管式炉炉管内沉积。采用电化学分离时,在原油中要加入几到几十ppm 破乳剂（离子型破乳剂或非离子型聚醚类破乳剂）和软化水，然后通过高压电场(电场强度1.21.5kV/cm),使含盐的水滴聚集沉降，从而除去原油中的盐、水和其他杂质。 常压蒸馏 预处理后的原油经加热后送入常压蒸馏装置的初馏塔,蒸馏出大部分轻汽油。初馏塔底原油经加热至360370C，进入常压蒸馏塔（塔板数3648），该塔的塔顶产物为汽油馏分（又称石脑油），与初馏塔顶的轻汽油一起可作为催化重整原料，或作为石油化工原料，或作为汽油调合组分。常压塔侧线出料进入汽提塔，用水蒸气或再沸器加热,蒸发出轻组分，以控制轻组分含量(用产品闪点表示)。通常,侧一线为喷气燃料（即航空煤油）或煤油馏分，侧二线为轻柴油馏分，侧三线为重柴油或变压器油馏分（属润滑油馏分），塔底产物即常压渣油(即重油)。减压蒸馏 也称真空蒸馏。原油中重馏分沸点约370535C,在常压下要蒸馏出这些馏分,需要加热到420C 以上,而在此温度下,重馏分会发生一定程度的裂化。因此,通常在常压蒸馏后再进行减压蒸馏。在约28kPa 的绝对压力下，使在不发生明显裂化反应的温度下蒸馏出重组分。常压渣油经减压加热炉加热到约380400C 送入减压蒸馏塔。减压蒸馏可分为润滑油型和燃料油型两类。前者各馏分的分离精确度要求较高，塔板数2426；后者要求不高，塔板数1517。,三、合成润滑油,石油基润滑油存在问题：高低温性能，化学稳定性，抗燃性。石油精练技术，添加剂技术，化学方法合成技术得到发展。 1、特点 （1）粘温特性好 （2）低温性能好 （3）耐高温性能好 （4）化学安定性好 2、合成润滑油的分类 （1）酯类合成油:多烃基酯、多元醇酯、硅酸酯； （2）烃类合成油：环烷烃、聚烯烃、烷基笨； （3）聚合物类：聚笨醚、氟氯碳聚合物、聚乙二醇、硅酸油等 3、合成润滑油的应用 （1）汽车发动机 （2）航空润滑油 （3）一般工业润滑（液压油、压缩机油、）,四、添加剂作用机理 加入润滑剂中的一种或几种化合物，以使润滑剂得到某种新的特性或改善润滑剂中已有的一些特性。功能主要有抗氧化剂、抗磨剂、摩擦改善剂(又名油性剂)、极压添加剂、清净剂、分散剂、泡沫抑制剂、防腐防锈剂、流点改善剂、粘度指数增进剂等类型。 (1)石墨、二硫化钼类固体悬浮型 主要起减摩抗磨作用，但只能应用于固体润滑和低速大负荷设备，在润滑油中的状态不稳定，在一定的时间及温度条件下会发生析出现象。(2) 含铜、铅等重金属微粒的镀膜类 能在摩擦表面形成一层金属膜，起抗磨及抗极压作用，必须使用滤芯孔径略大的机油滤清器，长时间使用它会在表面形成膜状物，造成两者粘结。(3)磁性油精类 是一种表面金属磁化剂，主要起减摩、抗磨作用。该类产品有效作用时间太短，需不断添加，费用较高。(4)含氯型“氯”是一种良好的极压剂，但不适合高温高速的工作环境，而且会在适宜条件下产生酸，氯添加剂可能会与润滑油中已有添加剂发生匹配问题，引起其他副作用。(5)无铅、无氟、无氯的化学成膜剂类能同时表现出抗极压性、抗氧化性及一定的抗磨性。由于它在金属表面形成的化学反应膜作用持久，因而能有效延长润滑油和金属机件寿命。,润滑油的添加剂（1） 清净分散剂：吸附氧化产物，将其分散在油中。由浮游性组分抗氧化、抗腐蚀、组合、合成（2） 抗氧抗腐剂：提高油品氧化安全性防止金属氧化、催化陈旧延缓油品氧化速度隔绝酸性物与金属接触生成保护膜具有抗磨性（3） 抗磨剂：在磨擦面的高温部分能与金属反应生成融点低，（4） 油性剂：带有极性分子的活性物质，能在金属表面形成牢固的吸附膜，可以防止金属磨擦面的直接接触。 （5） 增粘剂：又称增稠剂，主要是高分子化合物，增粘剂不仅可以增加油品的粘度，并可改善油品的粘温性能。（6） 防锈剂：是一些极性化合物，对金属有很强的吸附力，能在金属和油的界面上形成紧密的吸附膜以隔绝水分、潮气和酸性物质的侵蚀；防锈剂还能阻止氧化、防止酸性氧化物的生成，从而起到防锈的作用。