一、設(shè)備的潤滑狀態(tài)

　　眾所周知，潤滑是降低摩擦減少磨損的有效方法。根據(jù)潤滑油膜的形成原理與摩擦副表面被隔開的程度，潤滑狀態(tài)可分為邊界潤滑，混合潤滑和流體動力潤滑。Streibeck 以滑動軸承的大量實(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***好說明是軸在滑動軸承中的啟動過程(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***，卷入的潤滑油增多，從而形成一定的油膜壓力迫使軸向左方移動，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滑狀態(tài)。d 是軸的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步提***后，動力油膜充分形成，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，這便是流體動力潤滑。此后，轉(zhuǎn)速再增***時(shí)，剪切速度增大，摩擦因數(shù)又會緩慢上升。

　　如前所述，Streibeck 曲線的建立是以滑動軸承為基礎(chǔ)的，其橫坐標(biāo)采用滑動軸承特性數(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，研究對象日益豐富和多樣化，僅用這個參數(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)的變動外又加上了一個新的潤滑狀態(tài)：彈性流體動力潤滑狀態(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)流體動力潤滑或者彈性流體動力潤滑，但是有些情況往往不能獲得理想的潤滑條件例如：

　　(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)啟動停機(jī)。或者承受過***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，供油中斷或者對中太差而使油膜難以形成時(shí)。

　　在這些情況下，邊界潤滑常常成為保護(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力油膜更是需要邊界潤滑來降低膠合磨損。

　　(2)發(fā)動機(jī)的閥系零件，特別是凸輪挺桿。

　　(3)金屬切削和成型工藝。

　　(4)擺動運(yùn)動的滾動軸承。

　　(5)滑動軸承在低速重載下，經(jīng)常起停或擺動。

　　2.固體薄膜生成條件在邊界潤滑時(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)。在柔和的滑動運(yùn)動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)作用將會喪失。

　　(2)潤滑性或減摩性，主要是長鏈極性有機(jī)化合物和表面活性賦予潤滑劑的，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)動機(jī)潤滑油中都含有ZDDP，而三甲基磷酸TCP 則常用于合成油。抗膠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***溫下才會形成保護(hù)膜。在邊界潤滑條件下，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.流體動力潤滑

　　兩個相互運(yùn)動的表面之間在充分供油而有關(guān)參量再是當(dāng)時(shí)會形成一個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，這種潤滑狀態(tài)被稱為流體動力潤滑狀態(tài)。流體動力潤滑的理論研究***為成熟。以滑動軸承為例，其基本方程為雷諾方程：