潤滑原理之二

2004-08-05

潤滑原理之二

吳世榮

 

潤滑劑

所有的液體，各扮演著不同的潤滑效果，其中有部分的液體在潤滑效果表現較佳，遠超越絕大多數的液體。這些潤滑劑間的差異往往關係著機械運轉的成敗。
例如，水銀對金屬材質缺乏良好的黏附性和濕潤性以密切的接觸金屬表面提供保護，而酒精具有良好的金屬表面濕潤性，然因其液膜太薄無法保持足夠的黏稠性以提供適當的潤滑保護膜。氣體是另一種可提供潤滑的流動性介質，例如壓縮空氣可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。



石油基潤滑劑

石油產品被公認為是最佳的潤滑劑。石油基潤滑油品具有極佳的金屬濕潤性，和建立足夠油膜所要的黏度特性，另外石油基潤滑油品尚有良好的抗水性、防銹性、黏附性、熱安定性和散熱效果以帶走潤滑件高熱，唯在此並不一一深入討論。

還有，這些特性都可於研發配製的過程中加以改良以產生適用的潤滑劑符合更廣泛的應用要求，油品並且配合先進機械設計不同的需求而一一開發，今天大多數的工業及運輸都依靠著石油基潤滑油品及燃料油，才能順利運轉。

基本的石油基潤滑劑通稱為潤滑油品或簡稱之為「滑油」，這些複雜組合的碳氫分子結構，自原油中精煉而得，各按其重要特性區分成許多的類型和級數。



黏度

要了解油品如何進入軸承中，附著在軸承上，而能承受軸承的負荷，先得解釋黏度的特質。黏度為潤滑油品最基本的特性之一，許多的論述都圍著它打轉。
黏度為一液體的抗拒流動性質。濃稠的油液如糖蜜，有相對的高黏度，流動不易；而稀薄的油液例如水，流動容易黏度低，潤滑油品依其濃稠程度，分為各種不同的黏度。

 

溫度效應

特定液體的黏度並非定數，它會隨溫度而變化。油品受熱則黏度降低，相反的溫度降低則黏度上昇，變稠而不易流動。所以單純的黏度數值並無多大意義，除非伴隨所使用的溫度條件。



液動潤滑

潤滑基本上是由液動潤滑及邊界潤滑這兩原理所決定。液動潤滑由連續的全流液油膜將兩滑動面分開，而邊界潤滑的油膜則不足以避免金屬面的接觸。
液動潤滑相當普遍，常見於各非極壓負荷的連續滑動的潤滑場合。這些滑動不論是發生於平坦的表面如止推軸承，或者是圓筒狀的滑動表面如軸頸軸承，其潤滑原理是相同的。

 

滑動面的液動潤滑

一般認為當一運動件和另一組件產生相對滑動，其間的油膜保護層會被刮起。這對於特定條件下的往復運動機構或許是對的，但經由適當的設計，這滑動運動可形成並保持滑動面間的油膜。
以一滑塊持續在一平滑表面滑動為例，需在滑塊前緣提供正確黏度的滑油，才能產生液動潤滑，且下述三個設計因素也要併入滑塊的作動考慮：

1. 避免尖銳的滑塊前緣，必須將前緣磨成斜角或圓邊以避免將滑油自固定的表面上刮除。
2. 滑塊有小幅度的自由作動以利滑塊的微傾及從支撐表面微微舉起。
3. 滑塊底部要夠寬夠大以期能浮於油膜層之上。



全流液（體）油膜

滑塊在靜止時和支撐表面是直接接觸的。滑塊的起始摩擦力較高，因為兩運動件之間尚無流液油膜層的產生。當滑塊開始滑動之後，其前緣會碰上滑油的供給，黏度在這裡特別重要。因滑油抗拒流動的效果，所以滑塊無法將滑油膜全部刮除取代。滑塊底部表面會留下薄薄的一層油膜，且滑塊藉著圓滑的前緣，逐漸的滑移在油膜層上。全流液油膜就這樣建立。

 

黏度的影響

滑塊從支撐面浮升的同時，更多的滑油積聚在底部，直到油膜建立了均勻的厚度。此時，滑塊下滑油被擠出的量和進入的量達到平衡的狀態，滑油黏度在此扮演重要的角色，適當的黏度可免除因滑塊重量擠壓作用造成過量的滑油損失。當全流液潤滑油膜建立，兩滑動表面完全分離，摩擦力也降到低點，滑塊會自主的微傾斜，其前緣稍高於後緣。

 

流體楔

上述滑塊的傾斜形成楔形油膜，這是流液油膜潤滑的必要條件。在過程中，滑塊底部的滑油呈漸縮流狀產生液動壓力來支撐滑塊，所以流液油膜潤滑的狀況是整個滑塊負荷浮在一片由滑動運動產生泵動作用而建立的滑油油膜層上。