无氰镀银收稿日期：2005-03-18
作者简介：王成勇（1974—），男，工学学士，工程师，注册质量工程师，主要从事质量管理和技术服务工作.E-mail ：
王成勇 杨惠君
（中国石化重庆一坪润滑油分公司 重庆400039==== ）
摘要：简述了自润滑单元、循环润滑系统、集中润滑系统等3种常用润滑系统的特点、功能及适用范围，指出在设计润滑系统时，应对机械设备各部分的润滑要求作全面地分析，确定所使用润滑剂的类型及其性能，尽量减少润滑剂和润滑装置的类别。
关键词：润滑系统设计；自润滑；循环润滑；集中润滑
中图分类号：TH117.2 文献标识码：B 文章编号：0254-0150（2006）====
2-188-4
润滑系统是向机械设备或设备组的摩擦点供送润滑剂的系统，包括用以输送、分配、调节、冷却和净化润滑剂以及指示、报警和监控润滑剂压力、流量和温度等参数的整套装置。一般而言，机械设备的润滑系统应满足以下要求： （1）均匀、连续地对各摩擦点供应一定流量和压力的润滑剂，并可按需要进行调节。
（2）工作可靠性高。采用有效的密封和过滤装置，保持润滑剂的清洁，防止因外界环境中的污染物如灰尘、水分等进入系统降低润滑效率，同时防止因密封不严造成润滑剂泄漏而污染环境。
远程遥控
（3）结构简单并尽可能标准化，便于维修和高速调整，便于检查更换零部件或润滑剂，减少初始投资及维修、保养费用。
（4）带有工作参数的指示、报警及工况监控装置，能及时发现润滑故障。
（5）可加装冷却或预热装置等热交换器，保证润滑系统需要的合适的润滑剂工作温度。
在进行润滑系统设计的时候需要对每一个细节和零部件进行仔细筛选以适应特定的应用场合。根据各种设备的实际工况，合理选择和设计润滑方法、润滑系统及其装置，对保证设备具有良好的润滑状况和工作性能以及保持较长的使用寿命，具有十分重要的意义。
目前机械设备使用的润滑系统和方法的类型很多，通常按润滑剂的使用方式和利用情况可将润滑供应系统的设置分为3类：单个轴承的自润滑；针对单台设备如发动机、透平机、压缩机等的循环润滑系统；大型加工厂、造纸厂、金属加工厂等的集中润滑系统。下面对这几种润滑形式作简要介绍。
1 自润滑单元
自润滑单元通常使用在简单的机械运动或单个的轴承等场合。如果能量损失较高的话，还应该增加冷却系统。
在小型机械、定时马达、电动工具等的轴承中，通过毛细管作用将足够的润滑油从小油池中提升，以实现润滑作用。毛细管作用所能提升的高度h 可由式（1）进行计算：
h =2σcos θ/（R p g ）（1）式中：σ为润滑油的表面张力，典型值为0.03N /m ；θ为接触角，由于润滑油对毛细管表面充分浸润，cos θ的取值通常为1；R 为毛细管半径或两平行盘的间距，m ；p 为润滑油的密度，通常为850kg /m 3；g 为重力加速度，其值为9.81m /s 2。
油绳润滑就是典型的毛细管作用，在很多场合得到应用。通常，毛细管作用能提升的高度在0.05m 左右，但在铁路止推轴承其提升高度可达0.13m 。从式（1）可以看出，毛细管越细，毛细管作用使油提升的高度越高。
对于中低转速的大中型机械，可以使用油环、油盘、油链和回转式等润滑原理，此时，油能提升的高度依赖于惯性和油品的表面张力。2 循环润滑系统
高速机械的润滑需要大量的油，此时通常由带管路、冷却和过滤装置的独立的系统来进行润滑油的供应。一个典型的循环润滑系统设置是，润滑油从油箱泵出后，经过滤器、冷却器、管路到达润滑部位，再经排污后返回油箱。在不同的应用场合可按表1提供的参考数据选定油箱容量、泵类型、过滤器类型以及油品的停留时间。2.1 油箱容量
油箱容量为轴承、齿轮、控制元件和其它所有需要润滑的元件的润滑油流量总和乘以停留时间。在设计油箱容量的时候，通常的做法是加上1min 的停留时间以适应热膨胀、泡沫分离以及通风、气压平衡
2006年2月
第2期（总第174期）
润滑与密封
LUBRICATION ENGINEERING
Feb.2006
No.2（serial No.174）电动窗帘配件
