作者：谢小鹏,蓝秉理,黄博
出版社：清华大学出版社
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汽车零部件脂润滑试验研究试读：
内容简介
本书针对因脂润滑不良而出现故障的部分汽车零部件进行了脂润滑试验研究，集合汽车润滑脂的理化性能分析、台架试验分析、辅助试验设备分析的研究方法，研究了汽车零部件在相应不同工况下，其所选用不同润滑脂的润滑效果。本书为研发汽车零部件实现“终身润滑”的专用润滑脂提供科学方法和试验依据，也为汽车维修市场和车用润滑脂市场的规范和质量的提高打下基础。
本书可供汽车工程师，汽车零部件的研究、设计、生产者以及汽车润滑脂销售人员阅读与借鉴。FOREWORD前言
随着中国汽车行业的迅速发展，汽车生产量、产品结构等方面也都有了很大的发展，从而对汽车用润滑剂提出了新要求。润滑脂作为一种半固体润滑剂相比于其他润滑剂具有其独特的优势，所以被广泛运用。虽然汽车用润滑脂的费用相比汽车的造价很小，但是润滑脂对于上百个汽车零部件满足苛刻的工作环境、提高机械效率、节约能源、减少零件摩擦磨损等方面起着重要作用。汽车脂润滑因车型的差异、润滑部位的不同和工况的不同等，对润滑脂有极压抗磨性、耐温性、长寿命等不同的性能要求。
据统计，目前我国汽车行业用润滑脂占国内润滑脂总需求量的三分之一左右，其中普通锂基润滑脂占消耗量的90％左右，复合锂基润滑脂占消耗量的10％左右。汽车行业用润滑脂依据汽车使用润滑脂部位的不同可分为四类：轮毂轴承用润滑脂、底盘和操纵系统用润滑脂、发动机及电器系统用润滑脂、车身附件用润滑脂。从各类汽车分布比例和市场销售的车用润滑脂情况分析，我国的中低档产品消费率偏高。这一方面说明我们的用脂水平偏低，另一方面反映出国内润滑脂生产水平、技术水平、理论水平与技术发达国家仍存在着较大的差距。汽车用润滑脂类的研究参考书籍并不多，并且相关资料主要集中在轮毂轴承和CVJ万向节用润滑脂的研究，而对于其他的零部件脂润滑全面系统的介绍比较少。本书初步针对数个存在脂润滑故障的零部件进行脂润滑试验，后续会逐步完善其他的零部件试验，旨在实现整车零部件脂润滑系统完整性试验研究。
深圳市合诚润滑材料有限公司多年来一直致力于特种润滑脂的自主研发，拥有专门用于研究汽车零部件脂润滑的试验室，并且为广大汽车零部件的生产商和使用者提供优质的润滑脂及完善的润滑方案，在解决客户问题时积累了大量关于如何选择和使用车用润滑脂的宝贵经验。华南理工大学与深圳合诚润滑材料有限公司共同合作，结合润滑脂产品的研发，以相关资料搜集、实地调研、脂润滑机理分析和一系列脂润滑试验，针对所选的一部分汽车零部件编写了《汽车零部件脂润滑试验研究》一书，为完善汽车零部件的脂润滑试验研究打下基础，希望能够帮助读者更好地认识、选择和使用润滑脂，提高产品品质，减少零部件故障，降低使用成本。
本书通过设计汽车零部件脂润滑试验台，检测不同润滑脂的润滑效果。通过“对零件工况分析”→“脂的理化指标分析”→“台架试验”→“专用脂产品优化”的研究思路，为研究汽车专用润滑脂提供了良好的渠道和可靠的方式，并且为改善国内汽车零部件用脂规范性和专用脂质量打下基础，向国外汽车专用脂质量看齐，改善国内汽车用脂的不规范、档次低以及与汽车不配套等各种润滑问题的现状。
全书分为8章，第1章简要介绍汽车脂润滑的相关内容，其他章节按照所选取的7个易出现润滑故障的汽车零部件进行脂润滑试验研究。本书可供汽车工程师、汽车零部件的研究、设计、生产者以及汽车润滑脂销售人员阅读与借鉴。
本书由华南理工大学汽车摩擦与故障诊断研究所谢小鹏教授、合诚润滑材料有限公司蓝秉理工程师和华南理工大学机械与汽车工程学院研究生黄博统稿，参加编写工作的还有华南理工大学博士生研究生彭朝林、陈树林、王瑞洲，硕士研究生李光乐、黄恒、刘奕敏、李磊、杨林；合诚公司研发工程师张志明、马朝和，应用工程师张凯、谢曙芝等。本书引用多篇参考文献，在此向各文献的作者致以谢意。
由于篇幅和编著者水平的限制，书中内容难免有疏漏和观点失当之处，敬请广大读者不吝赐教。编著者2013年12月第1章 汽车脂润滑介绍1.1 润滑相关知识1.1.1 摩擦
1964年12月22日，H.P.Jost博士受英国教育与科学国务大臣Bowden勋爵的委托组成了工作组，经过11个月的调查查明英国润滑教育和研究的现状，并就工业对这方面的需求提出建议，所完成的报告（即Jost报告）于1966年2月公开发表。该报告的研究成果与结论有：（1）重视润滑技术，每年在工业上可节约5亿英镑，并可大大提高技术的发展速度，为实现国家经济目标做出非常大的贡献；（2）为了消除“Lubrication”一词的局限性以致忽视摩擦这门边缘学科，提出“Tribology”（摩擦学）一词来表达这门学科的内涵。
