機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課件 模塊12 機(jī)械潤滑和密封簡介

模塊12機(jī)械潤滑和密封簡介單元12.1潤滑劑及其選擇單元12.2潤滑方法和潤滑裝置單元12.3密封方法和密封裝置模塊12機(jī)械潤滑和密封簡介【學(xué)習(xí)目標(biāo)】學(xué)習(xí)潤滑劑的種類及其應(yīng)用場合，學(xué)習(xí)常用的潤滑方法及其采用的潤滑裝置，學(xué)習(xí)常用的密封方法和密封裝置。【知識(shí)要點(diǎn)】通過本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，掌握潤滑劑的種類及其應(yīng)用場合，常用的潤滑方法及其采用的潤滑裝置，掌握常用的密封方法和密封裝置。在摩擦副中加入潤滑劑，以降低摩擦、減輕磨損，這種措施稱為潤滑。潤滑的主要作用是減少摩擦和磨損，提高機(jī)械效率，延長機(jī)械的使用壽命。此外潤滑劑還有防銹、傳遞動(dòng)力、清除污物、減震、密封等作用。在機(jī)械設(shè)備中，為了防止?jié)櫥瑒┬孤┗蛲饨缁覊m、水分進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部，必須采用相應(yīng)的密封裝置，以保證持續(xù)、清潔的潤滑，使機(jī)器正常工作，并減少對(duì)外界環(huán)境的污染，提高機(jī)器的工作效率，降低生產(chǎn)成本。單元12.1潤滑劑及其選擇常用的潤滑劑有液體（如水、油）、半固體（如潤滑脂）、固體（如石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯）和氣體（如空氣及其他氣體）等。其中固體和氣體潤滑劑多應(yīng)用在高溫、高速及要求防止污染等特殊場合。對(duì)于橡膠、塑料制成的零件，宜用水潤滑。多數(shù)場合可采用潤滑油或潤滑脂潤滑。12.1.1潤滑劑的類型1.

潤滑油（1）現(xiàn)在使用的潤滑油大致分類有機(jī)油

通常是動(dòng)植物油，其中含有較多的硬脂酸，在邊界潤滑時(shí)有很好的潤滑性能，但其穩(wěn)定性差，而且來源有限，使用不多。礦物油

主要是石油產(chǎn)品，因其來源廣泛，成本較低，適用范圍廣，穩(wěn)定性好，故應(yīng)用最廣?；瘜W(xué)合成油

多針對(duì)特定需要而生產(chǎn)，適用面窄，而且費(fèi)用極高。單元12.1潤滑劑及其選擇（2）潤滑油的物理性能指標(biāo)潤滑油最重要的一項(xiàng)物理性能指標(biāo)為粘度，它是選擇潤滑油的主要依據(jù)。流體的粘度即流體抵抗變形的能力，它表示流體內(nèi)摩擦阻力的大小。粘度越大，內(nèi)摩擦阻力越大，流體的流動(dòng)性越差。粘度常用動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度、條件粘度等表示。我國常用運(yùn)動(dòng)粘度來標(biāo)定。動(dòng)力粘度η對(duì)于長寬高都為1m的液體，如果其上下表面發(fā)生速度為1m/s的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)所需切向力為1N，則稱該液體的粘度為1Pa.s。運(yùn)動(dòng)粘度ρ液體的動(dòng)力粘度與液體在相同溫度下密度ρ的比值，稱為液體的運(yùn)動(dòng)粘度。即

式中ρ為密度，單位為kg/m3；在國際單位制中，運(yùn)動(dòng)粘度的單位是m2/s，實(shí)際采用的單位是mm2/s。一般潤滑油的牌號(hào)是該潤滑油在40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的平均值。例如L－AN46全損耗系統(tǒng)用油在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度為41.4～50.6mm2/s。單元12.1潤滑劑及其選擇條件粘度

在規(guī)定的溫度下從恩氏粘度計(jì)流出200ml樣品所需的時(shí)間與同體積蒸餾水在20℃時(shí)流出時(shí)間之比值稱為該液體的條件粘度。以ηE表示。單位為°Et。其中腳注為測定時(shí)的溫度。潤滑油的主要物理性能還有凝點(diǎn)、閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和油性等。潤滑油的粘度并不是固定不便的，而是隨著溫度和壓強(qiáng)而變化。溫度對(duì)粘度的影響十分顯著，粘度隨溫度升高而降低，而且變化很大。在注明某種潤滑油的粘度時(shí)，必須標(biāo)明它的測試溫度。粘度隨著壓強(qiáng)的升高而加大，但壓強(qiáng)小于20Mpa時(shí)，其影響很小，可不考慮。常用潤滑油的性能和用途查詢相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊。單元12.1潤滑劑及其選擇2.

