机械设备的润滑与密封技巧

1.机械的润滑

润滑是减少摩擦与磨损的普遍方法，润滑的直接作用是在摩擦表面形成润滑膜，以减少摩擦、减轻磨损，同时润滑膜还具有缓冲、吸振的能力，有的润滑能起到散热的作用（如循环润滑），有的润滑还可以起到密封的作用（如润滑脂润滑）。

（1）润滑剂的种类 润滑剂分为液体润滑剂、半固体润滑剂、固体润滑剂和气体润滑剂等，在一般机械中常用液体润滑剂和半固体润滑剂，且通常采用润滑油或润滑脂进行润滑。

1）润滑油：工业用润滑油有合成油和矿物油两类。合成油具有优良的润滑性能，耐高温或低温，但价格髙，主要用于特殊场合。常用的是矿物油类润滑油。

矿物油类润滑油主要用作全损耗系统用油、齿轮油、压缩机油、内燃机油、主轴油、轴承油和离合器油等。根据用途不同，每大类又分为若干种，每种润滑油又按质量、使用条件和用途分为几个等级，每级有几种不同的牌号。润滑油的牌号是按照油的黏度划分的，牌号数字越大，油的黏度越高，即油越稠。

例如：全损耗系统用油一般适用于一次性润滑和某些要求较低、换油周期较短的油浴式润滑，黏度等级低的油适用于高速轻载的机械，黏度等级高的油适用于低速重载的机械；主轴油主要适用于精密机床主轴轴承的润滑及其他以油浴、压力、油雾润滑的滑动轴承和滚动轴承的润滑；齿轮油具有良好的抗氧化性和抗磨性；齿轮油，主要适用于各式闭式齿轮传动的润滑：重型机械油适用于大型轧钢机和剪断机的润滑。

润滑油的选用主要是确定油品的种类和牌号即黏度。一般根据机械设备的工作条件、载荷和速度，先确定合适的黏度范围，再选择适当的润滑油品种。如高温重载、低速，或机器在工作中有冲击、振动、运转不平稳，并经常起动、停车、反转、变载变速，或轴与轴承的间隙较大，加工表面粗糙等情况下，应选用黏度较高的润滑油；在高速、轻载、低温、采用压力循环润滑、滴油润滑等情况下，可选用黏度较低的润滑油。

2）润滑脂：是润滑油（占70%～90%）与稠化剂、添加剂等的膏状混合物。润滑脂按所用润滑油的不同可分为矿物油润滑脂和合成油润滑脂。矿物油润滑脂通常按稠化剂来分类和命名，目前应用最多的是基脂。

润滑油和润滑脂性能不同，各有特点，使用时不能完全相互代替。与润滑油相比较，润滑脂具有黏度随温度变化小，使用温度范围较广，黏附能力强，油膜强度高且耐高压和有极压性，承载能力较大，在冲击、振动、间歇运转、变速等条件下耐用，黏性大，不易流失，密封装置和使用维护都较简单，使用寿命长，消耗量少等优点。但润滑脂摩擦阻力较大，散热能力差，同时其中污物不易除去，因此不宜用于高速、高温场合。润滑脂在一般转速、温度和载荷条件下应用较多，特别是滚动轴承的润滑。

常用的润滑脂主要有钙基润滑脂、钠基润滑脂、锂基润滑脂和铝基润滑脂等。钙基润滑脂呈黄色，防水性较好，耐热性差，适用于工作温度不高或较潮湿的场合；钠基润滑脂呈暗褐色或黑色，耐热性较好，防水性较差，适用于高温重载的场合；锂基润滑脂是一种高效能的润滑脂，呈白色，具有良好的润滑性能、防水性能、耐热性、防锈性、机械安定性和良好的耐腐蚀性能，适用于高温和精密机床轴承的润滑；铝基润滑脂呈奶油状，表面光滑，具有很好的耐热性、抗水性、流动性、机械安定性和泵送性等，适用于精密仪器和高速齿轮等的润滑。

选用润滑脂的原则是：在高速重载或有严重冲击振动时，选用较稠的润滑脂，中低载荷时选用适当稀一点的润滑脂；当机器在较高温度和速度下工作时，应选用抗氧化性好、蒸发损失小、使用温度较高的润滑脂；对于潮湿和有水环境，应选用抗水性好的润滑脂。