从汽车诞生开始，它就慢慢成为运输和便利的代表，而且近些年来中国汽车产业迅猛发展，汽车成了必不可少的交通运输方式之一。通俗来讲，在汽车这样一台机器的运行当中，存在很多零部件之间的相互作用与相互运动。摩擦是机器运转过程中不可避免的现象，有30％～50％的能源是以摩擦的形式耗费的。摩擦也是导致零部件磨损甚至整个机器故障和失效的主要原因。据统计，约80％的零部件损坏是由于各种形式的磨损引起的，汽车发动机和传动装置的机械摩擦耗损占发动机总能耗的12％左右，摩擦学设计和润滑技术是减少发动机润滑区的摩擦损失、提高发动机的能源经济性的主要途径。总之，摩擦不仅会使零件的表面材料磨耗，而且也会产生热量，使摩擦副表面温度瞬时升高，提高材料表面活性，加快和加重材料的磨耗，导致降低工件的工作效率。所以，对汽车进行合理的润滑是非常有必要的。
汽车由成千上万个零部件装配而成，整台机器运行时，不仅零件内部会存在摩擦，而且零件与零件之间也会存在摩擦磨损，摩擦副的状态各种各样。按照摩擦副表面的润滑状况来分类又分为：（1）干摩擦。严格来讲，干摩擦是指两物体表面未添加任何润滑介质时的摩擦，包括如空气、污染膜、润滑剂膜等，但一般情况下是指没有润滑剂润滑的摩擦状态。（2）边界摩擦。边界摩擦即为边界润滑状态下的摩擦，是指物体之间摩擦面上存在一层由润滑剂构成的边界膜发生的摩擦。此时的摩擦系数仅与摩擦面的性质（材质、几何形状等）和润滑剂的油性有关，也就是说摩擦系数与摩擦面润滑剂之间形成极性分子栅的能力和分子栅本身的承载能力有关，而与润滑油的黏度大小无关。当边界润滑作用较差时，某些部位的边界膜被破坏，造成摩擦面的直接接触，从而形成干摩擦，使摩擦系数增大。（3）流体摩擦。流体摩擦时，物体之间的摩擦面被润滑剂膜隔开从而没有直接接触，因此摩擦仅发生在润滑剂之间，运动阻力仅由润滑剂的流体黏性阻力或者流变阻力形成，因而摩擦系数很小，一般在0.001～0.01的范围内。（4）混合摩擦。混合摩擦可分为半干摩擦和半流体摩擦。半干摩擦是指干摩擦和边界摩擦同时存在的情形，不充分的边界摩擦将导致半干摩擦。半流体摩擦是流体摩擦和边界摩擦同时存在的情形，不充分的流体摩擦会导致半流体摩擦。汽车零部件常处于混合摩擦状况。1.1.2 磨损
摩擦不仅会增大汽车零部件内部或零件与零件之间的阻力产生热量，而且进一步使摩擦副表面产生磨损。磨损是相互接触的物体在相对运动中表层材料不断损伤的过程，它是伴随摩擦而产生的必然结果。磨损过程也主要是因为对偶表面间的力学、化学与热作用而产生。零件表面的磨损是造成机器精度丧失甚至失效的很大一部分原因，导致停工损失、能源消耗和生产效率降低。所以对磨损问题应该给予重视，尽量降低减少摩擦磨损，延长零部件使用寿命和维修费用。在汽车零部件的整个寿命过程中，一般分为如图1-1所示的三个阶段。图1-1 磨损过程曲线Ⅰ—磨合阶段；Ⅱ—稳定磨损阶段；Ⅲ—异常磨损阶段
1．磨合阶段
一般来讲，新的零部件的摩擦表面具有一定的粗糙度，相互接触的大部分以尖峰为主。刚开始工作时，这些尖峰被逐渐磨光，表面变得更为平整，使接触的面积大大增加，从而减缓磨损的速度，慢慢向正常磨损阶段靠拢，前面的这段时间就叫做磨合阶段。由于这种特征，零部件在磨合期会产生部分异常磨损颗粒。一般要求磨合阶段的时间长度越短越好，为了缩短磨合期，可采用合适的加工和装配工艺，或使用合适的润滑剂等方法。
2．稳定磨损阶段
这阶段的磨损缓慢稳定，虽然会产生微小的磨损颗粒，但是不出现异常磨损颗粒，而且磨损的量也少，属于正常磨损的状况。此时零件工作的效率最高最稳定，所以要求尽量保持或延长此阶段，也是零部件长寿命使用要求的体现。
3．异常磨损阶段
可以从曲线看出，磨损曲线突然在此阶段急剧上升，表明零件的磨损速度急剧增长，机械效率降低，精度丧失，还有可能伴有异常噪声和振动，摩擦副的温度也迅速随之升高，很快零部件就会导致失效。
契可斯（H.Czichos）于1985年提出了一种磨损的分类，如图1-2所示，表明了摩擦学的相互作用关系和磨损的分类及机理。图1-2 磨损分类框图
按照磨损颗粒的大小和形貌、相对运动和载荷类型、摩擦表面形貌和表层破坏形式、磨损机理等，通常将磨损分为磨粒磨损、黏着磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损、微动磨损等。1.1.3 润滑
为了提高汽车工作效率，需要减少和降低各个零部件之间的摩擦磨损，虽然某些零部件有一定的自润滑性，但是为了获得更长的工作时间和更高的工作效率，对汽车零部件正确合理的润滑是很有必要的。机械摩擦副表面间的润滑类型或状态，可根据润滑油膜的形成机理和特征分为几种（通常根据所形成的润滑膜的厚度和粗糙度综合值借助斯特里贝克摩擦曲线进行对比判断其润滑状态）：无润滑或干摩擦；边界润滑；流体润滑；混合润滑。流体润滑又分为流体动压润滑、弹性流体动压润滑和流体静压润滑三种。混合润滑是实际生活中最常见的润滑状态。
