潤滑理論
Principle of Lubrication
什麼叫潤滑（Lubrication）？
指在兩種物體相互接觸運動時，其接觸面之間會產生摩擦，為了防止磨損並降低摩擦阻力，會在兩物體之間注入流體（如潤滑油、潤滑脂）或具有類似功能的物質，形成一層潤滑膜，進而分隔接觸表面，減少金屬間直接接觸，目的是降低摩擦係數、減少能量損耗，還能吸收衝擊與熱能、防止機件過早損壞，大幅延長設備壽命。
什麼是潤滑劑（Lubricant）？
負責潤滑的介質，其主要作用是在兩個接觸運動的物體表面之間形成一層潤滑膜，用以降低摩擦、減少磨損、分散熱能並保護表面。
摩擦的種類
- 固體摩擦（Solid Friction）：
① 滑動摩擦（Sliding Friction）：當兩個固體表面相對滑動時產生的摩擦力。
② 滾動摩擦（Rolling Friction）：當一個物體在另一個表面上滾動時產生的摩擦，通常遠小於滑動摩擦，因此較常見於軸承等機構中。 - 流體摩擦（Fluid Friction）：指當兩個物體表面之間存在潤滑劑（如液體、氣體）時，流體在兩表面間流動，阻隔金屬間的直接接觸，此時所產生的摩擦來自於流體內部的黏滯阻抗。與固體摩擦相比，流體摩擦的阻力明顯較低，因此能大幅降低磨損、熱能產生與能量消耗。
摩擦的種類
潤滑的基本形狀有以下三種方式：
- 流體動力潤滑（ Hydrodynamic Lubrication）：
原理：兩接觸面之間由於相對運動產生流體壓力，形成一層完整的油膜，完全分離金屬表面，防止直接接觸。
特徵：需要相對運動；潤滑油在運動中自行產生壓力。
應用：軸承、活塞與汽缸壁之間。 - 流體靜壓潤滑（ Hydrostatic Lubrication）：
原理：透過外部泵浦供油並加壓，在兩表面之間形成油膜，即使沒有相對運動也能潤滑，即相互接觸的兩個物體在靜止狀態下被液態潤滑劑擠壓完全分離。
特徵：外部泵浦供壓；適用於起動前或低速時。
應用：高精密工具機、氣浮軸承等。 - 邊界潤滑 （Boundary Lubrication）：
原理：油膜非常薄的狀態下，相互接觸運動的兩個物體未能完全分離，部分金屬表面仍會接觸，摩擦現象仍然存在，此時主要依靠油中的添加劑在表面形成化學膜以減少磨損。
特徵：發生於重載、低速、起動或停止時。
應用：引擎啟動瞬間、齒輪邊界區域。
實際上，大多數流體潤滑在三種潤滑方式中主要以「邊界潤滑 Boundary Lubrication」形成，為了防止因金屬間局部接觸所產生的過熱與磨損，常需添加各類潤滑添加劑以強化保護效果。
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影響潤滑油膜的因素
當潤滑劑形成的油膜厚度不足時，無法有效分隔金屬表面，導致金屬與金屬間的直接摩擦加劇，進而造成磨損增加、運轉不順甚至機械過熱。這種情況若未改善，將降低機械效率並縮短設備壽命。因此，決定潤滑油膜厚度與穩定性的主要因素如下：
- 負載（Load）：負載越大，油膜越容易被壓縮變薄，增加金屬接觸的風險與磨損程度。
- 速度（Speed）：在動壓潤滑條件下，相對運動速度越快，越容易在兩表面之間產生動壓效應，形成穩定油膜；但若速度不足，則無法有效建立油膜。
- 粘度（Viscosity）：黏度越高，潤滑油在表面之間的附著與支撐能力越強，油膜越厚；但過高的黏度也可能導致啟動阻力增加與流動性變差，因此需視操作條件合理選擇。
因此，若要在容易過熱與磨損的設備中有效增加潤滑油膜的厚度，應採取以下策略：
- 盡可能減輕負載，降低對油膜的壓縮破壞。
- 提高運轉速度，有助於促進動壓油膜形成。
- 若無法提高速度，則應提升所使用潤滑油的黏度。
要提升潤滑油黏度，可透過兩種方式達成：
- 降低設備操作溫度，使原有油品保持較高黏度；
- 或直接更換為高黏度等級的潤滑油品。
