Segons els diferents materials lubricants entre els parells de fricció, la lubricació es pot dividir en fluid (líquid, gas) i lubricació sòlida (vegeu lubricant). Segons els diferents estats de fricció entre els parells de fricció, la lubricació es pot dividir en lubricació fluida i lubricació límit. L'estat de lubricació entre la lubricació fluida i la lubricació límit s'anomena lubricació mixta o lubricació dinàmica de fluids elàstica parcial. Lubricació de fluids En condicions adequades, les dues superfícies de fricció mútues es poden separar per una capa de fluid viscós amb un cert gruix (més d'1,5 a 2 micres), i la càrrega externa s'equilibra amb la pressió del fluid. La majoria de les molècules de la capa de fluid no es veuen afectades pel camp elèctric iònic de la superfície de fricció i es poden moure lliurement, és a dir, la fricció només existeix en l'estat de lubricació entre les molècules de fluid. El coeficient de fricció de la lubricació del fluid és molt baix (menys de 0.01). Segons la forma en què es genera la pressió de la pel·lícula lubricant, la lubricació fluida es pot dividir en lubricació dinàmica i lubricació estàtica. En la investigació tradicional de la mecànica de la lubricació, el cos de fricció i el fluid lubricant es consideren cossos rígids i fluids viscosos (fluids newtonians), respectivament. De fet, el cos de fricció és un cos elàstic, però de vegades es pot simplificar com un cos rígid. La lubricació dinàmica de fluids que ha de tenir en compte els efectes de la deformació elàstica i la pressió sobre la viscositat s'anomena lubricació dinàmica de fluids elàstica. Quan el cos de fricció es troba en estat plàstic, la lubricació dinàmica del fluid que ha de tenir en compte l'efecte plàstic s'anomena lubricació dinàmica del fluid plàstic. El mètode d'investigació tradicional de la lubricació amb fluids va començar el 1886, i el fundador va ser O. Reynolds del Regne Unit. Les generacions posteriors es van referir col·lectivament als resultats de la investigació de la mecànica de lubricació tradicional com a mecànica de lubricació clàssica. En la lubricació amb fluids, la viscositat del fluid s'avalua generalment per la viscositat. La figura 1 mostra un model que suposa que el fluid és incompressible i flueix de manera lamel·lar. La relació entre la resistència a cisalla viscosa del fluid al moviment tangencial, és a dir, l'esforç de cisalla τ i el gradient de velocitat (la velocitat de canvi de la velocitat del fluid u al llarg de la direcció perpendicular a la direcció laminar y) és on η és el constant proporcional, és a dir, la viscositat, també coneguda com a viscositat dinàmica. La relació anterior s'anomena llei de fricció interna del flux laminar de fluids (figura 2), també coneguda com a llei de fricció interna de Newton. Els fluids el comportament del flux dels quals s'ajusta a aquesta llei s'anomenen fluids newtonians. Per als cossos plàstics lipídics (anomenats fluids no newtonians), la llei de fregament interna corresponent és on τ0 és la resistència inicial a tall del lípid. De vegades també s'ha de tenir en compte la dependència del flux de fluid en el temps. L'equació de Reynolds és l'equació bàsica que descriu la distribució de pressió de la pel·lícula de lubricació dinàmica de fluids. L'equació de Reynolds tradicional es basa en l'equació de moviment del fluid viscós, també coneguda com l'equació de Navier-Stokes. Es simplifica a partir de determinades hipòtesis després de combinar-se amb l'equació de continuïtat de massa. L'equació de Reynolds universal que descriu la distribució de pressió de la pel·lícula de lubricació del fluid és: on v1 i v2 són les velocitats de les superfícies límit 1 i 2 al llarg de la direcció x respectivament; t és el temps; η és la viscositat dinàmica del fluid; p és la pressió de la pel·lícula fluida; h és la densitat del fluid; i h és el gruix de la pel·lícula. Els dos termes del costat esquerre d'aquesta equació caracteritzen la distribució de la pressió de la pel·lícula, i els tres termes del costat dret indiquen les causes de la pressió de la pel·lícula de lubricació dinàmica del fluid, és a dir, l'efecte de falca, l'efecte d'estirament de la superfície i l'efecte de compressió. En general, l'efecte d'estirament de la superfície és molt petit i es pot ignorar. Quan el gruix de la pel·lícula h no canvia, també es pot ignorar l'efecte de compressió. Per tant, en la majoria de les condicions de treball, l'efecte de falca del fluid lubricant