润滑的主要目的是通过在摩擦副之间加入合适的润滑剂以降低摩擦阻力和能源消耗，并且减少接触面表面的磨损，延长零部件使用寿命。另外，润滑剂除了降低摩擦和减少磨损外，还有冷却、密封、防止腐蚀、阻尼减震等其他作用。润滑剂按照物理状态来看，可分为液体润滑剂、半固体润滑剂、固体润滑剂和气体润滑剂。
润滑油作为液体润滑剂也是目前汽车用量最大的一类润滑材料，它拥有较宽的黏度范围，对于不同的负荷、速度和温度条件下工作的运动部件提供了很宽的选择范围。润滑油在提供较低的、稳定的摩擦系数的同时，由于自己本身的可流动性可以有效地带走摩擦表面产生的热量，使汽车零部件内部或者之间更加稳定的工作，从而得到广泛的运用。润滑油虽然有很好的润滑效果，但是也存在自身的缺点，也正是由于自身的流动性，在很多场合因它的保持性差而得不到运用。另外，润滑油还有密封效果差及与大部分塑胶的相容性差等缺点。
半固体润滑剂通常指的就是润滑脂，它在常温、常压下呈胶体结构的半固体状态。润滑脂一般分为皂基脂、烃基脂、无机脂和有机脂四种，它们除了具有减少摩擦降低磨损的性能外，还起到密封、减振等作用，并且使润滑系统简单、维护管理方便、节省操作费用，从而得到广泛的使用。但润滑脂也存在流动性小，散热性差，高温下易产生相变、分解等缺点。润滑脂的产量占整个润滑剂总产量的比例虽然只有2％左右，但是在润滑领域中所起到的作用却是非常大的。据统计，约90％的滚动轴承使用脂润滑，而且目前在滚动轴承失效中，大约有43％是由于不适当的润滑所引起的。因此，必须重视润滑脂的质量和产品构成。汽车润滑脂占整个润滑脂产业的主要部分。
固体润滑剂是指软金属、金属化合物、无机物和有机物四类，按形状来看分为固体粉末、薄膜和自润滑复合材料三种。这类润滑材料虽然历史不长，但其经济效果好，适应范围广，发展速度快，能够适应高温、高压、低速、高真空、强辐射等特殊工况。它存在摩擦系数较高和冷却散热效果差等缺点。有些固体润滑剂也同时是润滑脂的抗磨添加剂，例如二硫化钼、聚四氟乙烯等。
气体润滑剂要求清洁度很高，使用前必须进行严格的精制处理。按气膜承载机理，可将气体润滑剂分为：气体动压润滑、气体静压润滑和挤压膜润滑。动压润滑类似于液体流体动力润滑的原理，但因为气体的黏度很低，所以其润滑膜厚度也非常薄，因此气体动力轴承只用于高速、轻载、小间隙和公差控制得很严格的情况。气体静压润滑则能承受较高的载荷，对间隙和公差的要求不太苛刻，还能用于较低速情况。气体润滑最明显的特点是其使用温度范围宽广（-200～+2000℃），摩擦系数能降低到很小值，稳定性高。
综上所述，可以看出几种润滑剂的优缺点和适用范围如表1-1所示。表1-1 各种润滑剂优缺点对比1.2 汽车润滑脂1.2.1 汽车润滑脂的概念
通过前面对机械摩擦、磨损和润滑知识的介绍，我们了解到润滑剂在汽车各个相对运动机械零部件上的不可或缺的作用，半固体润滑脂以其独特的特点和优点在汽车零部件上得到广泛应用。润滑脂作为润滑剂的一个重要品种，是一类含有稠化剂并形成胶体结构的胶体物质，通常是从半流体到半固体的塑性物。在某些特定的润滑条件下，需要塑性或者半流体状态的物质来进行润滑。
随着技术的发展，各种各样车辆零部件层出不穷，相对运动部位的润滑要求也越来越高。随着我国改革开放的深入与经济的发展，汽车产业的迅猛发展，石油资源日夜消耗，生态环境日趋严峻，以最大经济性制造出高效节能的专用汽车润滑脂，以及客户合理的选用汽车润滑脂可大大降低机械摩擦磨损，减少磨损能量。1.2.2 汽车润滑脂的组成
润滑脂是通过稠化剂稠化基础油并加有添加剂的呈胶体状的润滑剂产品。润滑脂主要用于相对运动的摩擦副中，其功能主要在于降低摩擦磨损和密封，从而延长机械设备的使用寿命。当然汽车润滑脂还有一些其他特定的功能，例如减振、灭弧等。
1．基础油
基础油是润滑脂的主要润滑成分，其比重也是最大的。基础油在润滑脂中的含量占70％～90％，其对润滑脂性能有着举足轻重的作用。基础油基本上决定了润滑脂的蒸发性。基础油的黏度、凝点和黏温性在很大程度上影响了润滑脂的低温性能。对于制备润滑脂来说，基础油最重要的性质是黏度、热安定性、氧化安定性、蒸发性和润滑性。目前润滑脂的基础油可以分为两类：一是矿物油，二是合成油。
在没有特殊工况条件的要求下，一般润滑脂采用的基础油主要是矿物油，它是用量广泛且价格低廉的润滑基础材料。矿物油具有润滑性能好、黏温特性好、黏度等级大等特点，可以制造出不同用途的润滑脂，如高黏度基础油可以制备耐高温、抵抗重负荷的润滑脂。
合成油一般具有独特的性质，一般有合成烃、酯类油、硅油、含氟油及醚型油。合成烃的化学成分主要是碳氢两种元素，在合成烃中，最具有典型的是聚α－烯烃油，其主要优点在于黏度指数高，黏温性好，热氧化安定性与添加剂感受性好，同时具有很强的抗水能力。酯类油的黏温性好，凝点低，热安定性和氧化安定性好，能够制备出高低温使用润滑脂。硅油具有极好的黏温特性、宽范围适应性、剪切安定性好，在高温情况下，具有较低蒸发性能。但是，硅油也存在一定的缺点，比如甲基硅油对矿物油的混溶性差，对润滑添加剂感受性比较差。在高温氧化一段时间后形成凝胶，对金属黏附力差，导致润滑脂流失。以氟油为基础油制定的润滑脂，可以抵抗强烈的腐蚀氧化，也可以用于液压氧泵的密封和润滑。其中的全氟烷基聚醚油具有优良的热安定性和化学惰性，不与强酸强碱起反应，同时还与弹性密封材料的相容性好。醚油型，市场价格高，一般用于特殊工况条件下。聚苯醚的最突出的优点是抗辐射性良好，同时还有很好的氧化安定性，但是黏温性和低温流动性差，凝点高。
