润滑的分类与状态

　　润滑的分类方法若按照润滑剂的物质形态分，可分为气体润滑、液体润滑、半固体润滑和固体润滑。若润滑膜在摩擦表面的分布状态分，可分为全膜润滑和非全膜润滑。

　　（1）气体润滑

　　气体润滑一般采用空气、蒸气或氮气、氦气等一些情性气体作为润滑剂，进行气体润滑时使用高压气体作为润滑剂，将摩擦表面隔开。气体润滑的优点是摩擦系数极小，几乎接近于零，且气体的粘度不受温度影响，因而气体润滑的轴承，阻力小、精度高。如航空用的惯性陀螺仪轴承、高速磨头的轴承就采用气体润滑。

　　（2）液体润滑

　　使用的润滑剂包括有矿物润滑油、合成润滑油、乳化油等不同粘度和品质性能的液态油剂，甚至液态水也可作为润滑剂（如冶金设备中轧机的胶木轴瓦就是用水润滑并兼冷却）。液体润滑剂品种多、性能好，适于各种工作条件的摩擦副，亦较易实现全膜润滑的要求和实现各项润滑作用，所以在工矿企业的机械设备中广泛采用。

　　（3）半固体润滑

　　半固体润滑是指使用一种介乎流体与固体之间的、呈塑性状态或膏脂状态的半固体物质，例如润滑脂作为润滑剂的润滑，这种润滑脂一般有矿物脂、合成脂、动植物脂等。润滑脂具有粘附性好、不流失、不滴落、抗压性好、密封防尘好，抗腐蚀性强等特点，故应用也非常普遍，是仅次于液体润滑的一种润滑类型。

　　（4）固体润滑

　　固体润滑是采用具有特殊润滑性能的固态物质作为润滑剂的润滑，这种润滑剂一般有石墨、二硫化钼、二硫化钨等。固体润滑剂温度适应性强，既可在高温也可在低温下工作；形成的润滑膜较稳定，既耐压又不易变质和老化，可以在高负荷低转速的条件下工作。故这类润滑多在上述三类润滑难以胜任的场合应用，例如高温、高压、高真空等工作条件的润滑。

　　（5）全膜润滑

　　摩擦副的摩擦面之间有一层完整的润滑膜，将摩擦表面完全隔开，使摩擦变成是润滑膜的内部分子之间的内摩擦，而不是摩擦副表面间的外摩擦，这叫全膜润滑，是一种理想的润滑状态。

　　利用流体润滑剂的全膜润滑又可分为动压全膜润滑和静压全膜润滑。利用流体润滑剂流过摩擦表面时产生的动压力来平衡外载荷，并将其隔开而实现的全膜润滑叫动压全膜润滑。动压润滑又可进一步分为刚性流体动压润滑与弹性流体动压润滑，前者不考虑润滑剂粘度因压力而变化，并将摩擦副视为刚性，不发生弹性变形，后者则考虑粘度变化与弹性变形。通过一套高压系统，将有压力的流体润滑剂强行供到摩擦副的摩擦表面间，强制形成有压力的润滑膜以平衡外载荷并将其隔开而实现的全膜润滑叫静压全膜润滑。此外也有动、静压全膜润滑，这是前两者的联合，一般是在摩擦副没有相对运动，或开始进入相对运动，或开始结束相对运动时采用静压润滑，而在正常运转时采用动压润滑，从而使摩擦副始终保持在全膜润滑状态。

　　对于使用固体或半固体润滑剂时，也可以形成一层完整的润滑膜，而且在边界摩擦和极压摩擦状态下，只要润滑剂选用得当，在一定条件下同样也能获理一层完整的边界润滑膜与极压润滑膜，因而也可叫全膜润滑。

　　（6）非全膜润滑

　　摩擦表面的润滑膜，由于某些因素的影响而遭到破坏，使得一部分有润滑膜，一部分则变为干摩擦，这种状况称为非全膜润滑。导致非全膜润滑的因素很多，例如摩擦表面粗糙度太大，载荷过大、速度变化、润滑剂选用不当等。非全膜润滑是不理想的润滑，比之全膜润滑，其摩擦系数较大，磨损较快，因此应尽可能设法减少和避免这种润滑状态。

　　采用液体润滑剂的非全膜润滑又叫非液体润滑、半液体润滑或混合润滑，液体润滑膜不连续、不均匀、摩擦面上同时出现液体润滑、边界润滑和干摩擦的润滑状态。

　　（7）摩擦特性曲线与润滑状态

　　为了确保设备摩擦副的正常工作，人们总是希望摩擦副能经常处于全膜润滑状态。但实际上，由于各种因素的影响，设备却经常出现非全膜润滑状态。也就是说，此两种状态的出现是因条件而异，且是可逆的，两者因条件变化而出现的转变过渡，可以用一条表示润滑状态的"摩擦特性曲线"来显示，如图1-3所示。