（7） 抗泡剂：使气泡能迅速地溢出油面，失去稳定性并易于破裂，从而缩短了气泡存在的时间。,润滑油的清净分散性添加剂对润滑油重要意义 其一是指润滑油能将其氧化后生成的胶状物、积炭等不溶物或悬浮在油中，形成稳定 的胶体状态而不易沉积在部件上；其二是指将已沉积在发动机部件上的胶状物、积炭 等，通过润滑油洗涤作用洗涤下来。 清净分散剂是一种具有表面活性的物质，它 能吸附油中的固体颗粒污染物，并使污染物悬浮于油的表面，以确保参加润滑循环的 油是清净的，以减少高温与漆膜的形成。分散剂则能将低温油泥分散于油中，以便在 润滑油循环中将其滤掉。清净分散添加剂是它们的总称，它同时还具有洗涤清净分散添加剂是它们的总称，它同时还具有洗涤、抗氧化 及防腐等功能。因此，也称其为多效添加剂。从一定意义上说，润滑油质量的高低， 主要区别在抵抗高、低温沉积物和漆膜形成的性能上，也可以说表现在润滑油内清净 分散剂的性能及加入量上，可见清净分散剂对润滑油质量具有重要影响。,添加剂,作用 （1）补充性能 （2）提高性能 （3）增加新的性能,分类 （1）保护金属表面 （2）改善润滑性能 （3）保护润滑油,添加剂,3、保护润滑油的添加剂 （1）抗氧剂 （2）抗泡剂,1、保护金属表面的添加剂 （1）油性添加剂 （2）极压添加剂 （3）合理使用添加剂,2、改善润滑油性能的添加剂 （1）粘温特性 （2）降凝剂 （3）乳化剂,五、主要润滑油种类、性能及其应用 1、机械油 2、汽轮机油 3、齿轮油 （1）汽车齿轮油 （2）工业齿轮油 （3）蜗论蜗杆油 （4）开式齿轮油 4、液压油 5、内燃机润滑油 6、压缩机油 7、汽缸油 8、变压器油 9、冷冻机油,六、 润滑脂,润滑脂是基础油中（石油基础油或合成基础油）用稠化剂增稠，加入添加剂。 润滑脂应用广泛，特别滚动轴承，滑动轴承使用较多。 （一）、润滑脂组成 组成润滑脂的基本组分是基础油、稠化剂、添加剂和稳定剂。 1、基础油 （1）矿物油 （2）合成油 2、稠化剂：加入10%-20%固体组分，在润滑剂中起分散作用和形成网架结构。 3、添加剂：改善性能 4、稳定剂：极性较强的化合物物质使稠化剂与基础油结合稳定不易产生分油。,钙基,抗水性好、耐热性差、价廉,钠基,抗水性差、耐热性好、防腐性较好,锂基,抗水性和耐热性好,铝基,抗水性好、有防锈作用、耐热性差,主要指标,针入性：表征润滑脂稀稠,润滑脂越稠,滴点：润滑脂受热后开始滴落的温度，表征耐高温的能力,润滑脂工作温度一般应低于滴点20 30 C,（二）、润滑脂类型,（三）、润滑脂性质 1、外观 2、润滑脂主要质量指标 （1）针入度 （2）滴点 （3）胶体安定性 （4）机械杂质 （5）灰分 （6）水分 （四）、润滑脂润滑机理 1、润滑脂基础油的分油润滑 2、基础油与稠化剂同时润滑,七、固体润滑剂 固体润滑剂指以分隔摩擦副对偶表面的一层低剪切阻力的固体材料。 优点： （1）润滑油脂的使用温度范围一般为-60+350, 能充分发挥其效能； （2）润滑油脂的承载能力也远远不如固体润滑剂； （3）在高真空、强辐射、活性或惰性气体环境中以及水或海水等流体中，润滑油脂容易失效，固体润滑剂； （4）固体润滑剂在贮存，运输和使过程中，对环境污染少得多； (5)固体润滑剂还适合于要求无毒、无臭、不影响制品色泽的食品和纺织等行业； (6)固体润滑剂的时效变化小，保管较为方便。 缺点: (1)摩擦因数比润滑油脂的大；摩擦热量不易带散；容易产生碎屑、振动和噪声等。 常用的固体润滑剂有： (1)层状固体材料（如石墨、二硫化钼、氮化硼等）、 (2)无机化合物（如氟化锂、氟化钙、氧化铅、硫化铅等）、 (3)软金属（如铅、铟、锡、金、银、镉等）、 (4)高分子聚合物（如尼龙、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等）和复合材料。