汽车运行材料课件 第5章 发动机润滑油.ppt
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1、汽车与交通学院汽车与交通学院2012年年09月月汽车运行材料第五章发动机润滑油汽车运行材料前言当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的趋势时，在两物体的接触面之间有阻碍它们相对运动的作用力，这种力叫摩擦力。接触面之间的这种现象或特性叫“摩擦”。运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐丧失或者迁移，这就是磨损。可以说，只要有摩擦，就会有磨损。只要有摩擦，就会有磨损。汽车运行材料前言摩擦的有益之处摩擦的有益之处走路拿（握、夹）东西磨刀摩擦生热汽车行驶离合器制动器皮带传动输送带摩擦的无益之处摩擦的无益之处能量的无益损耗机器寿命的缩短降低机械效率n世界上使用的能源大约有世界上使用的能源大约
2、有 1/31/2 1/31/2 消耗于摩擦。消耗于摩擦。n机械产品的易损零件约机械产品的易损零件约80%80%是由于是由于磨损超过限度而报废和更换的。磨损超过限度而报废和更换的。我们必须思考：为什么会产生摩擦；如何减小无益摩擦。汽车运行材料前言摩擦产生机理摩擦产生机理1“机械说”。15世纪至18世纪，科学家们认为摩擦是由于互相接触的物体表面粗糙不平产生的。两个物体接触挤压时，接触面上很多凹凸部分就相互啮合。如果一个物体沿接触面滑动，两个接触面的凸起部分相碰撞，产生断裂、摩损，就形成了对运动的阻碍。2“分子说”。最早由英国学者德萨左利厄斯于1734年提出，他认为两个表面抛得很光的金属，摩擦会增大
3、，可以用两个物体的表面充分接触时它们的分子引力将增大来解释。汽车运行材料前言3“机械分子说”。上世纪中期诞生。两个互相接触的表面，无论多么光滑，从原子尺度看还是粗糙的，微凸起的顶部发生接触产生法向压力。如果这个压力很小，微凸起的顶部发生弹性形变；如果法向压力较大，超过材料的弹性限度，微凸起的顶部便发生塑性形变，被压成平顶，这时互相接触的两个物体之间距离变小到分子（原子）引力发生作用的范围，于是，两个紧压着的接触面上产生了原子性粘合。这时要使两个彼比接触的表面发生相对滑动，必须对其中的一个表面施加一个切向力，来克服分子（原子）间的引力，剪断实际接触区生成的接点，这就产生了摩擦。汽车运行材料摩擦学
4、摩擦学-研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润滑，以及三研究相对运动的作用表面间的摩擦、磨损和润滑，以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。前言减小无益摩擦的措施减小无益摩擦的措施 避免两表面的直接接触。u气垫船u磁悬浮u润滑剂相对运动物体表面加入的第三种物质，降低摩擦、减少磨损。润滑是改善摩擦副的摩擦状态以降低摩擦阻力、减缓磨损的技术措施。一般通过润滑剂来达到润滑的目的。汽车运行材料前言干摩擦 在两个滑动摩擦表面之间不加润滑剂，使两表面直接接触，这时的摩擦称为干摩擦。根据摩擦物体的表面润滑程度，摩擦可分为干摩擦时，摩擦阻力大，摩擦表面磨损严重。
5、因此，在机械设备中，除了利用摩擦力（如各种摩擦传动装置和制动器）的情况以外，在其他机械传动中，干摩擦是绝对不允许的。汽车运行材料前言边界摩擦（又叫边界润滑）在两个滑动摩擦表面之间，由于润滑剂供应不充足，无法建立液体摩擦，只能依靠润滑剂中的极性分子在摩擦表面上形成一层极薄的（0.10.2m）“绒毛”状油膜润滑。这层油膜能很牢固地吸附在金属的摩擦表面上。这时，相互接触的不是摩擦表面本身（或有个别点直接接触），而是表面的油膜。汽车运行材料前言流体摩擦（又叫液体润滑）在滑动摩擦表面之间，充满润滑剂。表面不直接接触，这时摩擦表面不发生摩擦，而是在润滑剂的内部产生摩擦，所以称为流体摩擦。流体摩擦时其摩擦系