2．稠化剂
稠化剂是润滑脂中不可缺少的重要组成部分，其含量占润滑脂比例的10％～30％。稠化剂主要起到束缚基础油的作用，将基础油均匀分散其中，与基础油混合成膏状的润滑物质。润滑脂按稠化剂的不同分为皂基、非皂基和烃基三种。例如当采用无机稠化剂的时候，从微观角度看，分子间的作用力相互聚集形成球状结构，在稠化过程中将基础油保持在网状空间中，使基础油失去流动性。当润滑脂在摩擦副受到剪切作用时，稠化剂的网状结构遭到破坏，使得润滑油流出皂纤维空间起到润滑作用。当机械剪切作用停止时，稠化剂的空间结构恢复到原来的状态，继续吸附住基础油。
3．添加剂
润滑脂的添加剂是用来改善润滑性能的物质，这种物质能够提高某一方面的性能，例如抗磨添加剂，能够提高润滑脂的抗磨性能。润滑脂需要改善某项性能，此时需要相应性能的添加剂，其基本上与润滑油的添加剂相同。从结构上分析，有些添加剂是极性化合物，可能对润滑脂的物理状态结构有很大的影响。因此，在给润滑脂增添添加剂的时候，应当考虑添加剂的量，否则会出现适得其反的效果。添加剂主要有抗氧化剂、极压抗磨剂、防锈抗腐剂、拉丝性增强剂等。抗氧化剂的主要作用是延缓基础油的氧化。现在的皂基润滑脂其成分中含有金属离子，具有催化氧化作用，因此皂基润滑脂比基础油更容易氧化。常用的抗氧化剂有2,6-二叔丁基多加酚、二烷基二硫代氨基甲酸盐等。极压抗磨添加剂主要是提高润滑脂抗压能力，提高润滑脂的抗磨性能。常见的润滑脂的极压抗磨添加剂主要有磷酸三乙酯、二烷基硫代氨基甲酸盐等。防锈抗腐剂主要是在表面上形成一层抵抗氧化的薄膜，防止与金属接触时氧化腐蚀金属。常见的防锈剂有磺酸钙、脂肪酸胺等，常见的抗腐剂有苯并三氮唑、咪唑啉等。拉丝性增强剂主要是为了提高润滑脂的黏附性，使得润滑脂常常保持在摩擦部位进行充分的润滑，同时可以增加密封性和防护性，减少摩擦副的摩擦系数。拉丝性增强剂有聚异丁烯、聚甲基丙烯酸酯等。1.2.3 润滑脂的制备
润滑脂的性质不仅与它的组成成分相关，与它的生产制造工艺也息息相关。因润滑脂种类不同，制备工艺一般也不一样。但是其基本原理都是将基础油和稠化剂按一定比例均匀分散成均一体系，只是分散方法和分散条件不同。
以目前市场用得最多的皂基润滑脂为例，其大概的制备工艺如图1-3所示。像有机和无机脂的制备就不需要经过皂化过程，而采用机械分散和研磨均化的成脂工艺。图1-3 皂基脂制备基本工艺流程图1.2.4 汽车润滑脂的检测与评定
在润滑脂的研发或者使用过程中，其检测评定是不可缺少的。这不仅考虑到润滑脂研究开发的需要，还使用户能更好地了解润滑脂的性质，从而对润滑脂做出更准确的选择。汽车润滑脂的产品大致要经过三大步骤的评定：性能基本参数评定、模拟试验台架试验、实际工况下的实车验证。
1.2.4.1 润滑脂基本性能的评定
润滑脂基本性能参数评定包括理化性能和应用性能两方面。润滑脂的理化性能主要指润滑脂的外观、稠度、滴点、是否对金属产生腐蚀作用、合成橡胶相容性等。其应用性能则主要指润滑脂的机械安定性、胶体安定性、化学安定性、极压抗磨性、低温使用性、防腐蚀性、抗水性、热安定性等。
1．润滑脂理化性能评定
润滑脂外观是通过检测人员的目测与感观，对润滑脂形成初步模糊的判定，主要检测其颜色、光泽、软硬度、黏附性、均匀性和拉丝性等。一般对于经验丰富的润滑脂技术人员来讲，此检测方法更容易推断产品的质量，但通过外观判定远远不够。
稠度是衡量润滑脂软硬程度的指标，对于不同的工况条件，选择润滑脂合适的软硬度比较关键，它在试验室测量设备中通过测得的锥入度数据来表征，国内润滑脂的锥入度测量方法是参照标准《润滑脂和石油脂锥入度测定法》（GB/T 269）。如图1-4所示为试验室常用的一种锥入度测试仪。测定润滑脂锥入度通常分为三种情况：图1-4 锥入度测试仪（1）不工作锥入度，脂样在尽可能少搅动的情况下从样品容器中转移到测量脂杯中测定的锥入度；（2）工作锥入度，脂样在润滑脂工作器中经一分钟60次往复工作后测定的锥入度；（3）延长工作锥入度，脂样在润滑脂工作器中按每分钟60次往复工作1万次或者10万次后测定的锥入度。
三种不同标准锥体测量出来的数据之间换算如下所示：
其中，式（1-1）为1/4锥入度换算为全尺寸锥入度的公式，式（1-2）为1/2锥入度换算为全尺寸锥入度的公式。
按照美国润滑脂协会（NLGI）的规定，润滑脂按不同的锥入度值分为9个等级的稠度，见表1-2。表1-2 稠度等级
