潤滑原理之五

2004-11-05

潤滑原理之五

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！



負載對流體摩擦的影響

按上期圖15，在全流液油膜潤滑中，軸承所受的負載或壓力增加則軸承摩擦減低。事實上，如前所述，流體摩擦和壓力無關，而圖上曲線係摩擦係數而非摩擦力本身。

摩擦係數μ等於F/L，即F=μL，當全油膜狀況下軸承負載增加而使μ減低的數值，會由伴隨著負載L的增加來加以補償，所以實際的軸承摩擦力F保持未改變。

但在部分潤滑範圍中，壓力增加明顯的使μ增加，因μ及L皆增加，很顯然的軸承摩擦力F也會增加。



效率因素

自這些分析中，可以證明適當的軸承尺寸是良好潤滑的必要條件。對一定負載及速度條件，軸承需足夠大以容許全流液油膜潤滑的產生，且又不至於太大而造成過大的流體摩擦；間隙要夠大以避免相互干涉束縛在一起，而且不至於太大使油品自高壓處流失。鬆配合軸承其ZN/P曲線的相關位置較高且趨向右端如圖17所示，這也說明高黏度油品伴隨著高流體摩擦力。

有效率的運轉需選擇正確黏度的滑油，滑油的黏度恰足夠濃稠以提供軸承在全流液油膜潤滑的低摩擦力區運轉。當速度增加時，黏度低一點的滑油較合適；負載增加，則需較高黏度的油品。對一特定的應用條件下，低黏度油品適於較低的環境溫度，而環境溫度較高時選用高黏度油品較合適。



溫度-黏度之關係

在一定的程度範圍內，潤滑油可調整其本身的特性來適應變化的運轉狀況，例如速度加快需較低黏度滑油，加快速度同時產生較大的摩擦熱而降低了運轉中滑油黏度以適合新的狀況。

同樣的，較黏的油品於運轉中產生較高的溫度而使運轉中的滑油黏度下降。然而依這些情形來達成黏度和溫度平衡狀態的系統，其運轉溫度明顯的都高於選用適當滑油黏度的系統。所以正確的選用滑油黏度仍是最重要的。

基本上滑油的黏度隨溫度而改變。一油品在低溫較不易變稠，且在高溫較不易變稀稱之為高黏度指數(VI)，在環境溫度變化較大的運用中，則需選擇較高黏度指數的滑油。例如，一車用機油，其運轉的溫度範圍超過50C以上，對一引擎而言，油品需低溫起動時不會太黏滯使得起動困難，而高溫運轉又不至於太稀而無足夠的保護油膜，所以良好的潤滑特性要同時考慮黏度指數(VI)及黏度本身。



邊界潤滑

如前所述，液動潤滑係由許多因素構成，然而實際的運用時並非所有的條件都在理想狀況。如果軸頸速度太慢或壓力太大即使高黏度油品都無法避免金屬間之接觸，油品或許很濃稠足以應付震動負載但對一般負載則太過於濃稠。另外，時停時開的運轉或逆轉都足以造成油膜的崩潰。同時，對於某些重負載的齒輪潤滑—因限於小範圍的齒面接觸加上滑動及滾動混合的齒輪接觸動作—一般黏度的滑油都無法來滿足其潤滑要求。

這裡所談的狀況都非液動潤滑，而是一種缺乏全流液油膜的潤滑方式—被歸類為「邊界潤滑」。



應付較重負載的添加劑

邊界潤滑狀況有著不同的嚴苛程度，有些是中度的而有些是極端的。邊界狀況按應用有不同的嚴苛要求而有特別的滑油，這些油品的特性出於不同添加劑的使用，這些添加劑有不同的效果以增加滑油的負載能力。

負載的嚴苛程度較輕時，使用油性劑或油膜強化劑便足以應付。蝸輪、氣動工具通常以這類潤滑劑來強化。而中度嚴苛條件時，選用抗磨劑或輕度極壓添加劑。這些添加劑於抗磨性液壓油及引擎油中特別需要。對於更重負載時，則需強力的添加劑，這些稱之為極壓劑(EP)。

 

油性劑

油性劑之所以歸類為強化油膜的添加劑，是因它能增強滑油油膜以抑制其被破壞。這類型的添加劑通常來自含極性特質的動植物油。油性劑裡頭的極性分子在和礦油及金屬表面接觸時有著很強的親和力，這些分子即便受到重大的負荷作用都不易被移動。

在實際的作用時，這些分子的尾部緊緊的黏附在滑動面上。它們如同地毯的絨毛般筆直的排列著，將細微的一層滑油結合在金屬面上。這樣的排列就扮演著兩活動面間的緩衝層，雖說是非常的接近，但終究是不相接觸的。對於比較輕度的邊界潤滑狀態，這樣的作用可以有效的避免滑動件的損壞。

滑性是油性的另一用詞，這兩者都是黏度之外滑油的相關特性。油性和潤滑性只有在邊界潤滑的狀況下才得以顯現，在此時其避免油膜的破壞從而減低摩擦的損耗。



抗磨劑

磨劑又稱為輕度極壓添加劑，在中等的邊界潤滑狀況下可提供保護避免摩擦及磨損的產生。這類型的添加劑基本上是有機磷酸鹽物質例如二烷基二硫代磷酸鋅。不同於油性劑以物理的方式覆蓋於金屬表面，抗磨劑和金屬起化學反應產生一保護層使得活動件以極低的摩擦力和金屬磨耗相互滑動。這些抗磨劑有時也被稱作”抗磨痕”添加劑。