6、数最小，摩擦表面不发生磨损，是理想的摩擦状态。所以在机器零件的摩擦表面上应尽量建立流体摩擦，这样才能延长零件的使用寿命。汽车运行材料前言混合摩擦 介于干摩擦和边界摩擦之间的一种摩擦形式。半干和半液体摩擦常在以下几种情况下发生：机器起动和制动时；机器在做往复运动和摆动时；机器负荷剧烈变动时；机器在高温、高压下工作时；机器的润滑油黏度过小和供应不足时等。向承载的两个摩擦表面引入润滑剂，是减少摩擦力及磨损等向承载的两个摩擦表面引入润滑剂，是减少摩擦力及磨损等表面破坏的有效措施之一。表面破坏的有效措施之一。混合摩擦能有效降低摩擦阻力，其摩擦系数比边界摩擦时要小得多。汽车运行材料前言润滑剂润滑剂液体（如
7、油、水及液态金属）液体（如油、水及液态金属）气体（如空气、氮气、二氧化碳）气体（如空气、氮气、二氧化碳）半固体（如润滑脂）半固体（如润滑脂）固体（如石墨、二硫化钼、聚四氟乙稀）固体（如石墨、二硫化钼、聚四氟乙稀）凡是能减小摩擦阻力，减小磨损的物质都可作为润滑剂。凡是能减小摩擦阻力，减小磨损的物质都可作为润滑剂。为了减少摩擦，就必须把润滑剂注入相互接触的表面。为了减少摩擦，就必须把润滑剂注入相互接触的表面。润滑剂不同、注入方式不同，就构成了不同的润滑方式。润滑剂不同、注入方式不同，就构成了不同的润滑方式。汽车运行材料前言汽车运行材料前言在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，而且润滑油膜
8、还具有缓冲、吸振的能力，还能保护零件不发生锈蚀。汽车上常用的润滑剂：润滑油润滑脂对于液体润滑剂，起到散热、清洗的作用；膏状的润滑脂，既可防止内部的润滑剂外泄，又可阻止外部杂质侵入，同时具有润滑和密封作用。汽车运行材料前言因为润滑剂靠两摩擦表面建立压力油膜起到润滑作用。吸附膜反应膜边界膜分为物理吸附膜化学吸附膜汽车运行材料前言物理吸附膜是指由润滑油中的极性分子与金属表面相互吸引而形成的吸附膜。吸附在金属表面上的分子分为单层和多层结构，距离表面愈远的分子，其吸附能力愈低，剪切强度愈小，到了若干层以后，就不再受约束。润滑油靠物理吸附形成边界膜的能力，称为油性。汽车运行材料前言化学吸附膜是指润滑油中的
9、分子靠分子键与金属表面形成的化学吸附膜。化学吸附膜比物理吸附膜的吸附强度高，稳定性也优于物理吸附膜，受热后的熔化温度也高，化学吸附膜适用于中等载荷、中等速度、中等温度下工作。汽车运行材料前言化学反应膜是指在润滑油中加入硫、磷、氯等元素的化合物（添加剂），在高温、高负荷作用下发生摩擦化学作用分解，并和表面金属发生摩擦化学反应，形成低熔点的软质（或称具可塑性的）膜，从而起到耐冲击、耐高负荷高温的润滑作用。化学反应膜具有厚度大、熔点高、剪切强度低、稳定性好等优点。它适宜用于重载、高速和高温下工作的摩擦副。反应膜在高温下破裂后，能生成新的化合物，形成新的反应膜，这种能力称为极压性。能生成反应膜的润滑油
10、称为极压油。汽车运行材料前言所以，这就引出了衡量润滑剂好坏的重要指标。1）油性：是润滑油吸附于摩擦表面形成边界膜的能力。油性越好，吸附能力就越强。2）极压性：反应膜在高温下破裂后，能生成新的化合物，形成新的反应膜，这种能力称为极压性。3）粘度：是表示油液内部相对运动时产生内摩擦阻力大小的性能指标。（粘度是选择润滑油的主要依据）。粘温特性粘度随温度变化的特性。粘压特性粘度随压力变化的特性。这是从润滑效果的角度而言，除此之外，还有什么要求呢？汽车运行材料前言自身不能变质抗氧化性不能腐蚀零件抗腐蚀性此外：在工作期间必须能及时可靠地输送到各摩擦零件的表面；不能含有水分或者机械杂质；对润滑油，流动（搅动