潤滑脂潤滑脂是在潤滑油中加入稠化劑（如鈣、鈉、鋰等金屬皂）而形成的脂狀潤滑劑。有時(shí)為改善某些性能，還加入一些添加劑。又稱黃油或干油。（1）潤滑脂的主要性能指標(biāo)滴

點(diǎn)

是表示潤滑脂受熱后開始滴落的溫度。滴點(diǎn)表示潤滑脂的耐高溫能力，潤滑脂的工作溫度應(yīng)比滴點(diǎn)低20℃～30℃。潤滑脂的號(hào)數(shù)越小，表明滴點(diǎn)越低。錐入度

即潤滑脂的稠度。錐入度表示潤滑脂內(nèi)阻力大小和流動(dòng)性的強(qiáng)弱。錐入度越小，表明潤滑脂越稠，承載能力強(qiáng)，密封性越好，但摩擦阻力也越大，流動(dòng)性越差，因而不易填充較小的摩擦間隙。安定性

反映潤滑脂在儲(chǔ)存和使用過程中維持潤滑性能的能力，包括抗水性、抗氧化性和機(jī)械安定性等。潤滑脂的流動(dòng)性小，不易流失，所以密封簡單，不需經(jīng)常補(bǔ)充。潤滑脂對(duì)載荷和速度變化不是很敏感，有較大的適應(yīng)范圍，但因其摩擦損耗大，機(jī)械效率低，故不易用于高速傳動(dòng)的場合。潤滑脂多用于低速、受沖擊或間歇運(yùn)動(dòng)處。單元12.1潤滑劑及其選擇（2）潤滑脂的種類鈣基潤滑脂

這種潤滑脂具有良好的抗水性，但耐熱能力差，工作溫度不宜超過55～65℃，常用于露天條件下工作的軸承，價(jià)格比較便宜。鈉基潤滑脂

這種潤滑脂能抗水，耐高溫性好，其最高溫度可達(dá)120℃，比鈣基潤滑脂有較好的防腐性，但抗水性差。鋰基潤滑脂

這種潤滑脂既能抗水，又能耐高溫，可在-20℃～150℃的條件下長期工作。有較好的機(jī)械安定性，是一種多用途的潤滑脂，有取代鈣基潤滑脂的趨勢。鋁基潤滑脂

有良好的抗水性，對(duì)金屬表面有較高的吸附能力，有一定的防銹作用。在70℃時(shí)開始軟化，適用于50℃以下的工作。常用潤滑脂的主要性能和用途可查詢相關(guān)設(shè)計(jì)手冊。單元12.1潤滑劑及其選擇3.

固體潤滑劑用固體粉末代替潤滑油的潤滑，稱為固體潤滑。固體潤滑劑呈粉末或薄膜狀態(tài)，隔離摩擦表面以達(dá)到降低摩擦、減少磨損的目的。常用的固體潤滑劑有無機(jī)化合物（如石墨、二硫化鉬、氮化硼等）、有機(jī)化合物（如蠟、聚四氟乙烯、酚醛樹脂等）還有金屬（如Pb、Zn、Sn等）及復(fù)合材料。其中石墨和二硫化鉬在實(shí)際中應(yīng)用最廣，使用時(shí)將石墨和二硫化鉬用氣流輸送到摩擦表面上，利用其良好的粘附性充填不平表面的波谷，增大了接觸面積，減少了壓強(qiáng)，易于滑動(dòng)。復(fù)合材料是將固體鐵合金粉末和其他固體粉末，如塑料粉、金屬粉混合、壓制、燒結(jié)制成潤滑復(fù)合材料，具有摩擦小、磨損少的特性。固體潤滑劑還可用作添加劑以改善潤滑油、潤滑脂的性能。4.