润滑脂滴点是衡量其热稳定性的重要指标，也是润滑脂温度使用范围的主要参考指标。滴点定义为在润滑脂滴点计的脂杯中流动滴出第一滴时试样的温度值。依靠经验来说，实际可使用的最高温度应低于滴点20～30℃以上，才能保证润滑脂不会因为工作温度过高而变稀或者甩落，导致润滑失效。它用温度值来表示，是按照标准《润滑脂滴点测定法》（GB/T4929）和《润滑脂宽温度范围滴点测定法》（GB/T3498）来测定的。从测量标准来看，可分为普通滴点测定和宽温滴点测定两种，前者用来测定滴点温度较低的润滑脂（见图1-5），后者则是测定滴点温度高的润滑脂（见图1-6）。图1-5 普通滴点测定仪图1-6 宽温滴点测定仪
润滑脂铜片腐蚀试验是衡量润滑脂与金属铜片不产生腐蚀反应的能力，成为评定润滑脂在使用过程中不与设备金属部位发生腐蚀的重要性能指标。国内试验方法采用标准《润滑脂铜片腐蚀测定法》（GB/T 7326），与美国的ASTM D4048和日本的JIS K2220—1984.5.5是等效的。对比铜片腐蚀标准色板（见图1-7）进行比较以检查试验铜片表面变色和腐蚀迹象。图1-7 铜片腐蚀标准色板
润滑脂和橡胶相容性的评定与润滑脂的使用质量的好坏直接相关。目前，采用的试验方法主要分为两种：一种是通过测量试验前后橡胶的硬度变化来评定相容性；另外一种则是测量试验前后的橡胶体积来衡量相容性。国内目前用得最多的是利用排水法测量体积变化的方法来评定，所用体积测量仪器一般为精度较高的万分之一天平（见图1-8）。应用比较多的测定方法是参照《润滑剂的合成橡胶溶胀性测定法》（SH/T0619）。排水法原理为测量试片的体积变化量V（％）：
式中：A为试验后试片的排水质量，mg；B为浸入试样前试片的排水质量，mg。图1-8 万分之一天平
接触电阻也是衡量润滑脂导电性能的重要指标。参照《润滑脂接触电阻测定法》（SH/T0596），将润滑脂试样涂在板状电极上，涂脂厚度为0.2mm，使其与半球状电极接触，保证两极间承受（1.38±0.01）N的力。用直流双臂电桥测定高温（50±1）℃、室温（15～30℃）、低温（-25～±2℃）时的接点电阻，以涂抹润滑脂前后测得的接触电阻差值作为润滑脂的接触电阻。
2．润滑脂应用性能评定
润滑脂的机械安定性指的是在收到外力重复的剪切作用下，其稳定的骨架结构抵抗从变形到流动的能力。它对于衡量润滑脂实际使用时的寿命有很大的参考价值。机械安定性好的润滑脂，其使用寿命长，主要取决于稠化剂的种类和工艺设备。评价机械安定性的方法有《润滑脂剪切安定性测定法》（GB/T269）、《润滑脂滚筒安定性测定法》（SH/T0122）、《汽车轮轴承润滑脂漏失量测定法》（SH/T0326）。
润滑脂的胶体安定性是指稠化剂骨架从变形、错位回复正常稳定状态的能力，即保持胶体的结构稳定，使基础油仍旧能稳定地保持在骨架中、不轻易析出的能力。润滑脂的胶体安定性评价主要从润滑脂的分油情况来分析，测定方法有：《润滑脂钢网分油测定法》（SH/T0324）、《润滑脂压力分油测定法》（GB/T392）、《润滑脂在储存期间分油量测定法》（SH/T0682）。
对于在温度较高的使用环境和较长的使用寿命的润滑脂，要考虑到它的抗氧化性能，即化学安定性。一般润滑脂的化学安定性取决于基础油的类型和抗氧化添加剂。它的分析评定方法参照标准《润滑脂化学安定性测定法》（SH/T0335）和《润滑脂氧化安定性测定法》（SH/T0325）。
润滑脂的极压抗磨性是指润滑脂在经受重负荷和冲击负荷时抵抗结构破坏并保持设备良好润滑的能力。润滑脂主要通过加入极压抗磨添加剂改善其性能要求。其分析评价方法有：《润滑脂极压性能测定法（四球机法）》（SH/T0202）、《润滑脂极压性能测定法（梯姆肯试验机法）》（SH/T0203）、《润滑脂抗磨性能测定法（四球机法）》（SH/T0204）、《润滑脂齿轮磨损测定法》（SH/T0427）、《润滑脂抗微动磨损性能测定法》（SH/T0716）和《润滑脂摩擦磨损性能测定法》（SH/T0721）。
四球机法在评定极压抗磨性能使用得比较多，在测定极压性能时，四球机通过以下测定结果来表明：（1）综合磨损值ZMZ，在四球机上连续按规定的试验程序增加负荷，一直到试验球烧结，取烧结前10次试验结果按公式计算出ZMZ。（2）烧结负荷P，即润滑脂在四球机上烧结时的工作负荷值。D（3）最大无卡咬负荷P，即外加轴向负荷在脂膜破裂时的负荷B值。
四球机法评定抗磨性能是通过在试验温度（75±2）℃时，施加一定的负荷运转电机（60±1）min后，记录球座上3个钢球的磨痕直径（分水平与垂直两个方向），取算术平均值为最终的磨斑直径来衡量润滑脂抗磨性的好坏。
以上介绍了几种代表性比较强的汽车润滑脂性能指标，其他的一些检测项目可参考《润滑脂技术大全》一书。在进行了基本性能检测评定后，接着进行下一阶段的台架模拟试验评定。
1.2.4.2 润滑脂模拟台架试验的评定
