《机械设计》-第二十章 润滑装置

第一节概述润滑是减小摩擦，减少磨损，降低能耗，提高效率，保证机器正常运转的重要手段，同时还有减少振动、降低噪声、散热、防锈的作用。在进行零、部件结构设计中，要根据机器不同部位的工作要求，合理地选择润滑方式，使机器所有的运动副都能得到充分的润滑，使机器处于良好的使用状态，最大限度地发挥机器的工作能力。返回第二节常用的润滑方式及装置按照使用的润滑剂的不同，润滑可分为油润滑、脂润滑、固体润滑和气体润滑等四类。一、油润滑1.手工加油润滑最简单的方法是直接在需要润滑的地方加工出油孔(图20一1)，在机器启动前，用油壶滴入一些润滑油，获得润滑。也可以在油孔处安装油杯，如旋套式注油油杯(图20一2),压注油杯(图20-3)。用油杯润滑的特点是除了能储存一定的润滑油外，还可以防止外界污物进入，但供油时间短，润滑不太可靠，只适用于一些载荷小、速度低、间歇工作的摩擦副，如开式齿轮、链条、钢丝绳、金属加工机床、拖拉机和农用机械等。下一页返回第二节常用的润滑方式及装置2.手动式滴油油杯润滑这种装置如图20-4所示。在启动机器前，用手按几下手柄活塞杆2向下运动时，即可将油压出，预先供给需要润滑的表面，以避免干摩擦。松开手柄，弹簧3使活塞回升，钢球将阀门关闭。这种装置主要用在间歇工作机械中的重要轴承上，多用作辅助润滑。3.油芯油杯润滑利用油芯的毛细管作用和虹吸作用，将油从容器中吸到摩擦副上，可连续不断地供油，图20-5为油芯式油杯，图20-6为油芯式玻璃油杯。为了减小供油量的变化，应减小油面高度变化的幅度，因此，直径较大而高度较小的油杯性能较好。油芯油杯应采用豁度较低的润滑油，油芯不能与摩擦面接触，以免被卷入摩擦的间隙中。这种装置结构简单，有过滤作用，能连续供油，可避免启动时的干摩擦。但供油量不便调节，供油也不均匀，机器停止时，如果不将油芯提起，则一直在供油，耗油量较大。适用于低速、轻载的轴套和一般机械中。上一页下一页返回第二节常用的润滑方式及装置

4.针阀式注油杯润滑这种装置见图20-7。将手柄竖起，针阀打开，润滑油流出;手柄放平(图示位置)，针阀关闭。针阀开启的大小，可用调节螺母来调节，以控制滴油量，不过油面的高低仍会影响到供油的均匀性。这种装置主要用在要求供油可靠、数量不多而又容易靠近的润滑点上，如机床导轨、齿轮、链条等。5.带油润滑利用套在轴上的环(图20一8)、链(图20一9)或安装在轴上的油轮(图20一10),把油从油池中带到摩擦副的表面。由于环、链的转动是靠轴上的摩擦力带动的，所以常用于直径在25~50mm、转速不低于50r/min、温度变化不大、振动不大、轴线水平布置的轴上，如齿轮减速器、蜗杆减速器、高速传动轴承、传动装置的轴承、电动机轴承和其他一些机械的轴承等。上一页下一页返回第二节常用的润滑方式及装置转速较低时，可用链来带油;油的豁度较大时，可用油轮来带油，但需要加刮油板，如图20一10所示。6.油浴润滑在封闭的传动中，把需要润滑的回转件直接浸入油池中，利用本身带油至摩擦表面以进行润滑，如图20-11、图20-12、图20-13所示。这种润滑方式的优点是成本低、耗油少、供油丰富可靠。但转动零件在油池中会产生搅油损失，而且因为搅动，也会加速润滑油的氧化变质，所以要注意油的及时更换。油浴润滑通常用于转速不大于12m/s的情况。对于大功率的装置，可能会因为散热不及时而使油温升高，所以要进行热平衡的计算，以保证正常的工作油温。油浴润滑主要用在齿轮、蜗杆减速器中。上一页下一页返回第二节常用的润滑方式及装置7.