氣體潤滑劑空氣、氫氣、水蒸氣及液態(tài)金屬蒸氣等都可作為氣體潤滑劑。常用的為空氣，其價(jià)格低廉，適用于高速、高溫、低溫的場合。單元12.1潤滑劑及其選擇在生產(chǎn)設(shè)備事故中，由于潤滑不當(dāng)引起的事故占很大的比重，因潤滑不良造成的設(shè)備精度降低也比較嚴(yán)重。應(yīng)根據(jù)摩擦副的工作情況來選擇適宜的潤滑劑。潤滑劑的選用原則為：潤滑油的潤滑及散熱效果好，應(yīng)用最廣。潤滑脂易保持在潤滑部位，潤滑系統(tǒng)簡單，密封性好。固體潤滑劑的摩擦系數(shù)高，散熱性差，但使用壽命長，能在極高或極低溫度、腐蝕、真空、輻射等特殊環(huán)境中工作。在高溫、重載、低速和間隙大的情況下，應(yīng)選擇粘度高的潤滑油，以利于形成油膜；在低溫、輕載、高速和間隙小的情況下選粘度較小的潤滑油；在承受重載、間斷或沖擊載荷時(shí)，潤滑油和潤滑脂中應(yīng)加入油性劑或極壓添加劑，以提高邊界承載能力。一般潤滑油的工作溫度應(yīng)低于60℃，潤滑脂的工作溫度應(yīng)低于其滴點(diǎn)20～30℃。氣體、固體潤滑劑主要用于高溫、高壓、防止污染等一般潤滑劑不能使用的場合。12.1.2潤滑劑的選擇單元12.2潤滑方法和潤滑裝機(jī)械設(shè)備的潤滑，主要集中在傳動(dòng)件和支撐件上。方法有分散潤滑和集中潤滑兩大類。分散潤滑是各個(gè)潤滑點(diǎn)各自單獨(dú)潤滑，這種潤滑可以是間斷或連續(xù)的、壓力潤滑或無壓力潤滑。集中潤滑是一臺(tái)機(jī)器的許多潤滑點(diǎn)由一個(gè)潤滑系統(tǒng)同時(shí)潤滑。11.2.1油潤滑裝置潤滑油的特點(diǎn)是流動(dòng)性好，冷卻效果好，易于過濾除去雜質(zhì)，可用于所有速度范圍的潤滑，使用壽命長容易更換，油可以循環(huán)使用。其缺點(diǎn)是密封比較困難。（1）手工給油潤滑裝置使用油壺或油槍向潤滑點(diǎn)油孔、油嘴及油杯加油。用于低速、輕載和間歇工作的小型機(jī)械中。（2）滴油潤滑裝置滴油潤滑主要使用油杯向潤滑點(diǎn)供油。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；缺點(diǎn)是給油量不易控制，機(jī)械振動(dòng)、溫度變化和液面高低都會(huì)改變滴油量。如圖14-1所示為依靠油的自重向潤滑部位滴油。圖12-1滴油式油杯單元12.2潤滑方法和潤滑裝（3）油浴和飛濺潤滑油浴是將需潤滑的部件一部分浸潤在油池中，飛濺潤滑利用高速（不高于12.5m/s）旋轉(zhuǎn)的機(jī)件將油池中的油濺起，直接散落在需要潤滑的零件上。（4）油繩和油墊潤滑這種潤滑方法是將油繩、氈墊等浸在潤滑油中，毛細(xì)管的虹吸作用供油，所使用油的粘度應(yīng)低些。圖12-2所示為油繩式油杯，圖12-3為采用油繩潤滑的推力軸承，圖12-4為采用氈墊潤滑的滑動(dòng)軸承。圖12-2油繩式油杯

圖12-3油繩潤滑

圖12-4氈墊潤滑單元12.2潤滑方法和潤滑裝（5）油環(huán)或油鏈潤滑油環(huán)或油鏈潤滑只能用于水平安裝的軸中，在軸上掛一油環(huán)，環(huán)的下部浸在油池內(nèi)，利用軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦力帶著油環(huán)旋轉(zhuǎn)，將潤滑油帶到軸頸上，再流到各潤滑部位。如圖12-5和12-6所示。油環(huán)潤滑適合于轉(zhuǎn)速為50～3000r/min的水平軸，如果轉(zhuǎn)速過高，油環(huán)將在軸上劇烈跳動(dòng)，轉(zhuǎn)速過低油環(huán)所帶的油量不足，甚至油環(huán)不能隨軸旋轉(zhuǎn)，達(dá)不到潤滑效果。油鏈與軸、油的接觸面積較大，所以在低速時(shí)也能隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)和帶起較多的油，因此油鏈適用于低速機(jī)械。但在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)油被激烈地?cái)嚢?，?nèi)摩擦增大，鏈易脫節(jié)，不適用于高速機(jī)械。圖12-5油環(huán)潤滑