3）固体润滑：是利用固体粉末或固体润滑膜来润滑摩擦表面的润滑方法。常用固体润滑剂有石墨、二硫化钼、二硫化钨、高分子材料（如聚四氟乙烯、尼龙、环氧树脂等）、软金属（如水银、铟、锡等）及金属的氧化物、氟化物。

固体润滑剂具有耐高温、耐高压、附着能力强、化学稳定性和耐热性好、摩擦因数小和承载能力高等特点，可在许多特殊或严酷的工作条件下有效地润滑，如高温、高负荷、超高真空、强氧化、强辐射等情况。

（2）润滑方法

油润滑方法有以下几种。

1）手工加油润滑：是指操作人员用油壶或油枪将油注入设备的油孔、油嘴或油杯中，使油流至需要润滑的部位。一般加油是凭操作人员经验来控制的，因此这种方法供油不均匀、不连续，适用于低速、轻载、间歇工作的滑动表面、开式齿轮传动、链条及其他单个摩擦副的润滑。

2）滴油润滑：是用油杯供油，利用油的自重流至摩擦表面的一种润滑方式。油杯多用铝合金制成骨架，杯壁和检査孔用透明塑料或玻璃制造，以便观察杯中油位。常用滴油油杯有油绳式油杯、针阀式油杯和旋转式油杯等。图6-83所示为常用的油杯结构，常用于滑动轴承的润滑。

图6-83 常用的油杯结构

a）油绳式油杯 b）针阀式油杯 c）旋盖式油杯

3）油环或油链润滑：是将油环或油链挂在水平轴上，下部浸入油中，依靠摩擦力被轴带动旋转，将油带至轴颈上，润滑轴承，如图6-84所示。

图6-84 油环或油链润滑结构

a）油环润滑 b）油链润滑

4）油浴和飞溅润滑：油浴润滑是利用齿轮、蜗杆或蜗轮等构件的旋转运动将油箱、油池中的油带至摩擦部位进行润滑的一种方式。飞溅润滑是油浸到旋转件的一定深度，使旋转件能将油溅起并散布到其他零件上进行润滑的一种方式，如图6-85所示。油浴润滑和飞溅润滑简单可靠，供油连续，但有搅油损失，易使油发热和氧化变质，主要用于闭式齿轮传动、蜗杆传动、链传动和内燃机等。

5）喷油润滑：是将压力油通过喷油嘴喷至摩擦表面的一种润滑方式，可起到既润滑又冷却的作用，如图6-86所示蜗杆传动的润滑。通常对于v＞10m/s的齿轮传动应采用喷油润滑，将油从轮齿的啮入方向喷到啮合处的齿隙中。

6）压力强制润滑：是利用油泵、阀和管路等装置将油箱中的油以一定的压力输送到多个摩擦部位进行润滑的一种方式。其润滑油循环使用，即为压力强制循环润滑。对于润滑点多而集中、负荷较大、转速较高的重要机械设备，如内燃机和机床主轴箱等，常采用这种润滑方法。

图6-85 油浴润滑和油池飞溅润滑

a）油浴润滑 b）油池飞溅润滑

7）油雾润滑：是以压缩空气作为动力，使油液雾化，产生一种像烟雾一样的、粒度在2μm以下的干燥油雾，然后经管道精确地将新鲜、洁净的雾状润滑油传送到多个润滑点，均匀地覆盖被润滑部件，对部件进行润滑和冷却的一种方式。

油雾润滑适用于封闭的齿轮、蜗轮、链条、滑板、导轨以及各种轴承的润滑。目前，在冶金企业中，油雾润滑装置用于大型、高速、重载的滚动轴承的润滑。

油雾润滑与其他润滑方式相比较有许多优点：压缩空气可以弥散到所有需要润滑的摩擦部位，从而可以获得良好而均匀的润滑效果；很容易带走摩擦所产生的热量；可以大幅度降低润滑油的损耗；润滑系统结构简单轻巧，动力消耗低，维护管理方便，易于实现自动控制，成本低；由于油雾具有一定的压力，因此可以起良好的密封作用，同时避免了外界杂质、水分等的侵入。油雾润滑也存在一些缺点，如在排出的压缩空气中含有一定量的浮悬油粒，会污染环境；因油雾侵入电动机绕组将会降低绝缘性能，缩短电动机的使用寿命，因此不宜用在电动机轴承上；油雾的输送距离不宜太长，且必须具备一套压缩空气系统等。