润滑脂模拟试验台能够模拟零部件的实际工况（如固定的负荷、转速、温度等条件）进行润滑脂使用效果的检测。本书通过开发汽车开关、汽车电动玻璃升降器、汽车拉索、汽车门锁、汽车车门限位器、汽车电动后视镜和汽车轮毂轴承脂润滑试验台架，分别对这几种零部件进行了脂润滑试验。通过各种对比试验，优选或者优化出令人满意的脂润滑方案，最后再通过实车去验证。
1.2.4.3 实车验证
实车验证就是指润滑脂使用在整车上，按实际使用条件进行路跑试验。例如把润滑脂加入轮毂轴承中，在一定的载荷、行驶速度以及不同季节、区域进行一定行程的行车试验，来验证润滑脂在实际使用中的可靠性。1.2.5 汽车脂润滑点介绍
一部汽车需要2万多个零部件装配而成，在汽车运行时其中的零部件会因各种原因和要求而需用到润滑材料。润滑脂这种半固体润滑剂以其独特的润滑优势在汽车零部件润滑中得到广泛的应用。虽然润滑脂用量少，但是用在汽车上的润滑点是非常多的。按照汽车四大组成部分来分，其润滑点亦可分为底盘脂润滑点、车身脂润滑点、发动机脂润滑点和电器脂润滑点。
底盘脂润滑点又分为传动系脂润滑点、行驶系脂润滑点、转向系脂润滑点和制动系脂润滑点，再细分就是离合器操作机构脂润滑点、变速器轴承脂润滑点、等速万向节脂润滑点等。车身脂润滑点又分为车门脂润滑点、玻璃升降器与车窗脂润滑点、后视镜与刮水器脂润滑点、座椅与安全带脂润滑点、仪表板控制机构脂润滑点和密封件脂润滑点等等。发动机脂润滑点又分为启动系脂润滑点、冷却系脂润滑点、多轮轴承脂润滑点、节气门开度传感器脂润滑点、废弃再循环阀脂润滑点等等。电器脂润滑点又分为电源脂润滑点、照明及信号系统脂润滑点、汽车空调系统脂润滑点、汽车传感器脂润滑点、汽车开关脂润滑点、连接器脂润滑点、电刷脂润滑点等。1.3 汽车脂润滑现状
据统计，世界上车用润滑脂用量占润滑脂总产量的1/3左右，虽然与汽车整车造价相比，其开销非常小，但是它服务于数百个零部件，使得在相对更严苛的环境下工作时，能提高机械效率、缩短维修时间、节约能源和提高经济效益，其作用非常重要。我国的汽车润滑脂工业从无到有，从少到多。目前已经逐步发展成为具有一定生产能力和研发实力的产业，不论产品产量和质量都有明显的提高与进步。但是总的来讲，汽车润滑脂市场仍旧比较混乱和落后。虽然基本能满足汽车零部件的要求，但随着国内汽车行业与汽车零部件行业的迅猛发展，对润滑等各方面的要求也迅速提高。对于部分特殊工况，以往性能表现稳定的汽车润滑脂已不再满足要求，急需针对不同工况研发出新的专用润滑脂。这方面与欧美及日本等工业强国相比，差距就比较明显。
国内的车用润滑脂以锂基脂和钙基脂为主，底盘脂绝大多数为钙基脂，锂基脂则用于轮毂轴承和其他零部件，还有小部分其他润滑脂。由石油化工科学研究院研制的汽车通用锂基脂（GB/T5671—1995），其理化性能指标如表1-3所示，是在全国汽车厂中使用得比较普遍的通用性润滑脂。通过南北地区的行车试验表明，比以前使用的钙基脂和复合钙基脂延长了2倍左右的换脂周期。市场用的效果相对比较好的还有7022#通用汽车润滑脂，它由酰胺盐稠化精制矿物油，并加有抗氧、防锈添加剂制成，经验使用温度范围为-20～120℃，短期使用时可达150℃。7022#与国内常用的汽车脂——3#钙基脂和锂基脂等相比，具有相对高的滴点，更好的氧化安定性、机械安定性、热安定性以及更长的使用寿命。但是，对于当前比较先进的汽车前轮驱动的前轮刹车FF车型，因为采取的是比鼓式制动器更容易产生高温的盘式制动器，锂基润滑脂已无法满足这类车的轮毂轴承的高温性能要求。国外普遍采用耐高温性能更好的复合锂基脂或者是脲基脂。表1-3 汽车通用锂基脂参数
总之，国内汽车零部件高性能润滑脂的种类和使用较少，如聚脲基润滑脂、高性能复合锂基脂／钙基脂等在工业发达国家已经发展了几十年，现在已经相当成熟，但在我国仍处于研发和试用阶段，产品性能相比于日本、欧美等国外同类产品有一定的差距。汽车润滑脂消耗量较大，这也主要是由我国汽车润滑脂质量和应用技术相对落后的原因引起的。1.4车用润滑脂的初步选用
目前市场上润滑脂的种类和牌号很多，为了满足不同的使用要求，需要选择合适的润滑脂。一方面需要了解不同的润滑脂的特性，另一方面也要了解使用润滑脂的摩擦部位的运行特征、环境条件和润滑方式。根据使用条件选择润滑脂是建立在合理润滑的理论基础上的。汽车有这么多的脂润滑点，以往都是认为用汽车通用锂基脂都能满足各个零部件的润滑要求。通过前面的叙述，可以了解到对于不同的摩擦副，其工况不一样，所选用的润滑脂也就不一样。对于汽车润滑脂的选用，可以依据以下几个主要的因素来进行初步的选择。
1．根据使用润滑脂的目的