11、）过程中不能起泡；等等。这只是一般而言，对于不同的机械设备，还要充分考虑其工作特点。这样，就有了：发动机润滑油齿轮润滑油车用润滑脂汽车运行材料前言粘度：流体抵抗变形的能力称为粘度，以流体内摩擦阻力表示。粘度：流体抵抗变形的能力称为粘度，以流体内摩擦阻力表示。O OY YX X移动件移动件静止件静止件F Fv vu uh hy y流体在两个平行板之间，施力于上板使之以速度v移动，下板静止不动，两板间润滑油作层流运动。贴近静止板的油层速度贴近静止板的油层速度各油层以不同速度各油层以不同速度移动移动贴近移动板的油层速度贴近移动板的油层速度油层间剪应力油层间剪应力与速度梯度油层与速度梯度油层成正比成正
12、比(粘性流体粘性定律粘性流体粘性定律)比例常数，即动力粘度比例常数，即动力粘度汽车运行材料前言动力粘度：长、宽、高各为动力粘度：长、宽、高各为lm的液体，上、下平面发生的液体，上、下平面发生l m/s相对滑相对滑动速度需要的切向力为动速度需要的切向力为1N时，该液体的动力粘度为时，该液体的动力粘度为1Nsm2或或 1Pas（帕（帕秒）。秒）。Pas是国际单位制（是国际单位制（SI）的粘度单位。）的粘度单位。运动粘度：动力粘度运动粘度：动力粘度与同温度下该液体的密度与同温度下该液体的密度的比值。的比值。相对粘度：我国采用恩氏粘度作为相对粘度单位，即把相对粘度：我国采用恩氏粘度作为相对粘度单位，即
13、把200cm3试油试油在规定温度下（一般为在规定温度下（一般为20，50，100），流过恩），流过恩氏粘度计的小孔所需的时间（氏粘度计的小孔所需的时间（S）与同体积蒸馏水在）与同体积蒸馏水在20时流过同一小孔所需时间（时流过同一小孔所需时间（S）的比值，以符号）的比值，以符号Et表示。其中下标表示。其中下标t表示测定时的温度。表示测定时的温度。粘度常用单位粘度常用单位汽车运行材料前言影响润滑油粘度的主要因素影响润滑油粘度的主要因素1）温度）温度 温度粘温特性粘度随温度变化的特性。潘存云教授研制0.080.080.070.070.060.060.050.050.040.040.030.030.0
14、20.020.010.013030 4040 50506060 7070 80809090L-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32粘度指数VI衡量润滑油受温度变化时对粘度影响程度的参数VI越大，粘度随温度的变化越小，油的粘温特性越好。汽车运行材料前言2）压力）压力粘压特性粘度随压力变化的特性。润滑油的粘度随压力的增加而增大，但在压力不大于20Mpa时，压力的升高只使粘度略有上升，所以一般情况可以不考虑压力对粘度的影响。在弹性流体动力润滑时，油压可能达到1000Mpa，甚至更高，此时粘度增大的影响不应再忽略。润滑油粘度选择的基本原则：载荷越大，粘度应越大；相对速度越高，粘度应越小
15、。汽车运行材料5.1 发动机润滑油的作用与使用要求有了前面关于润滑的基本知识，对于发动机油，我们只需分析发动机的工作特点。发动机的工作特点，可以概括为“三高”。高温。18002200K润滑油燃烧、变质、变稀。高速。活塞速度平均为20m/s以上不易形成油膜。高压。615MPa润滑油膜容易被破坏。汽车运行材料5.1 发动机润滑油的作用与使用要求发动机润滑油（又称机油）是润滑系统的液态工作介质。其主要作用是润滑、冷却、清洁、密封和防腐蚀。5.1.1发动机润滑油的作用发动机润滑油的作用5.1.2发动机润滑油的使用要求发动机润滑油的使用要求必须能及时可靠地输送到各摩擦表面；在各种工况下都能形成足够牢固的
