潤滑

相對運動物體表面加入第三種物質—潤滑劑，降低摩擦、減少磨損，改善摩擦副的摩擦狀態以降低摩擦阻力、減緩磨損的技術措施。

按摩擦副之間潤滑材料的不同，潤滑可分為流體（液體、氣體）潤滑和固體潤滑（見潤滑劑）。按摩擦副之間摩擦狀態的不同，潤滑又分為流體潤滑和邊界潤滑。介於流體潤滑和邊界潤滑之間的潤滑狀態稱為混合潤滑，或稱部分彈性流體動壓潤滑。 ^[1] 

流體潤滑 　在適當條件下，兩相互摩擦表面可以被一層具有一定厚度（1.5～2微米以上）的粘性流體隔開，由流體壓力平衡外載荷，流體層內的分子大部分不受摩擦表面離子電力場的作用而可自由移動，即摩擦只存在於流體分子之間的潤滑狀態。流體潤滑的摩擦係數很低（小於0.01）。按潤滑膜壓力的產生方式，流體潤滑可分為動壓潤滑和靜壓潤滑。

在傳統的潤滑力學研究中，摩擦體和潤滑流體分別被看作為剛性體和粘性流體（牛頓流體）。實際上摩擦體是彈性體，不過有時可以把它簡化為剛性體。需要考慮彈性變形和壓力對粘度影響的流體動壓潤滑，稱為彈性流體動壓潤滑。摩擦體處於塑性狀態時需要考慮塑性效應的流體動壓潤滑，稱為塑性流體動壓潤滑。流體潤滑的傳統研究方法始於1886年，奠基人為英國的O.雷諾。後人把傳統潤滑力學研究成果統稱為經典潤滑力學。

在流體潤滑中，流體的粘性一般用粘度來評定。圖1為假設流體為不可壓縮並作層片狀流動的模型。流體對切向運動的粘性剪切阻力，即切應力τ與速度梯度(流體速度u沿垂直於層片方向y的變化率)的關係為式中η為比例常數，即粘度，又稱動力粘度。上述關係稱為流體層流流動（圖2）的內摩擦定律，又稱牛頓內摩擦定律。流體的流動行為符合此定律的稱為牛頓流體。對於脂類塑性體(稱非牛頓流體)相應的內摩擦定律為式中 τ0為脂的初始剪切阻力。有時還應考慮流體流動對時間的依從關係。 　雷諾方程是描述流體動壓潤滑膜壓力分佈的基本方程。傳統的雷諾方程是基於粘性流體的運動方程，又稱納維－斯托克斯方程。它是與質量連續性方程合併後根據某些假設簡化得出的。描述流體潤滑膜壓力分佈的普遍雷諾方程為式中v1、v2分別為邊界面1、2沿x方向的速度；t為時間；η為流體的動力粘度；p為流體膜的壓力為流體的密度；h為膜厚度。此式左邊兩項表徵膜壓力分佈，右邊三項表明流體動壓潤滑膜壓力產生的原因，即楔入效應、表面伸張效應和擠壓效應。

通常表面伸張效應極微，可以忽略。當膜厚h無變化時，擠壓效應也可忽略。因此在大多數工況下，潤滑流體的楔入效應為產生膜壓力的主要項。對於氣體動壓潤滑，還要對上述普遍雷諾方程附加一狀態方程，如認為潤滑氣體為真實氣體，滿足多方關係，則附加的方程為式中T為絕對温度；R為特定氣體的氣體常數；n為多方膨脹指數，n=cp/cv，cp和cv分別為定壓比熱容和定容比熱容。當n=1時，為等温流動；當n=1.401(空氣)時，為絕熱流動。此外，當潤滑膜中的温度變化很大，從而使粘度發生顯著變化時，還須對普遍雷諾方程附加一能量方程聯立求解。 ^[1] 

邊界潤滑　兩相互摩擦表面間存在一層薄膜（邊界膜）時的潤滑狀態。這種現象通常出機器起動或停車時。邊界膜可分為吸附膜和反應膜等（圖3）。潤滑劑中的極性分子吸附在摩擦表面所形成的膜稱為吸附膜。吸附膜又分為物理吸附膜和化學吸附膜。①物理吸附膜：分子的吸引力將極性分子牢固地吸附在固體表面上，並定向排列形成一至數個分子層厚的表面膜。②化學吸附膜：潤滑油中的某些有機化合物（如二烷基二硫代磷酸鹽、二元酸二元醇酯等）降解或聚合反應所生成的表面膜，或潤滑油中極性分子的有價電子與金屬表面的電子發生交換而產生的化學結合力，使金屬皂的極性分子定向排列並吸附在表面上所形成的表面膜。潤滑油中的添加劑，如含硫、磷、氯等有機化合物的極壓劑，與金屬表面起化學作用生成能承受較大載荷的表面膜稱為反應膜。在兩個摩擦面上凸峯直接接觸相對運動時所產生的摩擦熱作用下，反應膜不斷形成和破壞。　吸附膜達到飽和時，極性分子緊密排列，分子間的內聚力使膜具有一定的承載能力，防止兩摩擦表面直接接觸。圖4為吸附膜的潤滑作用模型。當摩擦副相對滑動時，吸附膜如同兩個毛刷子相對滑動，能起潤滑作用，降低摩擦係數。反應膜熔點高，不易粘着，剪切強度低，摩阻力小，又能不斷破壞和形成，故能防止金屬表面直接接觸而起潤滑作用。 ^[1] 