润滑脂大致分为减摩、防护、密封三大作用，同时也有减振、灭弧等作用。选择润滑脂时，首先明确使用润滑脂是要运用到哪一方面的作用或者以哪一方面作用为主。如果主要考虑摩擦副的润滑，选用减摩为主的润滑脂，主要考虑润滑脂的耐高低温范围、耐转速极限和耐负荷大小等。如果重点考虑润滑脂的防护性，则考虑接触的金属或塑胶，接触的介质是水汽，还是化学物质，对润滑脂化学安定性、抗水性和抗氧化性等方面的性能有所要求。如果是密封润滑脂，应考虑密封时所接触的材料，是金属、塑料还是橡胶。尤其对于塑料与橡胶材料的密封元件，一些润滑脂对其质量影响非常大，一定要考虑润滑脂与塑胶之间的相容性；其次还需要考虑密封所接触的介质是水、醇类还是油等等。对于不同的密封形式，润滑脂的选用也不同。一般静密封应该选择黏稠一点的脂，而动密封则不能选择基础油黏度太大的脂等。
2．润滑部位的温度
使用温度是选用润滑脂的一个重要依据，因为润滑脂的质量很受温度的影响。一般来说，工作温度每上升10～15℃，润滑脂的使用寿命约降1/2。这是由于润滑脂基础油的蒸发损失、氧化变质和胶体结构破坏分油现象加速等综合因素的缘故。建议润滑脂使用温度要低于其滴点30～50℃。但是考虑润滑脂的耐温性能不仅是看润滑脂滴点的高低，而且应充分考虑到其基础油的类型、抗氧化能力、蒸发性能等的影响。
以上是考虑高温情况下的影响，对于汽车而言，在东北等寒冷地区行驶运行时，温度低时能达到零下几十度。一般来说，汽车零部件要满足-40℃工作环境温度。特别对于一些微型部件或者对低温启动力矩要求极为严格的零部件，得充分考虑选用润滑脂在低温下的性能，不能因为受低温的影响，使得润滑脂变得黏稠或者使得精细零部件工作阻力增大太多从而使启动力、转矩变大，影响工作质量。对于低温性能要求不是特别高的润滑部位，对于润滑脂的基础油来说，应该选择低凝固点低黏度矿油稠化而成较软的润滑脂，一般的矿物油润滑脂最低使用温度只能低至零下十几度。对于低温要求很高的润滑点，一般采用合成油润滑脂，如酯类油和硅油制成的润滑脂具有一定的黏温性能并可以用于-50℃以下的温度。像有些汽车一年四季需要从南方到北方全国各地跑，工作环境温度范围也就相对比较宽广，对于这种情况，其润滑脂的要求是很宽的使用温度范围，即黏温性和低温性都要好。
3．润滑部位的速度与负荷
润滑脂是一种非牛顿体，它的黏度不仅受温度的影响，而且与被剪切的速度变化密切相关。不同的运转速度对于润滑脂的润滑状态有明显的作用。特别汽车上许多零部件需要用到的轴承，其采用脂润滑时受速度的影响更大。通常情况下，运转速度越快，润滑脂所受的剪切力就越大，稠化剂骨架受到相应的作用力就越大，黏度也可能随之降低，对于黏度不好的润滑脂很有可能出现甩脂的现象，使摩擦表面得不到良好的润滑，也可能污染零部件其他部分。有的润滑脂当零部件的转速提高一倍时，其寿命可能降低几倍。某些封闭式摩擦副的转速越高致使产生热量也更多，在局部产生比较高的温升，间接使润滑脂因高温失效。所以，在相同温度和负荷下，转速越高建议选用低黏度、流动性较好（锥入度适中）、机械安定性好的润滑脂。当然，润滑脂由于本身散热性差等缺点，脂润滑适用的转速是有限的，拿滚动和圆柱滚子轴承来说，内径在50mm以下时，当DN值（转速与轴承内径的乘积）<300000时，可采用脂润滑，但DN值>300000时只能采用润滑油来润滑。
有些零部件工作时受到比较大的负荷作用，此时选用润滑脂主要考虑其极压抗磨性是否符合要求。一般负荷情况下，润滑脂选用短纤维结构、中度黏度基础油，稠度选1～2号为宜。对于重负荷摩擦副，在选用时可从以下几方面考虑：（1）对于同类型的润滑脂来说，选择稠化剂含量相对多一点，使其稠度（锥入度）大一点；（2）制备润滑脂的基础油选择黏度高一点的；（3）如果负荷特别大，则考虑在润滑脂中加入适量的极压抗磨添加剂，如二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨等。
4．润滑部位的环境
润滑部位的环境指的是工作时所处的环境和所接触的介质，如受水淋、有尘埃、有腐蚀性气体等等。由于这些外界因素的侵入，对润滑脂的质量也具有一定的影响，应给予考虑。
在经常与水接触或者比较潮湿的环境中，一些抗水性不好的润滑脂（如钠基润滑脂）就容易会吸水而逐渐变稀乳化，使润滑脂的黏度、机械安定性等降低，影响工作质量。所以，在潮湿的环境中可选择抗水性良好的钙基、锂基、铝基脂、复合铝基脂等等，由于这些润滑脂其他性能的不同，在考虑抗水性的同时再根据其他要求去选择润滑脂是比较科学的。
5．润滑脂加注方式及其他
润滑脂的加注方法主要分为人工加注和泵集中加注。涂抹填充、脂枪加注、脂杯加注等都为人工加注的方法。汽车上使用润滑脂时，一般都采用人工加注的方法，例如轮毂轴承脂用人工涂抹填充的方法，钢板弹簧销等设有注油嘴的采用脂枪加注的方法，分电器传动轴采用脂杯加注方法。采用人工加注的方法，对润滑脂的稠度要求不是很高，一般采用1～3号稠度的润滑脂。但对于少数采用泵集中加注的方法时，为了加注的方便，要求采用稠度为1～0号稠度润滑脂，最好选择0号及以下稠度的润滑脂，这种情况在工业上运用比较多。