　　纵座标f为摩擦系数，横座标So叫广义的索莫菲系德（Sommerfeld）数，。这里η为润滑剂粘度，n为摩擦副（轴颈）转速，p为摩擦副（轴承）的单位压力。

　　图1-3中分为两大区五小区。两大区是非全膜润滑状态区与全膜润滑状态区。五小区之"I"是边界润滑状态，润滑膜厚度很少，只有3~4个单分子层或更薄，又不是可使两表面隔开的、特殊的边界膜，故相互接触的微凸体很多，并作为承受外载荷的主力，在本小区工作的润滑剂粘度已不起作用；"Ⅱ"是以边界润滑为主、液体润滑为辅的半液体润滑状态，润滑膜厚度较少，相互接触的微凸体仍较多，仍由微凸体承受较大的外载荷，润滑剂粘度仍不起作用或作用甚少；"Ⅲ"是以液体润滑为主、边界润滑为辅的半液体润滑状态，润滑膜厚度仍不足以形成全膜润滑，但相互接触的微凸体较小，外载荷主要由润滑膜承受，润滑剂粘度已起作用，对润滑状态产生影响；此"I"、"Ⅱ"及"Ⅲ"组成非全膜润滑大区，因为三者的润滑膜都是不连续、不完整的。"Ⅳ"是润滑膜较薄的液体润滑，润滑膜虽尚未达到理想的厚度，但在摩擦面上已连续覆盖，没有微凸体直接接触，外载荷全由润滑膜承受，粘度起主要作用；"Ⅴ"是有足够厚度的润滑膜将摩擦表面完全隔开的液体润滑，摩擦阻力取决于润滑剂的粘度--内摩擦，摩擦副原则上不会产生磨损；此"Ⅳ"及"Ⅴ"组成全膜润滑大区，因为两者的润滑膜都是连续、完整的，摩擦副处于液体润滑状态。

　　一般滑动轴承在运转过程中的润滑状态化情况可以应用图1-3来说明。起动时，就算是空载起动亦有一定的负载，但转速却从零开始，即So从零开始，逐步增加至设计要求的转速与负载，而与其相应的润滑状态则从"I"的边界润滑开始，经过"Ⅱ"、"Ⅲ"的非全膜润滑过渡到设计要求的"Ⅳ"或"Ⅴ"的全膜润滑；但当轴承制动以至停止运转时则相反，由"Ⅴ"或"Ⅳ"的全膜润滑，经过"Ⅲ"、"Ⅱ"的非全膜润滑，最后终止于"I"的边界润滑。而启动升速与制动降速关停的摩擦系数变化情况（规律）则按图中的曲线。由此可知，按纯动压润滑设计的滑动轴承是不可能确保整个运转过程都处于全膜润滑状态，这种情况对那些需频繁起动的轴承尤其不利，要想全过程都能保持全膜润滑，唯有采用静压润滑或动、静压混合润滑设计的轴承。

　　（8）膜厚比与润滑状态

　　摩擦特性曲线用来显示并解释以刚性流体动压理论为基础的诸如径向和推力滑动轴承等摩擦副的润滑情况是非常符合实际的，但对于像渐开线齿轮、滚动轴承等赫兹接触的摩擦副，其润滑的理论基础是弹性流体动压理论，一般不用上述曲线来描述其润滑状态，而是用膜厚比λ来表述。

　　摩擦副摩擦表面的微观状态是粗糙不平的，要将其完全隔开，则润滑膜的厚度必需大于表面的粗糙度，否则其微凸体的峰顶就可能接触而达不到全膜润滑，而且不是大一点点，而是以数量级来考虑才能确保，这既是形成油膜压力以平衡载荷的需要，也是一个安全度的问题，正如通常零件设计的安全系数一样。亦即是说，摩擦副的润滑状态与摩擦表面的粗糙度及润滑膜的厚度有关，一般用膜厚比来衡量。根据弹性流体动压润滑理论，膜厚比λ的计算可用式1.1表示。

　　式中h0为润滑膜厚；Rq1、Rq2分别是摩擦副两表面1和表面2的粗糙度的均方根值。一般认为：

　　当λ＞3时，为全膜润滑，也叫完全弹流，润滑膜完整、连续，将两摩擦表面完全分开；

　　当1≤λ≤3时，为非全膜润滑，也叫部分弹流，但仍以润滑膜承载为主，只少部分微凸体接触，自然，润滑膜已不完全连续、完整；

　　当λ＜1时，为以微凸体接触压力为主来承载的非全膜润滑，相当于摩擦特性曲线的"I"区，故实际上处于边界润滑状态。