,一、层状固体材料 层状固体具有层片状结晶结构，同一层内的原子间结合力较强，而层与层之间原子间的结合力较弱。 1.石墨 石墨为层片状碳，层与层之间容易滑动。在大气条件下，石墨对石墨或石墨对钢的摩擦因数大约为0.10.15，具有明显的减摩效果；而在真空中，石墨间的摩擦因数则上升为0.50.8。在摩擦过程中，经过除气处理的石墨一旦导入空气、氧气、水蒸气或苯、乙醇、丙酮、庚烷蒸汽等，则摩擦因数将很快降低，而当导入氮或二氧化碳等气体，却并先降低摩擦的效果。,2、二硫化钼 二硫化钼粉剂是由天然辉钼精矿经化学提纯制成。其分散性高、纯度高、吸附性强、色黑稍带银灰色、有金属光泽、触之有滑腻感、不溶于水。是一种具有层状结构的材料。在大气中，MoS2与钢表面的摩擦因数只有0.1左右，即使在真空中也只有0.2。MoS2在干燥氮气中的润滑性能很好，MoS2在420430内就会快速氧化，当温度超过800时，MoS2 可能分解，而金属钼的摩擦因数相当大，因此润滑性能就大大下降。,二硫化钼的常见使用方法有下列几种。 (1)干膜 将MoS2置于摩擦副对偶表面间，靠摩擦副对偶表面间的机械作用而形成一层附结于摩擦表面的薄膜。制备干膜以前，应先将摩擦表面净化，擦除油污、锈斑并清除尘埃，只有这样才能在摩擦表面上形成一层粘结强度高的MoS2 表面膜。对于不易导入MoS2粉剂的摩擦副，可将MoS2粉混入有挥发性的流体中，将其喷涂在摩擦表面上，待流体挥发后即形成表面膜。但这样制备的表面膜，不仅粘结强度低，而且不像经机械作用所形成的表面膜那样按最优取向排列。 (2)涂敷膜 将MoS2 粉加入树脂或其它粘合剂形成悬浮胶体，然后喷涂、侵入或简单地刷涂到表面上。事先对表面进行仔细清洗和预处理，这有利于耐磨寿命的增加。 (3)复合材料 将MoS2粉加入金属基或塑料基的复合材料中，可以直接用来制造零件，也可用来覆盖在金属表面上，其中所含的MoS2（或其它低剪切强度材料）组分起润滑作用。 (4)润滑油或脂的添加剂 可将MoS2粉以较低的浓度(1）作为齿轮油和发动机油的添加剂，也可以较高的浓度作切削液的添加剂。但主要是以0.518的浓度用作润滑脂的添加剂，最常用于锂基脂。当由于热或机械作用而使油或脂的润滑能力衰减时，MoS2就起着保护摩擦表面的作用。当用于在接近润滑脂滴点温度下工作的滑动轴承中时，MoS2的浓度以6-8为最佳。,3、与二硫化钼相类似的材料 硫族元素，除硫外，尚有硒(Se),碲(Te )等。它们与难熔金属如钨(W),钒(V),钽(Ta )和铌(Nb)等形成二硫族化合物，如WS2, WSe2, NbSe2, TaS2等，其结构均为六方晶体。在真空、辐射以及高温下，这些化合物的性能均优于石墨、MoS2。这一特点可能因铌、钽、钨的原子直径大于钼原子，削弱了解理面间的范德华力，因而使这些化合物的剪切阻力降低。4、氮化硼 氮化硼（BN）也是一种具有层状结构的材料，它与传统的固体润滑剂相比，石墨的解理面上全是碳原子，MoS2的解理面上全是硫原子，而氮化硼的解理面上既有氮原子又有硼原子。当它在大气中常温条件下与金属表面接触而相对运动时，摩擦因数约为0.20.4，比石墨大，但随着温度的升高而减小。BN的摩擦性能不受水蒸气影响，但在有气体（如庚烷）中，摩擦因数小于0.2。在大气条件下，BN在温度高达900时仍有较小的摩擦因数和良好的化学稳定性。将BN加入润滑油中，可以作为高温润滑剂使用。,二、氧化物、卤化物及其它化合物 1.氧化物 众所周知，钢铁表面的氧化膜具有保护表面的作用。当金属表面直接接触并发生粘着时，摩擦磨损就增加，一旦表面存在氧化物则摩擦磨损就可减小。氧化铬(Cr2O3 ),氧化钛(TiO2 )、氧化锆(ZrO2)的熔点约在16003000之间，均有可用作高温工况下的表面保护膜。氧化硼(B2O3 )在400以下的摩擦因数并不小，但当温度接近熔点时下降到0.1左右。