等。如果需要进行水分和大量污染物分离的话，还需要延长停留时间。在对空间和质量有严格要求的使用
场合如航空器和汽车发动机等，油箱设置非常简单，油品的停留时间为60s 甚至更短。
表1 循环润滑系统特性
应用场合润滑部位油品粘度
v 40℃/（mm 2
・s -1
）油品流量/（×10-5m 3・s -1）
泵类型在油箱中的停留时间/min
土压力盒
过滤器类型过滤器精度/µm 电动机轴承32～6812.6齿轮泵5过滤网50造纸厂干燥部分轴承150～220126齿轮泵40双筒过滤器120炼钢厂轴承齿轮150～46068～68010711512齿轮泵齿轮泵3020双筒
过滤器双筒过滤器150重负荷气体透平机轴承323780齿轮泵5折叠纸质滤油器5蒸汽轮机发电机组轴承326300离心泵5回流量15%10普通工业
轴承
68
63
齿轮泵
8
双筒过滤器
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油箱设计的趋势是简单并减少费用。将泵和冷却
器作为油箱附件和控制元件、辅助元件等一起置于油箱内或油箱上，有利于减小油箱的外形尺寸。2.2 管路尺寸
管路的直径必须足够大以避免在给油部分不必要的压力损失、泵吸入部分的气穴腐蚀和降低回油段的温升。如图1所示，给油部分管内流速通常为1.5～3m /s ，排污线为0.15～0.3m /s ，泵吸入线为1～1.5m /s 。
在最低操作温度条件下排污线半充满时的最小斜率s 可由式（2）计算：
s =8.26Q v /D 4
（2）式中：Q 为油品的流量，m 3/s ；v 为油品的运动粘度，m 2/s ；D 为管路的内径，m ，可从图1查得。2.3 压力
图1 循环润滑系统的管路尺寸
压力估算首先要确定润滑油在吸入线内的流动是层流还是湍流，为此，需要先计算出无因次的雷诺数Re ：
Re =Dv /v （3）
式中：D 为管路的内
径，m ；v 为油品在管内的流动速度，m /s ；v 为油品的运动粘度，m 2/s 。
如果Re <2000，则说明油品在管内为层流；如果2000<Re <4000，为过渡区，根据外界环境的扰动情况，可能为层流，也可能为湍流，在实际工程应用上为安全起见，均作为湍流处理；如果Re >4000，则说明油品在管内为湍流。
在湍流情况下，流经吸入线的压力降p 1（Pa ）由式（4）计算：
p 1=0.15p Q 2L /（Re 0.2D 5）（4）式中：p 为润滑油的密度，kg /m 3；Q 为油品的流量，m 3/s ；L 为吸入线长度，m ；D 为管路的内径，m 。在层流情况下，流经吸入线的压力降p 1（Pa ）由式（5）或式（6）（Poiseuille 方程）计算：
p 1=0.019Q pv /D 4（5）式中：p 为润滑油的密度，kg /m 3；Q 为油品的流量，m 3/s ；D 为管路的内径，m 。
p 1=32×10-5µLv /（p D 2）（6）
式中：µ为润滑油的动力粘度，Pa ・s ；L 为吸入线的长度，m ；p 为润滑油的相对体积质量，无因次；v 为油品在管内的流动速度，m /s ；D 为管内径，m 。
泵出口的压力p （Pa ）为：p =（p 2-p 0）+p g Δh +p f
（7）
式中：p 2为油品输送压力；p 0为油箱内的大气压力；
p 为润滑油的密度，kg /m 3
；g 为重力加速度，其值为9.81m /s 2；Δh 为吸入管入口到泵出口的高度差，m ；
p f 为油品流经吸入线、过滤器、冷却器和所有相关元件的总压力降。2.4 泵的功率
在确定了需要传输的流量Q （m 3/s ）和泵出口的压力p （Pa ）后，泵的功率H （W ）可由式（8）进行估算：
H =Qp /ηp
（8）式中：ηp 为泵的效率，通常的取值范围是0.6～0.8。2.5 过滤器的设置
过滤器通常设置在泵入口前以滤除油品中可能存在的颗粒物质，在循环润滑系统中常设置平行的两套
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812006年第2期