飞溅润滑当浸入油池中的回转件圆周速度较大时(5m/s<v<12m/s)，可将润滑油溅洒雾化成小滴飞起，直接溅到需要润滑的零件上，或者是先集中到集油器中，再经过设计好的油沟流入润滑部位，这样的润滑方式叫做飞溅润滑，如图20一11、图20一12中支承齿轮的轴承，就是飞溅润滑。图20一14中的蜗杆蜗轮，也是靠油轮的飞溅作用润滑的。飞溅润滑主要用在齿轮和蜗杆减速器中。8.喷油润滑当机器中回转件的速度大于12m/s时，若仍采用油浴或飞溅润滑，搅油损失将会显著增大，并会加剧润滑油氧化变质。这时可以改用喷油润滑，即利用喷嘴将压力油喷到摩擦副上。当直齿圆柱齿轮的圆周速度小于25m/s时、斜齿圆柱齿轮圆周速度小于40m/s时，可直接将油喷到啮合点上，如图20一15所示。上一页下一页返回第二节常用的润滑方式及装置当圆周速度更高时，润滑油应分别喷到两个齿轮上(图20一16)，以避免在工作齿廓间形成过大的流体动压力，影响齿轮的强度和寿命。喷油润滑多用在闭式齿轮传动中。9.油雾润滑图20-17所示为油雾器，当压缩空气由进口管进入时，一部分压缩空气施压于油雾器中的油面上，其余的压缩空气在通过喉管时，由于流速加快，压力降低，形成压差，润滑油由直立小管被压送到调整阀并滴入喉部，被压缩空气吹成雾状，随着压缩空气被送到摩擦表面进行润滑。这种润滑方式，油雾能弥漫到整个摩擦表面上，可以很好地润滑和散热，常用于高速滚动轴承、滑动轴承、高速齿轮、蜗轮蜗杆、链轮、导轨以及气动机械中的汽缸、滑阀等。上一页下一页返回第二节常用的润滑方式及装置10.压力循环润滑利用油泵供给充足的润滑油来润滑需要的部位，用过的油又流回油池，经过冷却和过滤后可循环使用，如图20一18所示。压力循环润滑方式的供油压力和流量都可调节，同时油可带走热量，冷却效果好，工作过程中润滑油的损耗极少，对环境的污染也较少，因而广泛应用于大型、重型、高速、精密和自动化的各种机械设备中。二、脂润滑1.手工涂抹润滑脂润滑人工将润滑脂涂抹到摩擦表面上来润滑。由于这种润滑方法极不完善，故只在粗制、低速机械的外露摩擦面上使用，如农业机械、矿山机械和起重运输设备等的开式齿轮传动和钢丝绳的润滑等。上一页下一页返回第二节常用的润滑方式及装置2.预填润滑脂润滑由于润滑脂不易流失，故对于滚动轴承等零部件，可在装配或检修时，在其空间填入一些润滑脂以获得润滑。3.油杯润滑图20一19是常用的直通式压注油杯，图20一20是接头式压注油杯。利用油枪加脂时，润滑脂顶开钢球进入摩擦副中，适用于速度不大和载荷较小的摩擦部件。图20-21是旋盖式油杯，在机器启动前和在工作中间歇地旋转油杯盖，每次约1/4圈，即可将润滑脂挤入摩擦副中，一般用在圆周速度在4.5m/s以下的各种摩擦副中。上一页下一页返回第二节常用的润滑方式及装置4.连续压注油杯润滑图20-22所示是连续压注油杯，它是利用压在皮碗6上的强力弹簧4将润滑脂连续地压入摩擦副中来润滑的。若要停止供油，可利用手柄1将轴2拉出，然后加以旋转，以便依靠销3支持在顶部位置。因为要把套筒5脱下来后，才能往杯里添加润滑脂，所以使用很不方便。图20-23所示是另一种连续压注油杯，它使用比较方便。其中1是停止供润滑脂的螺钉，2是直通式压注油嘴，3是调节供脂量的螺钉。三、集中供油润滑对于高速大功率机械、自动化程度高的机械或结构复杂润滑点数口较多的机械，如果仍用上面所叙述的方法进行润滑，将很不方便，也不可靠，且很难达到要求，这时就要采用集中供油润滑。上一页下一页返回第二节常用的润滑方式及装置集中供油润滑需要一套完整的液压供油系统，将储存在油箱里的润滑油，经过过滤后由液压泵打出，经过单向阀、滤油器、分配器，直接送到需要润滑的部位。