一、設(shè)備的潤(rùn)滑狀態(tài)

　　眾所周知，潤(rùn)滑是降低摩擦減少磨損的有效方法。根據(jù)潤(rùn)滑油膜的形成原理與摩擦副表面被隔開的程度，潤(rùn)滑狀態(tài)可分為邊界潤(rùn)滑，混合潤(rùn)滑和流體動(dòng)力潤(rùn)滑。Streibeck 以滑動(dòng)軸承的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)繪制了著名的Streibeck 曲線(圖1)。

　　曲線的縱坐標(biāo)是摩擦因數(shù)f(μ)，橫坐標(biāo)為Zn/p，Z 是潤(rùn)滑劑的黏度，n 是軸的轉(zhuǎn)速，p 是軸承壓力，該曲線的***好說明是軸在滑動(dòng)軸承中的啟動(dòng)過程(圖2)。

　　圖2 中a 是靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)軸和軸承的情況。b 是當(dāng)軸從靜止?fàn)顟B(tài)開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸按圖中方向向b 點(diǎn)爬行，此時(shí)系統(tǒng)還不具備形成承載動(dòng)力油膜的條件。摩擦表面主要依靠邊界膜保護(hù)，故摩擦因數(shù)較***。c 是隨著轉(zhuǎn)速的提***，卷入的潤(rùn)滑油增多，從而形成一定的油膜壓力迫使軸向左方移動(dòng)，軸的表面逐漸與軸承表面隔離，摩擦因數(shù)急劇下降是為混合潤(rùn)滑狀態(tài)。d 是軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提***后，動(dòng)力油膜充分形成，表面完全隔開，摩擦力只是油膜的分子之間的阻力。摩擦因數(shù)降至***低，這便是流體動(dòng)力潤(rùn)滑。此后，轉(zhuǎn)速再增***時(shí)，剪切速度增大，摩擦因數(shù)又會(huì)緩慢上升。

　　如前所述，Streibeck 曲線的建立是以滑動(dòng)軸承為基礎(chǔ)的，其橫坐標(biāo)采用滑動(dòng)軸承特性數(shù)Zn/p 是很合理的選擇(其意義與Sommerfield 數(shù)ηω/p 相同)。但是隨著摩擦學(xué)的發(fā)展，研究對(duì)象日益豐富和多樣化，僅用這個(gè)參數(shù)來表示摩擦副表面間的隔離程度是具有局限性的。美***的Hamrock 教授提出， 為使Streibeck 曲線更具普遍性，將橫坐標(biāo)改為油膜厚度與表面粗糙度之比(比膜厚Specific Film Thickness)λ。

　　λ=hmin/σ，hmin為***小油膜厚度，σ 為摩擦副綜合表面粗糙度，σ=(σ12+σ22)1/2，σ1 為摩擦副表面1 的粗糙度，σ2 為摩擦副表面2 的粗糙度，于是便有圖3。

　　圖3 中除了橫坐標(biāo)的變動(dòng)外又加上了一個(gè)新的潤(rùn)滑狀態(tài)：彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)，這就使曲線的含義更加完整了。近來又提出一種更新的表示方法，實(shí)際上是將圖1 圖2 合并起來，便有圖4。、

　　如果將圖4 數(shù)值化則可成表1，見圖5。表1 中給出了各種潤(rùn)滑狀態(tài)下典型的油膜厚度hmin，比膜厚λ 和摩擦因數(shù)μ。1.邊界潤(rùn)滑從使用壽命、可靠性、節(jié)約能源，降低材料消化等方面來看。

　　當(dāng)然希望能夠?qū)崿F(xiàn)流體動(dòng)力潤(rùn)滑或者彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑，但是有些情況往往不能獲得理想的潤(rùn)滑條件例如：

　　(1)如果設(shè)計(jì)計(jì)算的油膜厚度與表面綜合粗糙度的比值<5時(shí);

　　(2)多次重復(fù)啟動(dòng)停機(jī)?；蛘叱惺苓^***載荷，沖擊載荷時(shí);

　　(3)零件的幾何尺寸不當(dāng)，油的黏度過低，供油中斷或者對(duì)中太差而使油膜難以形成時(shí)。

　　在這些情況下，邊界潤(rùn)滑常常成為保護(hù)接觸表面不發(fā)生直接接觸的***后保障。圖5 表示在表面形成物理沉積膜或化學(xué)反應(yīng)膜將兩者隔開。哪些情況需要邊界潤(rùn)滑呢?

