《矿山机械设备维修与安装/高等职业教育改革创新示范教材》以现场工作任务驱动和导向，按照工学交替的教学模式，以现场工作任务实施方法、内容和过程为主线，学习矿山机械设备的基础知识和修理、安装基本方法、技能，培养学生矿山机械修理安装岗位职业综合能力。全书共分7个单元，内容包括机械的磨损与润滑、机械零件的断裂变形分析与防止、机械零件的腐蚀与防腐、机械设备故障诊断、机械设备维修过程分析、典型零部件的维修、矿山机械设备的修理与安装等。本书适合于高等职业技术院校和成人教育院校矿山机电专业使用，也可供矿业类相关专业选用，亦可供现场工程技术人员使用或参考。
1．边界润滑原理
摩擦副表面形成的边界润滑膜虽然极薄，但只要润滑剂能得到及时补充，即使局部地方被压破，润滑膜也会很快地恢复。在边界润滑状态下，摩擦因数的大小并不主要取决于润滑油的粘度，而主要与边界润滑膜的特性有关。边界润滑膜大致可划分为吸附膜和化学反应膜两大类。
（1）吸附膜
1）物理吸附膜。润滑油中的极性分子特别是长链极性分子，在静电引力和分子引力的作用下，能够牢固地吸附在金属表面形成一层吸附膜，这种现象称为物理吸附。润滑油是由无数包含大量分子的小分子团组成的，各分子团内部的分子相互平行并有一定的方向性，或者叫做有序排列，而各分子团之间则是无序的，也没有方向性。在润滑油与金属的界面上，这些分子团由于与金属表面的原子之间的原子引力的作用而构成吸附层后，所有极性分子就形成垂直于金属表面定向排列的分子栅结构。图1．6所示为单分子层和多分子层吸附后的定向排列结构。当单层吸附饱和后，极性分子在金属表面紧密排列，使分子间的内聚力增大，吸附膜具有一定的承载能力，能有效地防止两摩擦表面直接接触，起到润滑作用。图1_7所示为摩擦副对偶表面吸附层相对滑动的模型。当发生相对滑动时，表面吸附的极性分子会朝运动的相反方向倾斜并略呈弯曲。可见，边界润滑时的摩擦发生在两表面吸附的极性分子油膜之间。
润滑过程中，极性分子能在金属表面形成良好吸附膜的性能称为油性。润滑油油性好坏与油中极性分子的含量和极性分子链长短有关。极性分子含量多、分子链长，则油性好。但是，油性并不单纯决定于油中极性分子的种类和数量。不同的金属对极性分子的吸附能力也不同，化学性活泼的金属比不活泼的金属更容易吸附极性分子。
物理吸附对温度很敏感，当温度升高时，分子的活性增加使吸附牢度下降。所以，物理吸附膜只能在摩擦副工作温度较低、相对滑动速度不高的一般载荷条件下起到润滑作用。
2）化学吸附膜。极性分子首先在金属表面形成物理吸附层，然后通过电子价的交换与摩擦副表面的金属或金属氧化物生成金属皂，这个过程称为化学吸附。一方面，金属离子保持在原来的晶格上，仍然保留着一部分原有分子的理物性能；另一方面，皂分子中的有机部分仍保留着原来的类似硬脂酸分子的长链，所以化学吸附同完全的化学反应不一样。而且这种吸附是可逆的，不断有脱附和新的分子吸附上去。由化学吸附生成的不稳定的金属皂是一种具有低剪切力的固体物，在低于皂熔点的温度时具有良好的润滑性能。
化学吸附比物理吸附更牢固。但是化学吸附需要能量，故温度升高，吸附增强，但温度过高时容易脱附。所以化学吸附膜在通常的工作温度、载荷及相对滑动速度条件下，具有良好的润滑性能；在温度较高和重载高速的条件下，皂膜则不易保持。
（2）化学反应膜摩擦副处于重载、高温、有冲击载荷的工作状态时称为极压状态。在极压状态下，吸附膜的吸附牢度很差，抗压性能也很差，极易被压破。但是，如果油中含有硫、磷等活性元素，在这种温度条件下，这些元素能与金属表层发生化学反应，生成一层金属盐类的薄膜，称为化学反应膜。化学反应膜比化学吸附膜稳定得多，抗重载、高温、高速的性能也好得多。化学反应膜就是在极压条件下，当摩擦副的局部油膜被压破而发生金属表面直接接触时，才起润滑作用，从而避免了局部出现干摩擦。在极压状态下，化学反应膜的摩擦因数小，能有效地防止摩擦副对偶表面局部的直接接触。
负载过高或有冲击载荷作用时，极压膜可能局部被压破。这时，油中的极压添加剂又会在新露出的那部分金属表面上生成新的反应膜。极压润滑的过程就是上述过程的反复循环。在极压润滑时，金属的磨损比物理吸附和化学吸附膜润滑时要大。
在极压润滑过程中，由于反应膜的化学反应是不可逆的，所以油中的极压添加剂不断消耗，对采用油浴或循环方式润滑的润滑油，要定期补充极压添加剂。由于极压添加剂对摩擦副有化学腐蚀作用，因而添加剂的用量要适当，少了达不到预期的效果，过多则会加速金属表面的腐蚀。对于非极压状态，不要随意采用有极压添加剂的润滑油，因为在这种状态下不易生成反应膜，会浪费极压添加剂。
（3）改善边界润滑的措施
1）减小表面粗糙度值。金属表面各处边界膜承受的真实压强的大小与金属表面状态有关。摩擦副对偶表面粗糙度值越大，则真实接触面积越小。在同样的载荷作用下，接触面压强越大，边界膜越易被压破。减小表面粗糙度值，可以增加真实接触面积，降低负荷油膜的压强，使边界油膜不易被压破。
2）合理选用润滑剂。根据边界油膜的工作温度高低、负载的大小和是否工作在极压状态，对润滑油的品种和添加剂的类型进行合理选择，以改善边界膜的润滑特性。
3）采用固体润滑剂等新型润滑材料，改变润滑方式。如对某些振动冲击大的重载摩擦副，可考虑采用添加有固体润滑剂的新型半液体润滑脂进行干油喷溅润滑。
2．流体动压润滑原理
流体动压可以在曲面及平面摩擦副中形成。在曲面接触的摩擦副中，动压的形成是在一定的压力和速度下，使曲面问形成油楔，油楔作用在轴上的总压力和轴上的负载相平衡时，轴与轴承表面之间完全被油膜隔开，实现了液体润滑。图1—8所示为径向滑动轴承摩擦副建立流体动压润滑的过程。
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