王成勇等：与机械要求相匹配的润滑系统设计
过滤器，其中一套连续工作，另一套备用。常见应用场合的过滤器精度见表1。塑料保鲜盒
此外，在过滤器之后通常设置冷却器使油品的温度降低10～20℃，使油品在到达轴承或其它润滑部位时的温度控制在45～55℃范围内。3 集中润滑系统
由于自润滑和循环润滑系统具有不同的使用局限性，在产品装配流水线、炼钢厂、造纸厂、建筑和采矿机械等场合通常采用集中润滑系统，油箱与泵或压
缩空气系统相连接，将润滑油脂分配为满足需要的油
电容手套
流、油雾或定时脉冲。
表2给出了不同机械部件润滑油的大致需求量，润滑系统供应商、设备制造商、润滑剂供应商等可以作为参考，具体到每一台设备，由于其使用的环境差异，速度、负荷、温度等可能与常规的使用不同，从而对润滑剂的需求量也不同，这一点必须引起足够的重视。
表2 中等操作条件下集中润滑系统的润滑油流量
机械部件润滑油流量/（m 3・s -1）
字母含义
轴承滚珠和滚筒0.0232DR D 为轴直径，m ；R 为滚珠或滚筒的数量滑动轴承，普通轴承0.366LD
L 为轴向长度，m ；D 为轴直径，m
F 为齿面宽度，m ；D 1为小齿轮或蜗轮齿轮节径，m ；D 2为大齿轮节径，m ；D n 为其它齿轮节径，m 齿轮 正齿轮0.229F （D 1+D 2+D n ） 蜗轮0.114F （D 1+0.5D 2）
凸轮0.0914FD F 为齿面宽度，m ；D 为凸轮的最大直径，m P 为链或链轮齿间距，m ；D 为小链轮或主动链轮节径，m ；R 为链传动轮的排数；S 为小链轮转速，r /min ；W 为链宽度，m ；L 为链长度，m ；链条
动力链锯 1.14×10-4PDRS 0.5 无声链 6.10×10-5WDS 0.5 传送带0.218W （D +0.033L ）
滑轨和凹字楔0.0457A A 为最大接触面积，m 2管线
0.0914A A 为最大接触面积，m 2
经过多年的发展，集中润滑系统大致有以下几种类型可供设计时参考选用：
（1）节流式：利用流体阻力分配润滑剂，所分
配的润滑剂量与压力及流孔尺寸成正比，供油压力范围为0.2～1.5MPa ，润滑点在300个以上。
（2）单线式：润滑剂在间歇压力（直接的或延迟的）下通过单线的主管路被送至喷油嘴，然后送至各润滑点，供油压力范围为0.3～21MPa ，润滑点在200个以上。
（3）双线式：润滑剂在压力作用下通过由一个方向控制阀交替变换流向的两条主管路送至定量分配器，依靠主管路中润滑剂压力的交替升降操纵定量分配器，使润滑剂定量供送至润滑点，供油压力范围为0.3～40MPa ，润滑点可多达2000个。
（4）多线式：多头油泵的多个出口各有一条管路直接将定量的润滑剂送至相应的润滑点，管路的布置可以是并联或串联安装，供油压力范围为0.3～40MPa ，润滑点也可多达2000个。
（5）递进式：由压力升降操纵定量分配器按预
定的递进程序将润滑剂送至各润滑点，供油压力范围为0.3～40MPa ，润滑点在800个以上。
（6）油雾/油气式：油雾/油气润滑是压缩空气与润滑油液混合后经凝缩嘴或喷嘴后呈现油雾或微细油滴送向润滑点的润滑方式。供油量可以调整，但悬浮的润滑油雾能随压缩空气排向大气，对环境有污染，必要时需用通风装置排除废气。采用此润滑方式时，必须采用经过干燥和净化的压缩空气，同时，由于细小的润滑剂颗粒直接与空气接触，润滑油最好添加适量的抗氧化剂以保证油品的使用寿命。油雾和油气润滑的区别是，前者的油颗粒尺寸小于10µm ，通常为1～3µm ，而后者的油颗粒尺寸为50～100µm ，通常为微小油滴状，其输送距离较前者短得多。油雾润滑系统常用于石油化工厂、炼铁厂、造纸厂等的对润滑剂需求量较小的部位，油雾可以用管路输送的长度达90m 。在润滑点，由于油滴的聚集，油雾转化为油滴，使邻近的表面得到润滑。气流的速度必须保持在7.3m /s 以下的层流状态，否则湍流状态下气流中的油滴会富集在管壁上而不会顺利地被输送到润滑
91润滑与密封总第174期
点。
