De acordo com os diferentes materiais lubrificantes entre os pares de fricção, a lubrificação pode ser dividida em lubrificação fluida (líquida, gás) e lubrificação sólida (ver lubrificante). De acordo com os diferentes estados de atrito entre os pares de atrito, a lubrificação pode ser dividida em lubrificação fluida e lubrificação limite. O estado de lubrificação entre a lubrificação fluida e a lubrificação limite é chamado de lubrificação mista ou lubrificação dinâmica de fluido elástica parcial. Lubrificação fluida Sob condições apropriadas, as duas superfícies de atrito mútuo podem ser separadas por uma camada de fluido viscoso com uma certa espessura (mais de 1,5 a 2 mícrons), e a carga externa é equilibrada pela pressão do fluido. A maioria das moléculas da camada fluida não é afetada pelo campo elétrico iônico da superfície de atrito e pode se mover livremente, ou seja, o atrito só existe no estado de lubrificação entre as moléculas do fluido. O coeficiente de atrito da lubrificação fluida é muito baixo (menos de 0.01). De acordo com a forma como a pressão do filme lubrificante é gerada, a lubrificação fluida pode ser dividida em lubrificação dinâmica e lubrificação estática. Na pesquisa tradicional em mecânica de lubrificação, o corpo de fricção e o fluido lubrificante são considerados corpos rígidos e fluidos viscosos (fluidos newtonianos), respectivamente. Na verdade, o corpo de atrito é um corpo elástico, mas às vezes pode ser simplificado como um corpo rígido. A lubrificação fluidodinâmica que precisa considerar os efeitos da deformação elástica e da pressão na viscosidade é chamada de lubrificação fluidodinâmica elástica. Quando o corpo de fricção está em um estado plástico, a lubrificação dinâmica de fluidos que precisa considerar o efeito plástico é chamada de lubrificação dinâmica de fluidos plástica. O método tradicional de pesquisa de lubrificação fluida começou em 1886, e o fundador foi O. Reynolds, do Reino Unido. As gerações posteriores referiram-se coletivamente aos resultados da pesquisa da mecânica de lubrificação tradicional como mecânica de lubrificação clássica. Na lubrificação fluida, a viscosidade do fluido é geralmente avaliada pela viscosidade. A Figura 1 mostra um modelo que assume que o fluido é incompressível e flui de forma lamelar. A relação entre a resistência ao cisalhamento viscoso do fluido ao movimento tangencial, ou seja, a tensão de cisalhamento τ e o gradiente de velocidade (a taxa de variação da velocidade do fluido u ao longo da direção perpendicular à direção laminar y) é onde η é o constante proporcional, ou seja, a viscosidade, também conhecida como viscosidade dinâmica. A relação acima é chamada de lei do atrito interno do fluxo laminar de fluido (Figura 2), também conhecida como lei do atrito interno de Newton. Fluidos cujo comportamento de fluxo está em conformidade com esta lei são chamados de fluidos newtonianos. Para corpos plásticos lipídicos (chamados fluidos não newtonianos), a lei de atrito interno correspondente é onde τ0 é a resistência inicial ao cisalhamento do lipídeo. Às vezes, a dependência do fluxo de fluido em relação ao tempo também deve ser considerada. A equação de Reynolds é a equação básica que descreve a distribuição de pressão do filme de lubrificação fluidodinâmica. A equação de Reynolds tradicional é baseada na equação de movimento de um fluido viscoso, também conhecida como equação de Navier-Stokes. É simplificado com base em certas suposições após ser combinado com a equação de continuidade de massa. A equação universal de Reynolds que descreve a distribuição de pressão do filme de lubrificação fluida é: onde v1 e v2 são as velocidades das superfícies limite 1 e 2 ao longo da direção x, respectivamente; esta é a hora; η é a viscosidade dinâmica do fluido; p é a pressão do filme fluido; h é a densidade do fluido; e h é a espessura do filme. Os dois termos do lado esquerdo desta equação caracterizam a distribuição da pressão do filme, e os três termos do lado direito indicam as causas da pressão do filme de lubrificação dinâmica de fluidos, nomeadamente o efeito de cunha, o efeito de alongamento da superfície e o efeito de compressão. Normalmente o efeito de estiramento superficial é muito pequeno e pode ser ignorado. Quando a espessura do filme h não muda, o efeito de compressão também pode ser ignorado. Portanto, na maioria