圖12-6油鏈潤滑單元12.2潤滑方法和潤滑裝（6）噴油潤滑當(dāng)回轉(zhuǎn)件的圓周速度超過12m/s時(shí)采用噴油潤滑。是將潤滑油與一定壓縮空氣混合后噴射到摩擦副上的潤滑方式。對(duì)齒輪潤滑時(shí)，從輪齒的嚙合方向噴射潤滑油。在蝸輪傳動(dòng)中，從蝸桿螺旋與蝸輪開始嚙合一面噴射潤滑油。（7）油霧潤滑是利用壓縮空氣將油霧化，經(jīng)噴嘴噴射到潤滑表面。由于壓縮空氣和油霧一起被送到潤滑部位，因此有較好的冷卻效果。而且壓縮空氣有一定的壓力，可以防止摩擦表面被灰塵污染。其缺點(diǎn)是排出的空氣中含有油霧，造成污染。主要用于高速滾動(dòng)軸承及封閉的齒輪、鏈條等。單元12.2潤滑方法和潤滑裝14.2.2脂潤滑裝置潤滑脂與潤滑油相比，其流動(dòng)性、冷卻性都較差，雜質(zhì)也不易除去。因此潤滑脂多用于中、低速機(jī)械。如果密封裝置或密封罩的設(shè)計(jì)較好，可以采用高速型潤滑脂進(jìn)行高速潤滑。主要潤滑方法如下：（1）手工潤滑裝置手工潤滑主要是利用脂槍從注油孔注入或者直接用手填入潤滑部位。可以用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)而且不需經(jīng)常補(bǔ)充潤滑脂的部位。（2）滴下潤滑裝置滴下潤滑是將潤滑脂裝在脂杯里向潤滑部位滴下潤滑脂進(jìn)行潤滑。脂杯可分為兩種形式：一為受熱式，一為壓力式。（3）集中潤滑裝置集中潤滑是由脂泵將脂罐里的潤滑脂輸送到各管道，再經(jīng)分配閥將潤滑脂分送到各潤滑點(diǎn)去。主要用于潤滑點(diǎn)多的車間或工廠。單元12.2潤滑方法和潤滑裝常用固體潤滑劑有4種類型：整體潤滑、覆蓋膜潤滑、復(fù)合材料潤滑、粉末潤滑。如果固體潤滑劑以粉末形式混在油或脂中，可選用相應(yīng)的油或脂潤滑裝置。如果采用復(fù)合材料或整體部件潤滑劑，就不需要借助任何潤滑裝置實(shí)現(xiàn)其潤滑作用。氣體潤滑是一種強(qiáng)制供氣潤滑系統(tǒng)，如氣體軸承系統(tǒng)，整個(gè)潤滑系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、減壓閥、空氣過濾器和管道等組成。供氣系統(tǒng)必須保證空氣中所有會(huì)影響軸承性能的固體、液體和氣體雜質(zhì)除去。因此需設(shè)置油水分離器和排泄液體雜質(zhì)的閥門及冷卻器。還應(yīng)設(shè)置防止供氣故障的安全設(shè)備，否則在供氣中斷或氣壓過低時(shí)，會(huì)引起軸承損壞。在實(shí)際選擇潤滑設(shè)備時(shí)應(yīng)綜合考慮潤滑方法和機(jī)械裝備的特點(diǎn)，包括設(shè)備的結(jié)構(gòu)、摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式、速度、載荷，精度和工作條件等。14.2.3固體潤滑裝置14.2.4氣體潤滑裝置單元12.3密封方法和密封裝置根據(jù)密封處的零件之間是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，密封可分為兩大類：靜密封和動(dòng)密封。密封接合面間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的稱為靜密封，如管道與管道連接處接合面間的密封。兩密封件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的稱為動(dòng)密封，如旋轉(zhuǎn)軸與軸承蓋之間密封。12.3.1靜密封靜密封要求結(jié)合面間有連續(xù)閉合的壓力區(qū)，沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此沒有因密封帶來的摩擦、磨損問題。廣泛應(yīng)用于管道連接、壓力容器和傳動(dòng)裝置結(jié)合面的密封中。常見的靜密封元件主要有墊片、O形密封圈、密封帶和密封膠等。（1）研磨面密封這是最簡單的靜密封方法。要求將結(jié)合面研磨加工平整、光潔，并在壓力下貼緊。對(duì)零件的加工精度要求高，用于密封要求低的場合。單元12.3密封方法和密封裝置（2）墊片密封這是典型的靜密封方法。在結(jié)合面間放密封墊片，并在壓力下使墊片產(chǎn)生變形并填滿密封面間的縫隙，達(dá)到密封目的。在常溫、低壓、普通介質(zhì)工作時(shí)可用紙或橡膠等墊片；在低溫或有腐蝕場合可用聚四氟乙烯墊片；在高溫、高壓下可用金屬墊片。如圖12-7所示。

