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潤滑とは、潤滑剤を使用して 2 つの表面間の接触における摩擦と磨耗を減らすプロセスまたは技術です。潤滑の研究は、トライボロジーの分野における学問です。
流体潤滑システムなどの潤滑機構は、加えられた負荷が流体力学的圧力または静水圧によって部分的または完全に支えられるように設計されており、これにより固体の相互作用（およびその結果としての摩擦と摩耗）が減少します。表面の分離の程度に応じて、さまざまな潤滑方式を区別できます。
適切な潤滑により、機械部品のスムーズで継続的な動作が可能になり、摩耗率が低下し、ベアリングの過度のストレスや焼き付きが防止されます。潤滑が不十分になると、部品が互いに擦れ合い、熱、局所的な溶着、破壊的な損傷、故障を引き起こす可能性があります。
潤滑機構
流体潤滑システム
接触面の負荷が増加すると、潤滑モードに関して異なる状況が観察され、これを潤滑状態と呼ぶ。[1]
- 流体膜潤滑は、粘性力を通じて、運動中の部品間の空間または隙間内の潤滑剤によって荷重が完全に支えられ、部品同士の相対的な摩擦が回避される潤滑方式である。[2]
- 静水圧潤滑では、ベアリング内の潤滑剤に外部圧力が加えられ、通常は押し出されてしまう流体潤滑膜が維持されます。
- 流体潤滑では、接触面の動きとベアリングの設計により、潤滑油がベアリングの周囲に送り出され、潤滑膜が維持されます。このベアリングの設計では、潤滑膜が壊れるため、始動、停止、または逆転時に摩耗する可能性があります。潤滑の流体力学理論の基礎はレイノルズ方程式です。潤滑の流体力学理論の支配方程式といくつかの解析解は、参考文献に記載されています。[3]
- 弾性流体潤滑: 主に非適合表面または高負荷条件の場合、物体は接触時に弾性ひずみを被ります。このようなひずみにより荷重支持領域が形成され、流体が通過するほぼ平行な隙間が提供されます。流体潤滑と同様に、接触物体の動きによって流れ誘起圧力が生成され、これが接触領域に対する支持力として機能します。このような高圧状態では、流体の粘度が大幅に上昇する可能性があります。完全膜弾性流体潤滑では、生成された潤滑剤膜が表面を完全に分離します。潤滑剤の流体力学的作用と接触固体の弾性変形との間の強い結合により、この潤滑状態は流体構造相互作用の例です。[4]古典的な弾性流体理論では、レイノルズ方程式と弾性たわみ方程式を使用して、この潤滑状態における圧力と変形を解きます。[5] [6]隆起した固体の特徴、つまり凹凸間の接触も発生する可能性があり、混合潤滑状態または境界潤滑状態につながります。
- 境界潤滑は、潤滑剤ではなく表面の凹凸（高点）によって荷重が支えられる状態として定義されます。[7]この効果により、超高分子量ポリエチレンは「自己潤滑性」を持つようになります。
- 境界膜潤滑: [8]流体力学的影響はごくわずかです。物体は突起部(高点)でより接近して接触し、局所的な圧力によって発生した熱がスティックスリップと呼ばれる状態を引き起こし、いくつかの突起部が壊れます。高温高圧状態では、潤滑剤の化学反応性成分が接触面と反応し、移動する固体表面に非常に耐性のある粘り強い層または膜(境界膜)を形成します。これにより荷重を支えることができ、大きな摩耗や故障が回避されます。
- 混合潤滑：この領域は、完全膜弾性流体力学領域と境界潤滑領域の中間に位置します。生成された潤滑膜は物体を完全に分離するのに十分ではありませんが、流体力学的効果は相当なものです。[9]
潤滑剤は、負荷を支える以外にも、接触部分を冷却したり、摩耗生成物を除去したりするなどの機能も果たす必要があります。これらの機能を実行する際、潤滑剤は、相対的な動き (流体力学) または外部から誘導される力によって、接触部分から絶えず入れ替わります。
ピストン、ポンプ、カム、ベアリング、タービン、ギア、ローラーチェーン、切削工具などの機械システムを正しく動作させるには、潤滑が必要です。潤滑がないと、近接した表面間の圧力によって十分な熱が発生し、表面が急速に損傷し、粗くなった状態では文字通り表面が溶接され、焼き付きを引き起こす可能性があります。
ピストンエンジンなどの一部の用途では、ピストンとシリンダー壁の間のフィルムが燃焼室を密閉し、燃焼ガスがクランクケースに漏れるのを防ぎます。
エンジンが、たとえば滑り軸受に加圧潤滑を必要とする場合、オイル ポンプとオイル フィルターが必要になります。加圧給油が不要な初期のエンジン ( Sabb 船舶用ディーゼルなど) では、飛沫潤滑で十分でした。
参照
参考文献
- ^ Hamrock, Bernard J. (2004). 流体膜潤滑の基礎 。Steven R. Schmid、Bo O. Jacobson (第 2 版)。ニューヨーク: Marcel Dekker。ISBN 0-8247-5120-5. OCLC 55739786.
- ^ サン・アンドレス L. 「ポンプのローターダイナミクス入門、パート I. 流体潤滑入門」 (「MEEN626 潤滑理論クラス:シラバス FALL2006」)。[1] [永久リンク切れ ] (2007 年 12 月 11 日)
- ^ tribonet (2017-02-16). 「流体潤滑」.トライボロジー. 2017-02-23閲覧。
- ^ Singh, Kushagra; Sadeghi, Farshid; Russell, Thomas; Lorenz, Steven J.; Peterson, Wyatt; Villarreal, Jaret; Jinmon, Takumi (2021-09-01). 「弾性流体潤滑線接触の流体–構造相互作用モデリング」. Journal of Tribology . 143 (9): 091602. doi :10.1115/1.4049260. ISSN 0742-4787. S2CID 230619508.
- ^ tribonet (2017-02-05). 「弾性流体潤滑 (EHL)」.トライボロジー. 2017-02-23閲覧。
- ^ ポポバ、E.;バーモント州ポポフ (2015)。 「弾性流体力学の歴史について: アレクサンダー モーレンシュタイン エルテルの劇的な運命と潤滑の理論と実践に対する彼の貢献」数学と機械に関する知識。95 (7): 652–663。Bibcode :2015ZaMM...95..652P。土井：10.1002/zamm.201400050。
- ^ Bosman R. および Schipper DJ 「境界潤滑領域における微視的軽度摩耗」。トゥエンテ大学工学技術学部表面技術およびトライボロジー研究所、PO Box 217、NL 7500 AE エンスヘーデ、オランダ。
- ^ Ewen, James. 「境界潤滑」。Trbonet。
- ^ Akchurin, Aydar; Bosman, Rob; Lugt, Piet M.; Drogen, Mark van (2015-05-31). 「計測された表面粗さによる負荷分散コンセプトに基づく混合潤滑における摩擦係数の予測モデルについて」。Tribology Letters . 59 (1): 19. doi : 10.1007/s11249-015-0536-z . ISSN 1023-8883.
外部リンク
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- 機械潤滑誌
- 国際機械潤滑評議会