das condições de trabalho, o efeito de cunha do fluido lubrificante é o principal termo que gera a pressão do filme. Para lubrificação hidrodinâmica a gás, uma equação de estado deve ser adicionada à equação geral de Reynolds. Se o gás lubrificante for considerado um gás real e satisfizer a relação politrópica, a equação adicional é: Onde T é a temperatura absoluta; R é a constante do gás específico; n é o índice de expansão politrópica, n=cp/cv, cp e cv são o calor específico a pressão constante e o calor específico a volume constante, respectivamente. Quando n=1, é um fluxo isotérmico; quando n=1.401 (ar), é um fluxo adiabático. Além disso, quando a temperatura no filme lubrificante muda muito, causando uma mudança significativa na viscosidade, uma equação de energia deve ser adicionada à equação geral de Reynolds para resolvê-la simultaneamente. Lubrificação limite O estado de lubrificação quando há uma película fina (película limite) entre duas superfícies que se esfregam mutuamente. Este fenômeno geralmente ocorre quando a máquina é ligada ou parada. O filme limite pode ser dividido em filme de adsorção e filme de reação (Figura 3). O filme formado pelas moléculas polares do lubrificante adsorvido na superfície de atrito é denominado filme de adsorção. O filme de adsorção é ainda dividido em filme de adsorção física e filme de adsorção química. ① Filme de adsorção física: A atração de moléculas adsorve firmemente as moléculas polares na superfície sólida, e elas são dispostas de maneira direcional para formar um filme de superfície com espessura de uma a várias camadas moleculares. ② Filme de adsorção química: O filme superficial formado pela degradação ou reação de polimerização de certos compostos orgânicos no óleo lubrificante (como dialquil ditiofosfatos, ésteres diólicos de ácido dibásico, etc.), ou a força de ligação química gerada pela troca de elétrons de valência de moléculas polares no óleo lubrificante com elétrons na superfície do metal, o que faz com que as moléculas polares do sabão metálico sejam dispostas de maneira direcional e adsorvidas na superfície para formar uma película superficial. Aditivos em óleo lubrificante, como agentes de extrema pressão contendo compostos orgânicos como enxofre, fósforo e cloro, reagem quimicamente com a superfície do metal para formar uma película superficial que pode suportar uma grande carga, chamada película de reação. Sob a ação do calor de fricção gerado quando os picos convexos nas duas superfícies de fricção estão em contato direto e em movimento relativo, o filme de reação é continuamente formado e destruído. Quando o filme de adsorção atinge a saturação, as moléculas polares estão dispostas de perto, e a força coesiva entre as moléculas dá ao filme uma certa capacidade de suporte de carga, evitando que as duas superfícies de atrito entrem em contato direto. A Figura 4 é um modelo do efeito de lubrificação do filme de adsorção. Quando o par de fricção desliza um em relação ao outro, o filme de adsorção desliza um em relação ao outro como duas escovas, o que pode desempenhar um papel lubrificante e reduzir o coeficiente de atrito. O filme de reação tem alto ponto de fusão, não é fácil de aderir, tem baixa resistência ao cisalhamento, tem baixa resistência ao atrito e pode ser continuamente destruído e formado, evitando o contato direto entre superfícies metálicas e desempenhando um papel lubrificante. Os fatores que afetam o desempenho da lubrificação do filme de adsorção incluem a estrutura e a quantidade de adsorção de moléculas polares, temperatura, velocidade e carga. Quando o número de átomos de carbono nas moléculas polares aumenta, o coeficiente de atrito diminui. Quando a quantidade de adsorção de moléculas polares atinge a saturação, o desempenho de lubrificação do filme é bom e estável. Quando a temperatura operacional excede uma determinada faixa, o filme de adsorção será espalhado ou dessorvido e a lubrificação falhará. Normalmente, o coeficiente de atrito do filme de adsorção diminui com o aumento da velocidade até um determinado valor. Em condições normais de trabalho, o coeficiente de atrito do filme de adsorção é igual ao do atrito seco e não é afetado pela carga. O filme de reação possui forte capacidade antiadesão sob pressão extremamente alta e seu desempenho de lubrificação é mais estável do que qualquer filme de