（3）密封膠密封在結(jié)合面上涂密封膠是一種簡便、良好的靜密封方法。密封膠有一定的流動(dòng)性，容易充滿結(jié)合面的間隙，粘附在金屬面上能減少泄漏，在較粗糙的表面上密封效果也很好。（4）O形密封圈密封在結(jié)合面上開密封圈槽，裝入密封圈，利用其在結(jié)合面間形成的壓力來達(dá)到密封目的，效果良好。它成本低廉，密封性好，可隨密封介質(zhì)壓力增大而增加密封能力。圖12-7墊片密封單元12.3密封方法和密封裝置12.3.2動(dòng)密封1.旋轉(zhuǎn)式密封旋轉(zhuǎn)軸與固定件之間的密封，既要保證密封效果，又要減少相對(duì)運(yùn)動(dòng)元件間的摩擦、磨損。其常用的密封件又分接觸式和非接觸式兩類。（1）接觸式密封O形密封圈密封裝置：它靠本身的彈力起密封作用，O形圈與回轉(zhuǎn)軸接觸處產(chǎn)生較大的摩擦熱，易使橡膠材料受熱老化，一般用于低速v<2~4m/s的場合。如圖14-8所示。接觸式密封是利用密封元件的直接接觸，來阻塞流體的泄漏通道，限制其泄漏。直接接觸會(huì)產(chǎn)生摩擦和磨損，一般在接觸面上添加潤滑劑來減少磨損。圖12-8O形密封圈的潤滑單元12.3密封方法和密封裝置J形、U形密封圈裝置：密封圈有唇形開口，并配有壓緊彈簧以增大密封壓力，在磨損時(shí)能自動(dòng)補(bǔ)償，使用時(shí)唇口方向朝密封部位以防止露油。有的帶有金屬骨架，可增大油封的剛度，防止橡膠的塑性變形，如圖12-9、12-10所示，常用于較高轉(zhuǎn)速的密封。

圖12-9J形密封圈

圖12-10U形密封圈單元12.3密封方法和密封裝置氈圈密封裝置：氈圈的斷面為矩形，使用時(shí)在軸承蓋上開梯形槽，將毛氈放入與軸接觸。氈圈密封結(jié)構(gòu)簡單，但密封效果較差，主要起防塵作用，用于低速脂潤滑處，如圖12-11所示。端面密封（機(jī)械密封）裝置：斷面密封形式很多，如圖12-12所示，1是動(dòng)環(huán)，隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)；2是靜環(huán)，固定于機(jī)座上。彈簧使動(dòng)環(huán)和靜環(huán)壓緊，起到很好的密封作用。其密封性能可靠，對(duì)軸無損傷、使用壽命長。常用于高速、高壓、低溫及腐蝕環(huán)境下的回轉(zhuǎn)軸潤滑。

圖12-11氈圈密封

圖12-12端面密封

（a）

（b）

（a）

（b）

圖12-14油溝密封單元12.3密封方法和密封裝置（2）非接觸式密封非接觸密封通過在密封的流體中產(chǎn)生壓力來達(dá)到密封目的。不存在運(yùn)動(dòng)部件間的直接接觸，無摩擦，多用于高速場合。油溝密封：在軸和軸承蓋間留0.1~0.3mm的縫隙或在軸承蓋上車出環(huán)槽，在槽里充滿潤滑。這種形式密封簡單，多用于低速情況下（如圖12-14所示）。迷宮式密封：它由旋轉(zhuǎn)和固定密封件間拼合成的曲折縫隙形成，在縫隙中可填入潤滑脂。這種裝置的密封效果好，適用于環(huán)境差、轉(zhuǎn)速高的場合（如圖12-13所示）。

（a）

（b）

圖12-13迷宮式密封單元12.3密封方法和密封裝置2.

移動(dòng)運(yùn)動(dòng)密封裝置

（a）

（b）圖12-15移動(dòng)式密封離心密封：離心密封是利用軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)流體產(chǎn)生離心力，以克服泄漏的密封方法。在軸上裝有甩油環(huán)，當(dāng)外泄的潤滑油落在甩油環(huán)上，由離心力甩掉后通過箱體的導(dǎo)油槽流回油箱。適用于轉(zhuǎn)速很高和較大直徑的場合。機(jī)器中零件相對(duì)移動(dòng)的密封為移動(dòng)式密封，多采用密封圈密封，最典型的應(yīng)用是液壓缸中活塞與缸