影響吸附膜潤滑性能的因素有極性分子的結構和吸附量、温度、速度和載荷等。當極性分子中碳原子數目增加時，摩擦係數降低。極性分子吸附量達到飽和時，膜的潤滑性能良好並穩定。當工作温度超過一定範圍時，吸附膜將散亂或脱附，潤滑失效。通常吸附膜的摩擦係數隨速度的增加而下降，直到某一定值。在一般工況下，吸附膜的摩擦係數與幹摩擦相同，不受載荷的影響。反應膜在極高壓力下有很強的抗粘着能力，潤滑性能比任何吸附膜更穩定，它的摩擦係數隨速度的增加而增加，直到某一定值。反應膜常用於重載、高速和高温等工況下。 ^[1] 

在一定的工作條件下，邊界膜抵抗破裂的能力稱為邊界膜的強度。它可用臨界pv值、臨界温度值或臨界摩擦係數來表示。①臨界pv值：在正常的邊界潤滑中，當載荷p或速度v加大到某一數值，摩擦副的温度突然升高，摩擦係數和磨損量急劇增大。邊界膜強度達到極限值時相應的pv值稱為臨界pv值。②臨界温度值：當摩擦表面温度達到邊界膜散亂、軟化或熔化的程度時，吸附膜發生脱附，摩擦係數迅速增大但仍具有某些潤滑作用，這時的温度稱為第一臨界温度。當温度繼續升高到使潤滑油（脂）發生聚合或分解，邊界膜完全破裂，摩擦副發生粘着，磨損劇增時的温度稱為第二臨界温度。臨界温度是衡量邊界膜強度的主要參數。③臨界摩擦次數：邊界膜達到潤滑失效時所重複的摩擦次數稱為臨界摩擦次數 ^[2] 

在兩個相對摩擦的表面之間加入潤滑劑，形成一個潤滑油膜的減磨層，就可以降低摩擦係數，養活摩擦阻力，減少功率消耗。例如在良好的液體摩擦條件下，其摩擦係數可以低到0.001甚至更低。此時的摩擦阻力主要是液體潤滑膜內部分子間相互滑移的低剪切阻力。 ^[1] 

潤滑劑在摩擦表面之間，可以養活由於硬粒磨損、表面鏽蝕、金屬表面間的咬焊與撕裂等造成的磨損。因此，在摩擦表面間供應足夠的潤滑劑，就能形成良好的潤滑條件，避免油膜有破壞，保持零件配合精度，從而大大養活磨損。 ^[1] 

潤滑劑能夠降低摩擦係數，養活摩擦熱的產生。我們知道運轉的機械，克服摩擦所做的功，全部轉變成熱量，一部分由機體向外擴散，一部分則不斷使機械温度升高。採用液體潤滑劑的集中循環潤滑系統就可以帶走磨擦產生的熱量，起到降温冷卻，使機械控制在所要求的温度範圍內運轉。 ^[1] 

機械錶面，不可避免地要和周圍介質接觸（如空氣、水濕、水汽、腐蝕性氣體及液體等）使機械的金屬表面生鏽、腐蝕而損壞。尤其是冶金工廠的高温車間和化工廠腐蝕磨損顯得更為嚴重。 ^[1] 

蒸汽機、壓縮機、內燃機等的汽缸與活塞，潤滑油不僅能起到潤滑減磨作用，而且還有增強密封的效果，使其在運轉中不漏氣，提高工作效率的作用。潤滑脂對於形成密封有特殊作用，可以防止水濕或其他灰塵、雜質浸入摩擦副。例如採用塗上潤滑脂的油浸盤根，對水泵軸頭的密封既有良好的潤滑作用，又可以防止泄漏和灰塵雜質浸入泵體而起到良好的密封作用。此外，潤滑油還有減少振動和噪聲的效能。 ^[1] 

潤滑油或潤滑脂的供應方法在設計中是很重要的，尤其是油潤滑時的供應方法與零件在工作時所處的潤滑狀態有這密切的關係。 ^[1] 

向潤滑表面施加潤滑油的方法。 ^[1] 

針閥油杯和油芯油杯都可以做到連續滴油潤滑，兩者的區別就是針閥油杯在停車時同時停止供油，而油芯油杯在停車時繼續滴油，會引起無用的消耗。 ^[1] 

油環套在軸頸上，下部浸在油中，當軸頸轉動時會帶動油環轉動，將油帶到軸頸表面進行潤滑 ^[1] 

利用轉動件或曲軸的曲柄等將潤滑油濺成油星以潤滑軸承 ^[1] 

用油泵進行壓力供油潤滑，可保證供油充分，能帶走摩擦熱以冷卻軸承 ^[1] 

脂潤滑只能間歇供應潤滑脂，旋蓋式油脂杯是應用的最廣的脂潤滑裝置，杯中裝滿潤滑脂後，旋動上蓋即可將潤滑脂擠入軸承中，有的也使用油槍向軸承補充潤滑脂。 ^[1] 

隨着人們環保意識的提高，潤滑技術逐漸向高效、環保方向發展，水基衝壓潤滑技術正是科學發展的產物。其是一種合成物，綜合了多種潤滑成份的優點。潤滑性能更好，特別是冷確性能良好，滲透性能好，對環境污染小，是衝壓用潤滑油發展的方向。水基潤滑油主要應用於工件成型過程中的凸模拉延、衝孔、衝裁、彎曲等工藝，可以完成最難的深衝凸模拉延。經過專業衝壓潤滑技術和產品研發機構IRMCO做出大量實驗，得出環保型水基衝壓潤滑較普通潤滑的優勢所在：1、增加模具壽命 2、高強度鋼成型 3、降低原材料費用 4、節省能源 5、高效生產、增加附加值 6、保護環境 7、減少油污和廢料 8、無油煙限制 9、雜項費用成本降低。 ^{[1]  [3]}