潤滑原理之一

2004-07-05

潤滑原理之一

潤滑原理是進入潤滑技術領域，掌握潤滑產品特性的基本功夫，本刊特商得吳世榮先生應允，自本期起將就這一主題，連續為讀者作深入淺出的介紹，主要內容將包含：

固體摩擦　減低摩擦　潤滑劑　液動潤滑　軸承潤滑　流體摩擦　軸承效率　邊界潤滑
彈性液動潤滑磨合　軸承金屬　磨耗損傷　滑脂潤滑等幾大部分
讀者請留意閱讀！

吳世榮



當一物體滑過另一物體時須克服阻力，這阻力即為摩擦力。如果這物體是剛性的，就稱此種摩擦為「固體摩擦」。固體摩擦：可能是靜摩擦或動摩擦。靜摩擦：在物體自靜止狀態開始移動時產生，而動摩擦則是物體在運動狀況下產生。（和固體摩擦不同者為流體摩擦，它在氣體或液體分子間運動所產生的，流體摩擦的阻力較小。在下述之討論中，潤滑即是以較低流體摩擦來替代固體間的高摩擦力。）



固體摩擦的原因

固體滑動時，摩擦自兩個不同的來源產生。較明顯者為粗糙的表面所產生的摩擦，因為即便是經過拋光的精緻加工表面都不是理想的平滑面。縱然現代的精密加工技術可達到極完美的光制表面品質，但在顯微鏡底下仍然呈現出凹凸不平的表面。這些固體表面上微小的凸出部分稱之為粗糙度。當兩固體接觸時，凸出部分相互碰在一起產生摩擦阻力，尤以表面特別粗糙的為甚。

另一滑動摩擦阻力源於較為平坦的兩相對接觸固體表面在重荷高溫下而產生熔接的現象。機件兩接觸表面大部分摩擦力的產生都來自於上述這些微小的熔接處斷裂的結果。事實上，在精細研磨的表面間，這些微小的熔接是造成摩擦阻力的主因。

影響磨擦的因素

固態物質直接接觸時，其靜摩擦大於動摩擦，亦即當其一固體相對於另一固體作運動時，其摩擦阻力較小。滑動摩擦的阻力因兩接觸面所受的力量而異；但和接觸面積及速度無關。



磨擦的產生

從某些觀點來看，摩擦力的存在是很重要的。如果沒有磨擦力的存在，我們便無法正常的走路，機動車輛、煞車系統、或磨石研磨都將成為大問題。另一方面，幾乎所有的機構都有零件的相互滑動，在此摩擦阻力則非所期待的。因需作功來克服摩擦、能量浪費、損失動力及效率減損。

當摩擦被克服的同時，表面粒子的移位產生熱量，過高的溫度具有破壞性。這些摩擦的高溫可點燃火柴，也同樣足以燒毀引擎軸承。

同時，固體摩擦必定產生磨損，因兩相對的粗糙面因切削作用及細微的熔接面剪開都會造成材料磨損。不論是活塞環、輪齒或軸頸，摩擦的損害影響是相當嚴重的。

工程師的一主要課題即是控制摩擦—需要時則增加摩擦力，不需時則減少摩擦。這裡我們先談談減低摩擦。



減低磨擦

我們知道在兩滑動體之間以液狀物質分開，則摩擦力會大大的降低。如一舢舨在運河浮於水面上極易牽引，但要將它拖上沙灘則十分費力。

潤滑

潤滑就是用減摩薄膜來支撐重負荷滑動件的原理，組成這薄膜的物質即潤滑劑。這並非是很新的概念，早在幾世紀前農夫便知道用脂肪油來潤滑牛車車軸。

現代的機器更加複雜，對潤滑劑的要求也相對的嚴格，雖然基本原理不變—以液狀物質來避免金屬和金屬間之接觸—但現代的潤滑技術已成為一門複雜的學問了。

潤滑劑

所有的液體，或多或少都可提供不同的潤滑效果，其潤滑劑間不同的效果往往關係著機械運轉的成敗。

例如，水銀缺乏黏附性和濕潤性以密切的接觸金屬表面，而酒精具有良好的表面濕潤性，但無法提供足夠的黏稠性以資保護。氣體也可提供潤滑，壓縮氣體用以為特殊用途的潤滑劑。但以上這些液狀物質，都非一般所考慮使用的多用途潤滑劑。