（7）混合式：由上述两个或多个润滑系统组成的润滑系统。
集中润滑系统是目前应用最广泛的润滑系统，进行集中润滑系统的综合设计大致有以下步骤：（1）根据工况和环境条件，考虑必要的参数，如最高、最低及最远润滑点位置尺寸、润滑点范围、摩擦副有关尺寸等几何参数；速度、载荷及温度等工况参数；温度、湿度、砂尘等环境条件；连续运动、变速运动、间歇运动、摆动等运动性质；传递功率、系统的流量、压力等力能参数要求，在此基础上考虑制定系统方案。
（2）计算各润滑点所需润滑油的总消耗量。根据初步拟定的润滑系统方案，计算出经过润滑后，各摩擦副工作时克服摩擦所消耗的功率和总效率，以便计算出带走处于运转中摩擦副产生的热量所需的油量，再加上形成润滑油膜，达到流体润滑作用所需油量，即为润滑油的总消耗量。
（3）计算及选择润滑泵。根据系统所消耗的润滑油总量，参考润滑泵的有效功率可确定润滑泵的最大流量Q、工作压力p、泵的类型和相应的电动机。
（4）确定定量分配系统。根据各润滑点的耗油量，确定每个摩擦副上设置几个润滑点，选用哪种类型的润滑系统，然后选择相应的润滑泵及定量分配器。其中多线式系统是通过多点或多头式的给油口直接向润滑点供油。而单线式、双线式及递进式润滑系
统则用定量分配器（或称分油器）供油。
（5）油箱的设计与选择。
（6）冷却器和热油器的设计与选择。
（7）油管直径的设计与选择。
（8）其它辅助元件的设计与选择。
4 结束语
在设计润滑系统时，应对机械设备各部分的润滑要求作全面的分析，确定所使用润滑剂的类型及其性能，尽量减少润滑剂和润滑装置的类别。在保证主要元件良好润滑的前提下，综合考虑其它润滑点的润滑，保证润滑质量。应使润滑系统既满足设备运转中的润滑需要，又与设备的工况条件和使用环境相适应，以免产生不适当的摩擦、温度、噪声及过早的失效。应使润滑系统供送的油保持清洁，防止外界尘屑等的侵入造成污染、损伤摩擦表面，提高使用中的可靠性。复杂润滑系统的主要元件如泵、分配阀、过滤器等应适当地组合在一起并尽可能标准化，以减小空间占用，便于维护、清洗，降低设备运转和维修、保养费用。
参考文献
【1】M M Khonsari，et al.Matching lube oil systems to machinery re-quirements［J］.Machinery Lubrication，November/December 2004.
【2】谷土强.冶金维护、检修和安装［M］.北京：冶金工业出版社，1989.
【3】陈敏恒，等.化工原理：上册［M］.北京：化学工业出版社，1985.
（上接第187页）的内撑螺旋弹簧铸铁油环具有很大的优点，这种油环本身挠性很好，对变形后的气缸套有极好的适应性，从而可以保持良好的润滑，减少磨损。
为减少活塞环的磨损，对活塞环组的断面结构形状要进行合理的搭配，保持良好的密封和润滑油膜。
另外，为减少活塞环的磨损，对气缸套和活塞的结构要进行合理的设计，如斯太尔WD615发动机气缸套采用平台网纹结构，在磨合过程中，气缸套和活塞环的接触面积减少，能保持液体润滑，磨损量极小；再者，网纹起贮油槽作用，提高了气缸套保持润滑油的能力，因此，对减少活塞环和气缸套的磨损十分有利。现在发动机普遍采用了这种气缸套结构形状。为减少活塞环上下端面的磨损，活塞环和环槽的端面要保持适当的间隙，以避免过大的冲击负荷。另外，在活塞上环槽镶嵌耐磨奥氏体铸铁衬圈，也可以减少上下端面的磨损，但这种方法除特殊情况外没必要全面推广。因它的工艺较难掌握，成本也较高。
5 结束语
活塞环的磨损是一种比较复杂的现象，影响因素很多，而且这些因素往往交织在一起，因此，在解决
活塞环磨损问题时，必须全面分析各种因素，以便在设计、材料选型、制造工艺、表面处理和润滑剂等方面合理安排，以达到最佳的效果。
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2006年第2期王成勇等：与机械要求相匹配的润滑系统设计
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