当机器上各个润滑点要求的压力和精度不一样时，还要有减压阀和精密过滤器进行减压和精过滤。用过的油经过冷却和过滤之后，又流回油箱，重新使用，如图20一24所示。集中供油润滑在工作过程中润滑油的损耗量很少，对环境的污染也很小，因而得到广泛的应用。四、固体润滑1.整体润滑不需要任何润滑装置，依靠材料本身实现润滑。主要是选择那些有自润滑特性的材料，如石墨、尼龙、二硫化钥、聚四氟乙烯、氮化硼、氮化硅等。主要用在不宜使用润滑油、脂或温度很高(可达10000C)或低温、深冷以及耐腐蚀等部位。上一页下一页返回第二节常用的润滑方式及装置2.覆盖膜和复合材料润滑用物理或化学的方法将上述有自润滑特性的材料以薄膜形式覆盖于其他金属材料上，或与其他金属材料做成组合或复合材料，实现润滑。3.粉末润滑把上述有自润滑特性材料的细微粉末，直接涂敷于摩擦表面，或放入密闭的容器内(如减速器壳体、汽车后桥齿轮包等)，靠齿轮的搅动使粉末飞扬，撒在摩擦表面实现润滑。也可用气流将粉末送入摩擦副，这样既能润滑，又能冷却。这些粉末也可以均匀地分散于润滑油、脂中，以提高润滑效果，或做成糊膏状或块状使用。五、气体润滑利用洁净的压缩空气或其他气体作为润滑剂润滑摩擦副，用于转速极高、轻载、精密仪器中的气体轴承等。上一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择一、齿轮传动1.齿轮传动润滑的特点齿轮润滑与一般机械零件的润滑相比较，有许多特殊性:(1)与滑动轴承相比，多数齿轮的当量曲率半径小，一般只有几十毫米，因此形成油楔的条件差。(2)齿轮的接触应力非常高，例如轧钢机的主轴承压强一般为20MPa，而轧钢机减速器齿轮的接触应力可达500~1000Mpa。(3)齿面间同时存在滚动和滑动，而且滑动的方向和速度急剧变化，通常滑动速度是节圆线速度的1/3左右。(4)润滑是间歇性的，每次啮合都需要重新建立新的油膜，形成油膜的条件较轴承差很多，例如轧钢机主轴承的nv/v(含义见第二章第六节和图2一14)值一般为140，而轧钢机减速器齿轮的nv/v值仅为20左右。下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择(5)齿轮的材料、热处理、机械加工、装配等对润滑状态都有影响，尤其是齿面形态和表面粗糙度对润滑状态的影响最为显著。2.齿轮传动的润滑方式齿轮传动的润滑方式，主要由齿轮圆周速度的大小和特殊的工况要求来决定。对于速度一般都比较低的开式或半开式齿轮传动或速度较低的闭式齿轮传动，通常用人工定期加注润滑油或润滑脂的方式进行润滑。对于通用的闭式齿轮传动，其润滑方式将根据齿轮的圆周速度而定。当圆周速度v<12m/s时，常将大齿轮的轮齿浸入油池中进行油浴润滑(图20一11)。齿轮运转时，把油带入啮合齿间;同时也将油甩到箱壁上，使箱壁得以散热，有时还能润滑轴承。在单级齿轮传动中，大齿轮浸油深度通常为1~2齿高，但不应小于10mm。对于多级传动中的低速级大齿轮，其浸油深度不得超过其分度圆半径的1/3，以免增大搅油损失。上一页下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择多级齿轮传动中各级大齿轮都应浸入油池中，如果达不到，应采用带油轮(图20一12),甩油盘或油环等措施，以保证各级齿轮传动都能得到可靠的润滑。在锥齿轮传动中，大齿轮的整个齿长都应浸入油池中。油池中的油量取决于齿轮传动传递的功率大小。