图6-86 喷油润滑

脂润滑方法指用润滑脂润滑的方法。润滑脂的加脂方式有人工加脂、脂杯加脂和集中润滑系统供脂等。对于单机设备上的轴承、链条等部位，润滑点不多，大多采用人工加脂和脂杯加脂。对于润滑点很多的大型设备、成套设备，如矿山机械、船舶机械和生产线，常采用集中润滑系统。集中供脂装置一般由贮脂罐、给脂泵、给脂管和分配器等部分组成。

（3）常用机械装置的润滑

1）滑动轴承的润滑：滑动轴承的轴颈与轴瓦为面接触，摩擦和磨损严重。选用滑动轴承的润滑剂要考虑轴颈的速度、轴承的工作条件、工作要求和工作环境等因素，一般选用矿物润滑油和润滑脂，尤其以润滑油应用最广。

采用油润滑时，合理选择润滑油的黏度是很重要的，一般润滑油黏度的大小可由轴颈转速、轴承间隙及轴承所承受的负荷来决定，应具有在轴承工作温度下形成油膜的最低黏度。低速重载、温度较高、加工粗糙、轴与轴承的间隙较大等情况下，宜选用黏度较大的润滑油；高速时，宜选用低黏度的润滑油。

润滑脂适用于轴颈速度小于1～2m/s的滑动轴承，在温度变化大或高速场合不宜使用。

重要或精密机床主轴的滑动轴承，一般均采用连续润滑方式，如滴油润滑、油浴润滑或压力润滑等，以保证其在工作时润滑充分；小型、低速或间歇运转的滑动轴承，可用油壶或油杯进行人工定期供油润滑。(www.xing528.com)

2）滚动轴承的润滑：滚动轴承可釆用油润滑或脂润滑。选用润滑油或润滑脂时要考虑摩擦副的运动性质及速度、工作条件、环境温度、摩擦表面的状态、润滑方法及机床的特殊要求等因素。高温条件下工作的润滑剂，要有较好的热稳定性和化学稳定性；液压系统用油要有较好的抗氧化性、抗磨损性、抗泡沫性和防锈蚀性等。常用润滑油有全损耗系统用油和主轴油等。在高速、轻载时，应选用低黏度润滑油或润滑脂；低速、重载、冲击、振动或间歇性工作条件下应选用高黏度的润滑油或润滑脂。轴承润滑脂一般在装配时加入，润滑脂的充填量约占轴承内部空间的1/4～1/3，高速时不超过1/3，如图6-87所示。

滚动轴承的润滑方式要根据轴承具体的工作情况来确定，如间歇运动机构的轴承可采用间歇式润滑，低速轴承可采用油浴润滑。

3）变速箱的润滑：变速箱是机械设备中最重要的部件，其结构复杂，通常由箱体、传动轴、轴承、齿轮副、联轴器、离合器、凸轮、螺旋副及操纵机构等组成，各种不同的摩擦副集中在同一箱体中，因此一般均采用集中润滑的方式。对于变速箱中的齿轮副，其润滑方式要根据齿轮工作的线速度来确定，如齿轮旋转的最大线速度小于0.8m/s时，可采用手工涂润滑脂的方法；如线速度在0.8～12m/s时，可采用浸油润滑；当齿轮的线速度大于12m/s时，可采用压力喷油润滑；其他情况可用润滑脂润滑。润滑油的黏度可根据变速箱的变速级数、齿轮中心距和环境温度等进行选择。

4）导轨的润滑：导轨分为滑动导轨、静压导轨和滚动导轨。以滑动导轨为例，对于精密机床导轨，其滑行速度很慢，如果润滑剂供给不足、质量不好或选择不当时，容易产生爬行现象，需选用具有良好的抗爬行性能并具有合适黏度的导轨油，而不能选用一般的全损耗系统用油。当机床导轨面负荷较大时，应选用黏度较高的导轨油；负荷较小时，可选用黏度稍低一些的导轨油。当导轨面负荷较小、摩擦频率较低时，宜采用间歇无压润滑；当导轨面负荷较大且连续摩擦时，宜采用连续压力循环润滑。

图6-87 滚动轴承的脂润滑

5）链传动机构的润滑：链传动的润滑方式是根据其结构和工作情况来确定的，根据链节距和链速的不同可采用不同的链传动润滑方式，常用的润滑方式有人工定期润滑、滴油润滑、油浴式飞溅润滑和压力喷油润滑，常用的润滑剂为全损耗系统用油，且高温环境工作时应选用黏度较大的润滑油。