adsorção. Seu coeficiente de atrito aumenta com o aumento da velocidade até um determinado valor. Os filmes de reação são frequentemente usados sob condições de carga pesada, alta velocidade e alta temperatura. Sob certas condições de trabalho, a capacidade da película limite de resistir à ruptura é chamada de resistência da película limite. Pode ser expresso pelo valor crítico de pv, valor crítico de temperatura ou coeficiente de atrito crítico. ① Valor pv crítico: Na lubrificação limite normal, quando a carga p ou a velocidade v aumenta para um determinado valor, a temperatura do par de atrito aumenta repentinamente e o coeficiente de atrito e o desgaste aumentam acentuadamente. O valor pv correspondente quando a resistência do filme limite atinge o valor limite é chamado de valor pv crítico. ② Valor crítico da temperatura: Quando a temperatura da superfície de atrito atinge o grau de desordem, amolecimento ou derretimento do filme limite, o filme de adsorção é dessorvido, o coeficiente de atrito aumenta rapidamente, mas ainda tem algum efeito de lubrificação. A temperatura neste momento é chamada de primeira temperatura crítica. Quando a temperatura continua a subir até o ponto em que o óleo lubrificante (graxa) se polimeriza ou se decompõe, a película limite se rompe completamente, o par de atrito torna-se pegajoso e o desgaste aumenta acentuadamente, a temperatura é chamada de segunda temperatura crítica. A temperatura crítica é o principal parâmetro para medir a resistência do filme limite. ③ Tempos de atrito crítico: O número de atritos repetidos quando o filme limite atinge a falha de lubrificação é chamado de tempos de atrito crítico
Adicionar lubrificante entre duas superfícies em atrito relativo para formar uma camada de filme de óleo lubrificante que reduz o desgaste pode reduzir o coeficiente de atrito, manter a resistência ao atrito e reduzir o consumo de energia. Por exemplo, sob boas condições de atrito líquido, seu coeficiente de atrito pode ser tão baixo quanto 0,001 ou até menor. Neste momento, a resistência ao atrito é principalmente a baixa resistência ao cisalhamento do deslizamento mútuo entre as moléculas no filme lubrificante líquido. Lubrificantes entre superfícies de atrito podem manter o desgaste causado por desgaste de partículas duras, ferrugem superficial e soldagem por mordida e rasgo entre superfícies metálicas. Portanto, se forem fornecidos lubrificantes suficientes entre as superfícies de atrito, boas condições de lubrificação podem ser formadas, a película de óleo pode ser evitada de ser danificada e a precisão de correspondência das peças pode ser mantida, mantendo assim grandemente o desgaste. Os lubrificantes podem reduzir o coeficiente de atrito e manter a geração de calor de atrito. Sabemos que o trabalho realizado pela máquina em funcionamento para superar o atrito é todo convertido em calor, parte do qual se difunde para fora do corpo e parte do qual aumenta continuamente a temperatura da máquina. O sistema de lubrificação por circulação centralizada utilizando lubrificantes líquidos pode retirar o calor gerado pelo atrito, desempenhar um papel no resfriamento e controlar a operação do maquinário dentro da faixa de temperatura exigida. A superfície da máquina entrará inevitavelmente em contato com o meio circundante (como ar, água, vapor de água, gases e líquidos corrosivos, etc.), fazendo com que a superfície metálica da máquina enferruje, corroa e seja danificada. Especialmente as oficinas de alta temperatura de plantas metalúrgicas e químicas são mais graves em termos de corrosão e desgaste. Para cilindros e pistões de motores a vapor, compressores, motores de combustão interna, etc., o óleo lubrificante pode não apenas lubrificar e reduzir o atrito, mas também aumentar o efeito de vedação, para que não haja vazamento de ar durante a operação e melhorar a eficiência do trabalho. A graxa tem um efeito especial na formação de uma vedação, que pode impedir que água ou outras poeiras e impurezas penetrem no par de fricção. Por exemplo, o uso de gaxetas imersas em óleo revestidas com graxa tem um bom efeito lubrificante na vedação da cabeça do eixo da bomba de água e pode evitar que vazamentos e impurezas de poeira penetrem no corpo da bomba e desempenhar um bom papel de vedação. Além disso, o óleo lubrificante também tem o efeito de reduzir a vibração e o ruído.