对于单级传动，每传递1kW的功率，需油量约为0.35一0.7L，功率大时取小值。对于多级传动，需油量按传动级数成倍地增加。当齿轮的圆周速度:>12m/s时，应采用喷油润滑(图20一15)。当v>25m/s时，采用双油嘴喷油润滑(图20一16)，或者将油喷在齿轮的啮出边，以便借润滑油对刚啮合过的轮齿进行冷却。上一页下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择3.齿轮传动润滑剂的选择许多研究机构、生产厂家都根据使用经验和试验结果制定了各种不同的齿轮润滑油的选择准则。有按转速、功率、润滑方式及传动比选择润滑油的豁度;有按中心距、环境温度及载荷大小选择润滑油的豁度;有按圆周速度、齿面硬度及材料选择润滑油的豁度。各种选择机制在使用上各有方便之处。通常对于闭式齿轮传动，应选用工业闭式齿轮油(GB5903-2011)，见第二章表2一1;对于开式齿轮传动，应选用普通开式齿轮油(SH/`P0363-1992);对于载荷特别大的齿轮传动，应选用重载荷车辆齿轮油GL-5(GB13895一1992)。润滑油豁度的选择，根据齿轮材料和圆周速度按表20一1确定上一页下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择二、蜗杆传动1.蜗杆传动润滑的特点同齿轮传动相比，蜗杆传动的相对滑动速度更大，通常还略大于其节圆线速度。滑动速度沿齿高和齿宽方向都存在。供油充分的情况下，较大的滑动速度有利于润滑油膜的形成，但如果供油不充分或润滑油膜建立不起来，会导致轮齿发生剧烈磨损和胶合，降低传动效率和使用寿命。为防止齿面破坏现象过早发生，保证良好的润滑对蜗杆传动十分必要。在设计蜗杆传动时，应合理选择润滑油及适当的润滑方式。2.蜗杆传动的润滑方式对于开式蜗杆传动，常采用豁度较高的齿轮油或润滑脂进行人工定期加注的方式进行润滑。对于闭式蜗杆传动，主要根据相对滑动速度和工作条件选择润滑油的豁度和润滑方式(表20一2)。上一页下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择当蜗杆线速度小于10m/s时，采用油浴润滑。为了有利于动压油膜的形成和散热，在搅油损失不大的情况下，油池中应有适当的油量，以确保传动件具有足够的浸油深度。对于蜗杆下置式或蜗杆侧置式的传动，浸油深度约为蜗杆的1一2齿高，且不小于10mm，但不能超过轴承最低滚动体的中心。为了防止蜗杆的搅油作用将油推向一侧的轴承，影响轴承的润滑，可在蜗杆轴上轴承的前面加装挡油盘，见图20一25。如果蜗杆直径较小，无法直接与油面接触或无法保证浸油深度，可在蜗杆轴上加装溅油轮，辅助将油带到蜗轮轮齿上，见图20一14。3.蜗杆传动润滑剂的选择蜗杆传动的齿面承受压力大，多数属于边界摩擦形式，传动效率低，温升高，由于油的内阻大，较高的发热量使传动效率降低，而油的豁度指数越大，其豁度随温度的变化越小，使用性能越好。为了提高蜗杆传动的承载能力和抗胶合能力，宜选用豁度较高并且具有足够抗压性的润滑油。上一页下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择三、滚动轴承1.滚动轴承润滑的特点滚动轴承在工作时既有滚动摩擦，也有滑动摩擦。滑动摩擦是由于滚动轴承在制造上的偏差和负载下轴承变形而造成的。例如滚动体和内外圈之间，由于球和内外圈不是绝对刚体，它们的接触区总是要产生弹性变形，理论上的点接触或线接触，实际上在载荷的作用下，就变成了面接触，那么不同直径的接触点具有不同的线速度而产生滑动摩擦。