16、油膜；及时导出热量，使机件维持正常温度；可靠地密封所有的间隙；从摩擦面带走磨屑和杂质；本身不具有腐蚀性，且能保护零件不受腐蚀；在零件表面形成的沉积物要少；理化性质稳定。汽车运行材料5.2 发动机润滑油的使用性能发动机润滑油的主要使用性能包括：性能含义指标润滑性在各种条件下，发动机润滑油降低摩擦、减缓磨损和防止其金属零部件在正常工作过程中烧结损坏的能力。油性极压性粘度低温操作性发动机润滑油自身保证发动机润滑油在低温条件下容易冷启动和可靠供给发动机润滑油的性能。低温黏度边界泵送温度倾点粘温特性润滑油随着温度升降而改变其黏度的性质。清净分散性发动机润滑油能抑制积炭、漆膜和油泥生成，或将已经生成的这些
17、沉积物冲入润滑油中予以清除的性能。抗氧化性在一定的条件下，发动机润滑油抵抗氧化变质的能力。抗腐蚀性发动机润滑油抵抗腐蚀性物质对发动机金属零部件腐蚀的能力。中和值或酸值抗泡性发动机润滑油抑制并消除其泡沫的性质。生成泡沫倾向泡沫稳定性汽车运行材料发动机润滑油使用性能评定包括：评定指标如何衡量。评定试验如何测定。5.3 发动机润滑油使用性能的评定试验汽车运行材料5.3 发动机润滑油使用性能的评定试验评评定指定指标标含含义义测测定定标标准准低温动力黏度低温动力黏度也称为表观黏度，它表示非牛顿液体流动时内摩擦特征的描述。GB T6538 2000 发动机油表观黏度测定法（冷启动模拟机法）边界泵送温度能将
18、发动机润滑油连续和充分地供给发动机润滑系统机油泵入口的最低温度。GB T9171 1988 发动机油边界泵送温度测定法倾点在规定冷却条件下试验时，某种润滑油能够流动的最低温度。GB T3535 1983 石油倾点测定法黏度指数在一定的试验条件下，将某种发动机润滑油的黏温性与标准润滑油的黏温性进行比较所得出的相对数值。GB T1995 1998 石油产品粘度指数计算法中和值和酸值中和1g试验用某种润滑油中含有的酸性或碱性组分所需的碱量，称为中和值。GB T7304 2000 石油产品和润滑剂酸值测定法（电位滴定法）5.3.1发动机润滑油使用性能的评定指标发动机润滑油使用性能的评定指标汽车运行材料
19、5.3 发动机润滑油使用性能的评定试验指指标标含含义义测测定定标标准准残炭油品在试验条件下，受热蒸发或燃烧后残余的炭渣。GB/T2681987石油产品残炭测定法（康氏法）硫酸盐灰分润滑油在进行硫酸盐灰分试验时，燃烧以后灰化之前加入少量的浓硫酸，使产生的金属化合物成为硫酸盐，这样的灰分称为硫酸盐灰分。GBT24332001添加剂和含添加剂润滑油硫酸盐灰分测定法泡沫性泡沫性是指油品生成泡沫的倾向和生成泡沫的稳定性能。GBT125792002润滑油泡沫特性测定法汽车运行材料5.3 发动机润滑油使用性能的评定试验低温流动性低温流动性低温流动性低温流动性汽车运行材料5.3 发动机润滑油使用性能的评定试验
20、抗氧化安定性抗氧化安定性抗氧化安定性抗氧化安定性硫含量硫含量硫含量硫含量汽车运行材料5.3 发动机润滑油使用性能的评定试验闪点闪点闪点闪点汽车运行材料发动机润滑油试验要求是保证发动机润滑油使用性能的重要手段，也是发动机润滑油规格的主要内容之一。发动机润滑油试验评定采用标准的单缸或多缸发动机。符合某一使用性能级别的发动机润滑油必须通过该级别规定的发动机试验评定项目。国际上广泛采用的发动机润滑油使用性能的发动机试验方法，主要是美国有关组织设立的两个系列，其一是美国研究协调委员会（CRC）采用的L系列系列；另一个是以美国材料试验协会（ASTM）和美国石油协会（API）为中心制订的MS程序试验系列程序