氧化铅(PbO)在常温下的摩擦因数不小（约为0.30.4)，但在200650温度范围内只有0.10.15，确实也是一种很好的高温润滑材料。 2.卤化物 氟化物的质地较软，抗剪强度较低，并且有化学惰性，可覆盖在金属表面上起润滑作用，是良好的高温固体润滑剂。氟化钙(B2O3 )和氟化钡(BaF2 )应用温度范围比PbO更宽，在空气或氢气中，CaF2-Li820的高温下，仍有低摩擦的效果。 3.其它化合物 硼酸盐也是高温固体润滑剂，在熔融状态下才显示出优良的润滑性能，当温度超过480时，它具有流体动力效应，超过760时则起边界润滑剂作用。在高温下，硼酸与金属氧化物起反应而形成玻璃。硫化硼在高温中的低摩擦则归因于硼酸。此外，各种玻璃，如硼酸铅玻璃、硼硅酸铅玻璃、铝硅酸盐玻璃等，可以用于500800的温度范围，而硅玻璃甚至可用于超过1100的高温。用玻璃润滑的缺点是难以从润滑表面将其清除。,三、聚合物 高分子材料在工程中的应用日益普遍。热固性塑料，如酚醛树脂、环氧树脂等，如聚四氟乙烯(PTFE )、尼龙(PA),聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC),聚酰亚胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA )等，有些材料可直接用于润滑，有些材料须与其它材料组合而产生润滑效果。 用聚合物润滑的主要优点是：化学稳定性好，在低温、真空中以及各种气氛中仍能有效润滑，与润滑油脂一起使用不发生干扰。 其缺点则是：机械强度和承载能力低，热传导能力弱，只能在有限的载荷及温度条件下使用。 1、聚乙烯(PE) 聚乙烯的摩擦因数约为0.30.35，耐磨性也比较好。高密度聚乙烯的摩擦因数只有0.10.14，减摩效果更佳。 2、聚四氟乙烯(PTFE) 聚四氟乙烯的摩擦因数很小（约为0.05-0.1），而耐磨性能很差，化学稳定性好，在260的温度下仍能表现出良好的低摩擦性能。PTFE可通过涂敷工艺或在金属表面上涂擦于表面上，还可将PTFE喷涂于表面上，在325温度下烧结（可用其它树脂粘结），再在较低温度下固化。,3、尼龙(PA) 尼龙有一定的低摩擦性能（摩擦因数约为0. 150. 35）和良好的耐磨性，在载荷作用下会发生冷流，在潮湿空气中会吸水膨胀。尼龙基体中以玻璃纤维作填充料可以降低冷流，而添加MoS2和PTFE则可降低摩擦。4、聚酰亚胺(PI） 聚酰亚胺在常温时摩擦因数较高（约0.47)，在100以上时，摩擦较小，寿命也比较长。PI的机械强度和耐温性能较好，使用温度范围为- 240+360，连续使用的最高温度可达260。 四、软金属 软金属如铅、镉、铟、金或银等，可用作硬质基底的表面涂层。在常规润滑剂不起作用和在极高温以及特殊工况下，它们可以为摩擦面提供一层有效的润滑膜。载荷由基底承受，切向运动则发生在低抗剪切强度的软金属膜中。虽然这些软金属的摩擦因数要比MoS2、PTFE等材料高些，但可有效地应用于防腐蚀、耐辐射和高温的场合。,软金属膜的膜厚对润滑的有效性影响很大。在硬基底（如钢）表面镀敷或浸涂一层软金属（铅膜或铟膜等），与钢配对摩擦，在轻载作用下，钢对以铅膜覆盖的钢表面的摩擦因数与钢对整块铅的摩擦一样；当载荷增加到某一数值时，涂敷的软金属层减薄，此薄层在载荷的作用下有类似流体膜的特性，摩擦因数也同时降低。一般地说，软金属膜的厚度为10-610-7 m时，润滑效果最佳。实质上，在适当的膜厚和载荷条件下，当温度达到软金属的熔点时，其摩擦因数为最小。软金属层材料与基底金属应有较好的相容性，同时还要求软金属有一定的耐磨能力。例如，摩擦副为同种材料（如钢对钢），当采用能溶于基底金属的软金属时，就可能得到满意的粘附强度，但是这与配对表面的相容性要求相矛盾，因当薄层被穿透后，或摩擦副穿过软金属层扩散时，就将发生钢与钢的直接接触，从而引起粘着。,