és el terme principal que genera la pressió de la pel·lícula. Per a la lubricació hidrodinàmica de gas, cal afegir una equació d'estat a l'equació general de Reynolds. Si es considera que el gas lubricant és un gas real i compleix la relació politròpica, l'equació addicional és: On T és la temperatura absoluta; R és la constant de gas del gas específic; n és l'índex d'expansió politròpica, n=cp/cv, cp i cv són la calor específica a pressió constant i la calor específica a volum constant, respectivament. Quan n=1, és un flux isotèrmic; quan n=1.401 (aire), és flux adiabàtic. A més, quan la temperatura de la pel·lícula lubricant canvia molt, provocant un canvi significatiu en la viscositat, cal afegir una equació d'energia a l'equació general de Reynolds per resoldre-la simultàniament. Lubricació límit Estat de lubricació quan hi ha una pel·lícula fina (pel·lícula límit) entre dues superfícies que es freguen mútuament. Aquest fenomen sol produir-se quan la màquina s'engega o s'atura. La pel·lícula límit es pot dividir en pel·lícula d'adsorció i pel·lícula de reacció (figura 3). La pel·lícula formada per les molècules polars del lubricant adsorbides a la superfície de fricció s'anomena pel·lícula d'adsorció. La pel·lícula d'adsorció es divideix a més en pel·lícula d'adsorció física i pel·lícula d'adsorció química. ① Pel·lícula d'adsorció física: l'atracció de molècules adsorbeix fermament les molècules polars a la superfície sòlida i estan disposades de manera direccional per formar una pel·lícula superficial amb un gruix d'una a diverses capes moleculars. ② Pel·lícula d'adsorció química: la pel·lícula superficial formada per la reacció de degradació o polimerització de certs compostos orgànics en oli lubricant (com ara dialquil ditiofosfats, èsters diols d'àcid dibàsic, etc.) o la força d'unió química generada per l'intercanvi d'electrons de valència de molècules polars en oli lubricant amb electrons a la superfície metàl·lica, cosa que fa que les molècules polars del sabó metàl·lic es disposen de manera direccional i adsorbida a la superfície per formar una pel·lícula superficial. Els additius de l'oli lubricant, com els agents d'extrema pressió que contenen compostos orgànics com el sofre, el fòsfor i el clor, reaccionen químicament amb la superfície metàl·lica per formar una pel·lícula superficial que pot suportar una gran càrrega, que s'anomena pel·lícula de reacció. Sota l'acció de la calor de fricció generada quan els pics convexos de les dues superfícies de fricció estan en contacte directe i moviment relatiu, la pel·lícula de reacció es forma i es destrueix contínuament. Quan la pel·lícula d'adsorció arriba a la saturació, les molècules polars estan ben disposades i la força de cohesió entre les molècules li dóna a la pel·lícula una certa capacitat de càrrega, evitant que les dues superfícies de fricció es contactin directament entre si. La figura 4 és un model de l'efecte de lubricació de la pel·lícula d'adsorció. Quan el parell de fricció llisca entre si, la pel·lícula d'adsorció llisca entre si com dos raspalls, que poden tenir un paper lubricant i reduir el coeficient de fricció. La pel·lícula de reacció té un punt de fusió elevat, no és fàcil d'adherir, té poca resistència a la cisalla, té una baixa resistència a la fricció i es pot destruir i formar contínuament, de manera que pot evitar el contacte directe entre superfícies metàl·liques i tenir un paper lubricant. Els factors que afecten el rendiment de la lubricació de la pel·lícula d'adsorció inclouen l'estructura i la quantitat d'adsorció de les molècules polars, la temperatura, la velocitat i la càrrega. Quan augmenta el nombre d'àtoms de carboni de les molècules polars, el coeficient de fricció disminueix. Quan la quantitat d'adsorció de molècules polars arriba a la saturació, el rendiment de lubricació de la pel·lícula és bo i estable. Quan la temperatura de funcionament supera un cert rang, la pel·lícula d'adsorció es dispersa o desorbirà i la lubricació fallarà. Normalment, el coeficient de fricció de la pel·lícula d'adsorció disminueix amb l'augment de la velocitat fins a un determinat valor. En condicions de treball normals, el coeficient de fricció de la pel·lícula d'adsorció és el mateix que el de la fricció en sec i no es veu afectat per la càrrega. La pel·lícula de reacció té una forta capacitat antiadherència a pressió extremadament alta i el seu rendiment de lubricació és més estable que qualsevol pel·lícula d'adsorció. El seu coeficient