21、试验系列。5.3 发动机润滑油使用性能的评定试验5.3.2发动机润滑油使用性能的评定试验发动机润滑油使用性能的评定试验汽车运行材料1.L系列试验方法L系列发动机润滑油试验方法是美国研究协调委员会在卡特比勒（Catterpillar）发动机润滑油使用性能试验方法的基础上发展起来的。最初包括L-1、L-2至L-5等系列试验方法，目前只保留了L-1系列柴油机试验和L-4系列汽油发动机试验。L-1系列试验方法主要用来评价CC、CD级柴油发动机润滑油和SD/CC、SE/CC、SFCD汽油柴油发动机通用润滑油的高温清净性和抗磨性。L-4系列试验方法主要用来评定SC、SE、SF、CC、CD级发动机润滑油和S
22、D/CC、SE/CC、SF/CC汽油柴油发动机通用润滑油的抗高温氧化和抗轴瓦腐蚀性能。5.3 发动机润滑油使用性能的评定试验汽车运行材料2.MS程序试验方法MS程序试验法是1958年为评定发动机润滑油API旧分类中的MS级发动机润滑油而制订的试验方法。当初，该试验是按、5个程序，以不同目的在多缸试验机上进行的。随着发动机润滑油使用性能级别的提高，各程序的试验规范也在不断修改，以、每个程序后面注A、B、C、D来表示。目前，评定SE、SF级汽油发动机润滑油和SE/CC、SF/CD汽油/柴油发动机通用润滑油，均采用D、D、VD等试验方法。D法的试验目的是评定发动机润滑油的低温防锈蚀性能，D法是为了评
23、定发动机润滑油的抗高温氧化和抗腐蚀性能，VD法是为了评定发动机润滑油的防低温沉积物的性能。5.3 发动机润滑油使用性能的评定试验汽车运行材料3.皮特试验方法在美国的发动机润滑油试验方法基础上，欧洲共同市场汽车制造商委员会（CCMC）发展了皮特试验方法，具体分为皮特W-1法和皮特AVB法。在我国发动机润滑油规格中，多采用皮特AVB法来评定CC、CD、SC、SD、SE、SF级发动机润滑油和SD/CC、SE/CC，SF/CD汽油柴油发动机通用润滑油的抗高温氧化和抗轴瓦腐蚀性能。5.3 发动机润滑油使用性能的评定试验汽车运行材料4.我国的试验方法我国从20世纪80年代末开始逐步完善发动机润滑油试验评定
24、方法。目前，发动机润滑油评定试验的技术标准己经颁布。5.3 发动机润滑油使用性能的评定试验国国际际方法方法我国技我国技术标术标准准L-1系列系列GB/T99321988（卡特比勒（卡特比勒1H2法）法）GB/T99331988（卡特比勒（卡特比勒1G2法）法）L-1系列系列SHT02651992（卡特比勒（卡特比勒1G2法）法）MS程序程序试验试验方法方法SHT05121992汽油汽油发动发动机机润润滑油低温滑油低温锈蚀评锈蚀评定法（定法（MS 程序程序D法）法）SHT05131992汽油汽油发动发动机机润润滑油高温氧化和磨滑油高温氧化和磨损评损评定法（定法（MS程序程序D法）法）SHT051
25、41992汽油汽油发动发动机机润润滑油低温沉滑油低温沉积积物物评评定法（定法（MS程序程序D法）法）SHT05151992EQC汽油汽油发动发动机机润润滑油性能滑油性能评评定法（定法（MS程序程序、D法）法）SHT05161992EQD汽油汽油发动发动机机润润滑油性能滑油性能评评定法（定法（MS程序程序、D法）法）皮特皮特试验试验方法方法SHT02641992发动发动机机润润滑油高温氧化和滑油高温氧化和轴轴瓦腐瓦腐蚀试验评蚀试验评定法（皮特定法（皮特W-1法）法）SHT02631992发动发动机机润润滑油高温氧化和滑油高温氧化和轴轴瓦腐瓦腐蚀试验评蚀试验评定法（皮特定法（皮特AVB法）法）汽车
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