　　(1)齒輪在重載低速條件下工作時(shí)，差速器中的曲齒傘齒輪由于其幾何形狀和受載條件難以形成動(dòng)力油膜更是需要邊界潤(rùn)滑來降低膠合磨損。

　　(2)發(fā)動(dòng)機(jī)的閥系零件，特別是凸輪挺桿。

　　(3)金屬切削和成型工藝。

　　(4)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)軸承。

　　(5)滑動(dòng)軸承在低速重載下，經(jīng)常起停或擺動(dòng)。

　　2.固體薄膜生成條件在邊界潤(rùn)滑時(shí)，起保護(hù)作用的是固體薄膜。這層薄膜或由物理吸附形成，或由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生。在具有邊界膜的情況下滑動(dòng)只發(fā)生在薄膜之間或者當(dāng)薄膜受剪切時(shí)不損傷其所覆蓋的金屬基體，這些膜的生成取決于

　　下列條件。

　　(1)基礎(chǔ)油及添加劑的化學(xué)性質(zhì)。在柔和的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)和適度的溫度條件下，邊界膜可能只是吸附來自基礎(chǔ)油中的極性分子，例如氮的化合物或者來自添加劑中的胺和乙醇。其有效性取決于碳原子12 以上的鏈長(zhǎng)以及被吸附分子的化學(xué)活性。必須了解這種吸附是可逆的，當(dāng)溫度升***時(shí)，吸附能力和保護(hù)作用將會(huì)喪失。

　　(2)潤(rùn)滑性或減摩性，主要是長(zhǎng)鏈極性有機(jī)化合物和表面活性賦予潤(rùn)滑劑的，例如脂肪酸和油酸與鐵表面反應(yīng)而生成的皂膜。

　　潤(rùn)滑劑的抗磨特性也可通過加入添加劑而獲得。ZDDP 是***常用的抗磨添加劑，幾乎所有的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中都含有ZDDP，而三甲基磷酸TCP 則常用于合成油?？鼓z合添加劑則是在金屬表面形成金屬鹽而起保護(hù)作用。例如油中的硫化物與鋼表面形成硫化鐵薄膜。

　　(3)金屬表面的化學(xué)性質(zhì)。金屬表面的化學(xué)活性影響邊界膜的形成。銅基合金與鐵基合金或其氧化物很容易吸附油中的極性分子，這種反應(yīng)實(shí)際上是腐蝕性質(zhì)的。不銹鋼，鋁合金和貴金屬則活性很差，較難形成邊界膜，(4)表面溫度。邊界膜的有效性受到吸附物熔點(diǎn)的限制。有機(jī)金屬反應(yīng)生成物為硬脂酸鹽金屬皂的熔點(diǎn)只有65℃，而像硫化鐵這樣的金屬鹽的熔點(diǎn)則***達(dá)1000℃，故可防護(hù)表面在***溫下不發(fā)生膠合。當(dāng)然任何化學(xué)反應(yīng)都隨溫度升***而加速而且某些添加劑只有在***溫下才會(huì)形成保護(hù)膜。在邊界潤(rùn)滑條件下，磨損是不可避免的，常常需要不斷補(bǔ)充或再生才能持續(xù)起作用。

　　3.流體動(dòng)力潤(rùn)滑

　　兩個(gè)相互運(yùn)動(dòng)的表面之間在充分供油而有關(guān)參量再是當(dāng)時(shí)會(huì)形成一個(gè)能夠承受外加載荷的油膜(或其他流體膜)。理想情況下，流體可以完全隔開摩擦副表面上的直接接觸從而降低摩擦避免磨損，這種潤(rùn)滑狀態(tài)被稱為流體動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)。流體動(dòng)力潤(rùn)滑的理論研究***為成熟。以滑動(dòng)軸承為例，其基本方程為雷諾方程：