de fricció augmenta amb l'augment de la velocitat fins a un valor determinat. Les pel·lícules de reacció s'utilitzen sovint en condicions de càrrega pesada, alta velocitat i alta temperatura. En determinades condicions de treball, la capacitat de la pel·lícula de límit de resistir la ruptura s'anomena força de la pel·lícula de límit. Es pot expressar pel valor crític pv, valor crític de temperatura o coeficient de fricció crític. ① Valor pv crític: en la lubricació del límit normal, quan la càrrega p o la velocitat v augmenta fins a un cert valor, la temperatura del parell de fricció augmenta sobtadament i el coeficient de fricció i el desgast augmenten bruscament. El valor pv corresponent quan la força de la pel·lícula límit arriba al valor límit s'anomena valor pv crític. ② Valor de temperatura crític: quan la temperatura de la superfície de fricció arriba al grau de desordre, suavització o fusió de la pel·lícula límit, la pel·lícula d'adsorció es desorbeix, el coeficient de fricció augmenta ràpidament, però encara té algun efecte de lubricació. La temperatura en aquest moment s'anomena primera temperatura crítica. Quan la temperatura continua augmentant fins al punt on l'oli lubricant (greix) es polimeritza o es descompon, la pel·lícula límit es trenca completament, el parell de fricció es torna enganxós i el desgast augmenta bruscament, la temperatura s'anomena segona temperatura crítica. La temperatura crítica és el paràmetre principal per mesurar la força de la pel·lícula límit. ③ Temps de fricció crítics: el nombre de friccions repetides quan la pel·lícula límit arriba a una fallada de lubricació s'anomena temps de fricció crítics.
L'addició de lubricant entre dues superfícies en fricció relativa per formar una capa de pel·lícula d'oli lubricant que redueix el desgast pot reduir el coeficient de fricció, mantenir la resistència a la fricció i reduir el consum d'energia. Per exemple, en bones condicions de fricció líquida, el seu coeficient de fricció pot ser tan baix com 0,001 o fins i tot inferior. En aquest moment, la resistència a la fricció és principalment la baixa resistència al cisallament del lliscament mutu entre les molècules de la pel·lícula lubricant líquida. Els lubricants entre les superfícies de fricció poden mantenir el desgast causat pel desgast de partícules dures, l'òxid superficial i la soldadura per mossegada i el trencament entre les superfícies metàl·liques. Per tant, si es subministren suficients lubricants entre les superfícies de fricció, es poden formar bones condicions de lubricació, es pot evitar que es faci malbé la pel·lícula d'oli i es pot mantenir la precisió coincident de les peces, mantenint així molt el desgast. Els lubricants poden reduir el coeficient de fricció i mantenir la generació de calor de fricció. Sabem que el treball realitzat per la maquinària en marxa per superar la fricció es converteix tot en calor, una part de la qual es difon cap a l'exterior des del cos, i una part de la qual augmenta contínuament la temperatura de la maquinària. El sistema de lubricació de circulació centralitzada que utilitza lubricants líquids pot eliminar la calor generada per la fricció, tenir un paper en la refrigeració i controlar el funcionament de la maquinària dins del rang de temperatura requerit. La superfície de la maquinària entrarà inevitablement en contacte amb el medi circumdant (com l'aire, l'aigua, el vapor d'aigua, els gasos i líquids corrosius, etc.), provocant que la superfície metàl·lica de la maquinària s'oxidi, es corroeixi i es faci malbé. Especialment els tallers d'alta temperatura de les plantes metal·lúrgiques i les plantes químiques són més greus en la corrosió i el desgast. Per als cilindres i pistons de màquines de vapor, compressors, motors de combustió interna, etc., l'oli lubricant no només pot lubricar i reduir la fricció, sinó que també pot millorar l'efecte de segellat, de manera que no hi hagi fuites d'aire durant el funcionament i millora l'eficiència del treball. El greix té un efecte especial a l'hora de formar un segell, que pot evitar que l'aigua o altres pols i impureses penetrin al parell de fricció. Per exemple, l'ús d'embalatge submergit en oli recobert de greix té un bon efecte lubricant sobre el segellat del capçal de l'eix de la bomba d'aigua i pot evitar que les fuites i les impureses de pols penetrin al cos de la bomba i tinguin un bon paper de segellat. A més, l'oli lubricant també té l'efecte de reduir la vibració i el soroll.