同样，由于各种各样的原因也会使滚动体和保持架、保持架和内外圈之间产生滑动摩擦。滑动摩擦随着速度和载荷的增加而增大。为了减少摩擦磨损、降低温升、提高轴承的使用寿命，正确合理地选择轴承的润滑方式和润滑剂，是非常重要的。上一页下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择2.滚动轴承的润滑方式滚动轴承的润滑方式可按轴承的dn值来决定。d代表轴承内径(mm),n代表轴承转速(r/min),dn值间接地反映了轴颈的圆周速度。适用于脂润滑和油润滑的dn值界限列于表20一3中，可作为选择润滑方式时的参考。润滑脂的流动性差，不易流失，故便于密封和维护，能防止灰尘、潮气和其他杂质侵入。一次充填润滑脂可运转较长时间。滚动轴承中润滑脂的加入量一般应是轴承空隙体积的1/2~1/3，装脂过多会引起轴承内部摩擦增大，工作温度升高，影响轴承的正常工作。润滑脂主要用于滚动轴承的速度较低的场合，当转速较高时，功率损失会很大。上一页下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择3.滚动轴承润滑剂的选择常用的滚动轴承润滑剂是润滑脂和润滑油。在高温部位使用润滑脂润滑时，首先要选择抗氧化性好、热蒸发损失小、滴点高的润滑脂;对于重载荷作用下的轴承，应选择基础油豁度高、稠化剂含量高的润滑脂;在潮湿或与水接触的环境下，要选用抗水性好的润滑脂，如钙基、锉基、复合钙基脂;处在有强烈化学作用介质环境下，应选用抗化学介质的合成油润滑脂。可根据Kadm

n和P/C值，来选择润滑脂，见图20一26。其中，调心滚子轴承、圆锥滚子轴承Ka=2，球轴承、滚针轴承Ka=1,dm=(D+d)/2,n为轴承的转速，P和C分别是轴承的当量动载荷和基本额定动载荷。滚动轴承润滑油的选择，通常是按照运转条件(dn值、载荷和温度等)来选择润滑油的黍占度，见表20一4。上一页下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择四、滑动轴承1.滑动轴承润滑的特点绝大多数的滑动轴承都是处在非完全液体摩擦状态下，只有经过精心设计、精密加工、精确装配和在良好的工作条件及使用环境下，才能形成完全动压流体润滑。不论什么情况下，可靠的润滑和充分的润滑油是必不可少的。滑动轴承润滑剂和润滑方法的选择对其工作能力及可靠性有着非常重要的影响，在设计滑动轴承时，应给予足够的重视。2.滑动轴承的润滑方式滑动轴承的润滑方式与其结构参数及工况参数(如轴承直径、宽度、温度、载荷和速度等)有关，通常可根据下面经验公式求得的k值来决定:上一页下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择3.滑动轴承润滑剂的选择滑动轴承口前常用的润滑剂有润滑油、润滑脂和固体润滑剂等。(1)润滑油。润滑油是液体动压滑动轴承中使用最为广泛的一种润滑剂。通过第二章的学习可知:油的豁度随温度的升高而急剧下降，严重影响它们的润滑作用，因此选择润滑油时主要按豁度来选择。一般选用原则是:对于低速、重载、工作温度高的轴承，宜选用豁度大的润滑油;反之，则宜选择豁度较小的润滑油。当工作温度较高时，所用的油的豁度应比通常要高些。不完全液体润滑的滑动轴承润滑油的选择参考表20–5。上一页下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择(2)润滑脂。