潤滑原理之三

2004-09-05

潤滑原理之三

 

吳世榮

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，就這一主題，連續為讀者作深入淺出的介紹，主要內容包含：
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！



軸承潤滑

軸瓦式止推軸承

許多重荷的止推軸承係按附圖9之滑塊作動原理而設計的，軸承盤或止推環在一連串安排的靜止塊或軸瓦上旋轉。每一軸瓦被置於樞軸、搖桿或彈簧上，以便自由傾斜及調整適當的角度作有效的運轉。每一接觸面的前緣均呈圓角，滑油便自貯油槽供給至此。

這類型的軸承用以承受垂直安置的水力發電機所給予的巨大軸向負荷。藉由止推環的轉動在止推環和軸瓦間產生一股滑油流，滑油流建立起油膜以支撐整個渦輪、發電機轉子及機軸的重量。所以依據這理論設計的機構，覆蓋在軸瓦上的巴比氏軟金屬表層在油膜被破壞之前會逐漸的磨損。



軸頸軸承

軸頸軸承的潤滑是完全應用了液動原理，其承受徑向負荷且軸頸和軸承之間需有一微小的間隙以供楔形油膜的形成。
軸頸支撐軸承這機構，我們以火車貨車廂為例，軸頸視為車軸，藉著軸承來支撐整個車廂的重量。
軸承對軸頸的使力全施於軸頸頂部而非底部，當車呈靜止時，軸承和軸頸頂部之間的油膜被擠出，留下的殘餘薄膜層不足以避免金屬和金屬面的接觸。

就如同滑塊一般，缺乏適當的潤滑油膜會引起高摩磨擦力，在軸頸開始轉動時，因垂直負荷減輕產生間隙，油開始自軸承底部滲入，另有部分滑油黏附在軸頸然後被帶至上方，在軸頸周圍擠入更多的滑油。

滑油被泵入最需潤滑的軸頸上方之狹小間隙，繼之滑油流從低壓處經由漸縮油道型態進入高壓處，如圖10，在軸頸頂部和軸承間建立起一道油楔，支撐著軸承和軸頸頂部分開，避免了金屬間之接觸。當達到平衡時，滑油的流量將軸承擠至一邊，而軸承上所加的負荷也使得軸頸頂部的油膜厚度減低了不少，斜軸瓦止推軸承也相似，這些情況中，液動潤滑所需的錐形管道會自動達成，液動潤滑壓力的最終分佈情形如圖11。

如果負荷倒轉，也就是較為常見的以軸承來支持軸頸的配置，則相互關係一一對調，低壓區在軸頸頂部，而油膜保護層則在底部形成。



軸頸軸承的設計重點

軸頸軸承可藉由元件設計而提高其效率，除了應有足夠的間隙以便漸縮流的滑油層形成外，軸承面的邊緣應加工成圓滑狀如圖12，以避免將滑油從軸頸上刮起，這如同止推軸承軸瓦一般，應避免較銳利的邊緣。

滑油只可能自軸承的低壓處進入間隙中，無論潤滑系統的設計如何，都應自此點供給滑油。如果軸承刻有溝槽來幫助滑油分佈至整個表面，溝槽也應開於低壓邊。溝槽如開在高壓處會加速將滑油自重要的潤滑處排走，同時溝槽會減低軸承的有效面積，因而增加軸承的單位負荷，溝槽勿延伸且穿透過表面的邊緣，以避免滑油流失。



流體摩擦

黏度是流體的一項特性，是液動潤滑中的重要角色，然因黏度本身是一摩擦源—流體摩擦，所以對機構及潤滑而言是功過兼具。在缺乏潤滑中的固體摩擦裡頭，流體摩擦是極微小的，不會造成磨損。然而流體摩擦會造成相當的熱及阻力，所以應予控制在最低量。