2.机械的密封

机械装置中的密封，指采用适当的措施以阻止润滑剂和工作介质的泄漏，防止灰尘、杂质和水分等的侵入，使封闭腔保持密封，从而避免资源、能源的浪费和环境的污染，保证设备的可靠运行。

密封主要有静密封和动密封两类。两零件结合面间没有相对运动的密封称为静密封；在工作状态下两零件结合面之间有相对运动的密封，称为动密封。

（1）静密封 静密封时，两结合面平整、光洁，在螺栓或螺钉的紧固压力作用下贴紧而密封，一般结合面的间隙小于5μm。如减速器上、下箱体凸缘处的密封、轴承端盖与轴承座端面的密封等。

实现静密封的方法是靠有一定宽度并加工平整的面、加金属或非金属垫圈、加密封胶等实现密封，如图6-88所示。

图6-88 静密封

a）间隙小于5μm的研磨面密封 b）垫片密封

c）间隙小于0.1μm的密封胶密封 d）密封圈密封

（2）动密封 动密封又分为往复动密封、旋转动密封和螺旋动密封，现仅讨论旋转动密封。旋转动密封可分为接触式和非接触式两类。所有的静密封和大部分的动密封都是靠密封面互相靠近或嵌入以减少或消除间隙，达到密封的目的的，这类密封方式称为接触式密封。密封面间有间隙，依靠各种方法减少密封间隙两侧的压力差而阻漏的密封称为非接触式密封。

1）接触式密封。

①毡圈密封：是以尺寸已标准化的毡圈为密封元件，毡圈内径略小于轴的直径。将毡圈装在轴承盖的梯形槽中，一起套在轴上，利用其弹性变形后对轴表面的压力封住轴与轴承盖间的间隙，如图6-89所示。

毡圈密封结构简单，易于更换，成本较低，但摩擦和磨损较大，易吸潮而腐蚀轴颈，适用于工作环境比较清洁的脂润滑的密封，密封处的圆周速度不应超过10m/s，工作温度应低于125℃，轴颈表面的粗糙度值Ra≤0.8μm。装配前，毡圈应先放在黏度稍高的油中浸渍饱和，使其达到最佳的密封效果。

②唇形密封圈密封：由耐油橡胶体、金属骨架和弹簧圈等部分组成，如图6-90a所示，依靠唇部自身的弹性和弹簧的压力压紧在轴上实现密封。唇形密封圈密封效果好，易装拆，主要用于轴的线速度小于20m/s、工作温度小于100℃的油润滑的密封。

图6-89 毡圈密封

安装时应注意密封唇的方向：当唇口对着轴承安装时，主要用于防止漏油，如图6-90b所示；当唇口背着轴承安装时，主要用于防止外界污物侵入；反向安装两只密封圈时，既可以防止漏油又可以防尘，提高了密封效果，如图6-90c所示。

图6-90 唇型密封圈密封

③机械密封：又称端面密封，将动环固定在轴上随轴转动，静环固定在轴承盖内，在液体压力和弹簧压力的作用下，动环与静环的端面紧密贴合，起到良好的密封作用，如图6-91所示。

机械密封已标准化，具有密封性好、摩擦损耗小、工作寿命长和使用范围广等优点，用于高温、高压、高速、低温或工作环境恶劣的转动轴的密封。

2）非接触式密封

①间隙密封：是靠轴与轴承盖的孔之间充满润滑脂的微小间隙实现密封的，一般间隙为0.1～0.3mm。为提高密封效果，常在轴承盖孔内加几个环形槽，并充满润滑脂，如图6_-92所示。这种装置常用于环境比较清洁、干燥的脂润滑轴承的外密封。

图6-91 机械密封

图6-92 间隙密封

②曲路密封：曲路密封是在转动件与固定件间形成曲折的窄缝，并在缝隙中充填润滑脂形成的密封，如图6-93所示，有轴向曲路和径向曲路两种形式。这种密封无论是对油润滑还是对脂润滑都十分可靠，且工作时轴的转速越高，密封效果越好，多用于多尘、潮湿和轴表面圆周速度小于30m/s的场合。

③挡油环密封：是将挡油环固定在轴上，工作时随轴一起转动，利用离心力甩去落在挡油环上的油和杂质，起到密封作用。挡油环常用于减速器内的齿轮用油润滑、轴承用脂润滑时轴承的密封，既可以防止外部油流冲击使润滑脂流失，也可以阻止轴承中的润滑脂泄漏到油中，如图6-94所示。

图6-93 曲路密封

图6-94 挡油环密封