选用润滑脂时主要考虑其锥入度和滴点。一般的选用原则是:①低速、重载选择锥入度较小的润滑脂，反之选择锥入度大一些的润滑脂;②所选用的润滑脂的滴点应比轴承的工作温度高20℃一30℃或更高，以免工作时润滑脂过多地流失;③在淋水或潮湿环境下，应选用防水性强的钙基或铝基润滑脂，在温度较高处，应选用钠基脂或锉基脂。润滑脂的选择可参考表20一6。润滑脂添加的周期根据工作条件和轴颈的转速按表20-7选取。(3)固体润滑剂。固体润滑剂可以在摩擦表面上形成固体膜以减小摩擦阻力，主要品种有石墨、二硫化钥、聚氟乙烯树脂等，通常只用于一些不适宜使用润滑油的场合，例如在高温介质中，或在低速重载条件下。上一页下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择五、导轨1.导轨润滑的特点良好的润滑能使导轨面间形成一层极薄的油膜，可以阻止或减少导轨面的直接接触、减小摩擦和磨损、避免爬行和防止污染导轨表面，从而延长导轨的使用寿命。导轨润滑有以下几个特点:(1)导轨上的载荷和速度变化范围较广，由于接触表面积可能较小，往往会造成局部过载或刚度低，给建立稳定可靠的润滑油膜带来困难。(2)一般导轨都要求具有较小的配合间隙和摩擦力，较高的精度、刚度、运动均匀性和耐磨性，给润滑带来更严格的要求。(3)根据导轨结构和工作条件(载荷、速度、温度等)的不同，导轨的摩擦可能是液体摩擦、混合摩擦，也可能是边界摩擦或干摩擦。上一页下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择(4)在导轨的摩擦区域有尘砂、切屑、磨料、氧化铁皮、乳化液等的污染，因此，在导轨上要设置可靠的防护罩和刮屑板，在润滑系统中应设有滤油器来过滤润滑剂。导轨的润滑系统应工作可靠，最好在导轨副启动前使润滑油进入润滑面，当润滑中断时能发出警告信号。

2.导轨的润滑方式普通滑动导轨有油润滑和脂润滑两种方式。速度很低或垂直布置、不宜用油润滑的导轨，可以用脂润滑。采用润滑脂润滑的优点是不会泄漏，不需要经常补充润滑剂。其缺点是防污染能力差。采用油润滑，润滑油的供油量要充分，供油压力最好各导轨能够独立调节。用脂润滑时，通常用油枪或油杯将润滑脂压到导轨摩擦表面上。用油润滑时，可采用人工加油、浸油、油绳、间歇或连续压力供油等方式。上一页下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择对于载荷不大、导轨面较窄的精密仪器导轨，通常只需直接在导轨上定期地用手工加油即可，导轨面也不必开出油沟。对于大型及高速导轨，则多用手动油泵或自动润滑，并在导轨面上开出合适形状和数量的油沟，以使润滑油在导轨工作表面上分布均匀。具体的导轨润滑方式参见表20一8。3.导轨润滑剂的选择导轨润滑剂通常是润滑油和润滑脂。由于滑动导轨的运动速度一般较低，并且往复反向，运动和停顿相间进行，不易形成油楔，因此，要求润滑油具有合适的豁度和较好的油性，以防止导轨出现干摩擦现象。同时，润滑油还应具有良好的润滑性能和足够的油膜强度，不腐蚀机件，油中的杂质应尽量少。上一页下一页返回第三节典型零、部件的润滑方式及润滑剂的选择选择导轨润滑油的主要原则是载荷越大、速度越低，则油的豁度应越大;垂直导轨的润滑油豁度应比水平导轨润滑油的豁度大些。在工作温度变化时，润滑油的豁度变化要小。对于精密机械中的导轨，应根据使用条件和性能特点来选择润滑油。常用的润滑油有有机油、精密机床液压导轨油和变压器油等。对于导轨的润滑，我国已经制定了导轨油标准(SH/T0361-19