选择润滑脂的时候也需要考虑其经济性，综合考虑润滑脂使用寿命与经济消耗的因素。有些高级润滑脂虽然价格贵，但是能达到很好的润滑效果，而其他润滑脂很难满足润滑要求，总的来说也能很有效地提高综合经济效益，提高整车质量和舒适性。这也是国外发达国家使用高档润滑脂的原因。1.5 脂润滑试验研究的方法路线
本书试验研究采用“工况分析→初选用润滑脂→理化分析→台架试验检测→油脂样品检测”的过程来进行润滑脂的优化研究。理化分析主要是应用现在成熟的试验室油脂理化指标测量设备进行测量对比分析。台架试验检测则是通过自主设计的脂润滑试验台来检验所选脂的润滑效果。油脂样品检测是通过在试验台上耐久后的零部件上提取油脂样品，通过引入铁谱、光谱油液分析技术来监测零件在耐久过程中的摩擦磨损状态，为润滑脂优化研究提供更可靠的数据保证。对于铁谱、光谱分析而言，主要是对所取油脂样液的一个具体分析，所以在试验过程中该如何取样是比较关键的步骤。由于润滑脂属于非牛顿体，黏度大、流动性差，一般情况下产生的磨粒会停留在所发生的位置。本试验采用横向对比的试验原理，所以在取样时要求确保样品来源和量一致，这样才不失其可比性。
油脂样品取样的原则为：（1）油品的分析类似于人体的血样分析。样品的代表性和真实性决定了分析结果的准确性和可靠性。（2）所取油样应是最大限度地携带设备润滑系统处于平衡状态时的信息，包括油品污染的杂质、磨损金属颗粒等。（3）所取油样应杜绝被设备润滑系统外的因素污染，如取样工具的不洁净、设备取样口处的污染等。（4）使用洁净干燥容器汲取样品，取样方法必须相同，油样必须来自同一取样点。（5）在样品容器上标明时间、工况、设备名称等。
为了研究零部件耐久过程中的摩擦磨损状态引入了分析式铁谱仪。所谓的铁谱是指金属磨粒在磁控状态下沉积在试验玻璃片上时呈现出的一种独特的图像。通过图像上磨粒的形状、大小、浓度、组织结构及其分布状况，可以了解到有关被润滑摩擦面的过去、现在和将来技术状况的重要数据。所以，根据以机械设备中取出的润滑油或工作液制作的铁谱片所提供的资料，即可确定何时设备开始非正常磨损，什么部件将发生故障，并在事故监测报警之前，提示故障原因。
分析式铁谱仪由微量泵、特种胶管、玻璃基片、导流管、磁场设置和支架组成，另外还有配套的高倍显微镜，如图1-9所示。首先通过铁谱仪制作好铁谱基片，再到显微镜下观察、记录图像。其工作原理为：微量泵以低稳定速率将分析油样输送到安放在磁场装置上方的玻璃基片的上端，玻璃基片与水平面成一定的倾斜角度（1°～3°），这样使油流方向形成一个逐步增强的高梯度磁场，同时又便于油液沿倾斜基片向下流动。分析油样以15～40mL/h的流速向下流动，最后经导流管排入废油杯中。分析油样中的可磁化金属磨粒在流经高梯度、强磁场时，受到高梯度磁场力、流体黏性阻力和重力的联合作用，能按磨粒尺寸大小有序地沉积在铁谱基片上。在油样全部通过铁谱基片之后，用四氯乙烯溶液洗涤基片，清除残余的油液，并将磨粒予以固定，制成可供观察的铁谱片，在显微镜下观察磨损颗粒的形貌判断摩擦磨损状态。图1-9 分析式铁谱仪（a）结构原理图；（b）实物图1—抽样；2—微量泵；3—特种胶管；4—玻璃基片；5—导流管；6—储油杯；7—磁场设置；8—支架
为了分析各零部件经过一定耐久次数后润滑油脂的元素含量，引入了原子发射光谱仪（见图1-10）。其工作原理为：被检测油样在激发室中受激，其发射的光谱谱线通过光学纤维，被引到入射狭缝，由狭缝出来的光变为狭窄的带状。光线到达光栅后，被分为各种不同波长的光谱谱线，再通过设置的光电倍增管，将光能转变为电能，形成了与光电管接受的光亮成比例的电压信号，通过读出电路将此电压信号转换为数值，与标准曲线对比，即可通过计算机自动计算出各元素含量。图1-10 用原子发射光谱仪分析油料多元素含量（a）实物图；（b）原理图参考文献
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汽车电器系统是汽车四大组成部分之一，汽车上的各种开关作为控制电器系统的方式，它的工作质量很大程度上影响了整个电器系统的工作。汽车上的电器开关与生活中所常用的开关虽然原理大同小异，但是由于汽车有具体的工况和要求，其控制的对象和负载多种多样，所以它相对于普通开关还是具有一定的特殊性。
汽车有很多种开关，包括点火开关、组合开关、门锁和玻璃升降器翘板或按键开关等，分别控制了汽车各种车用电器。按照机械结构来分类，不同型号的汽车开关虽然外形、大小各不相同，但主要动作方式却可以概括为扭动、拨动和按压三种，主要分为推拉式、旋转式、顶杆式、跷板式、按钮式、板柄式、电子型等。
汽车开关质量的好坏直接关系到汽车整车控制的品质，因此生产汽车开关的各个企业都非常重视开关的质量问题，尤其是使用寿命（疲劳性能）。我国也制定了相应的标准，对汽车开关提出了具体的要求。汽车开关经常出现的故障主要包括操纵机械机构与电触点两方面的问题，表现为机构和触点的摩擦磨损、触点的氧化烧蚀以及机构的疲劳破坏等，通过这两个部位的脂润滑能有效地减少其摩擦磨损和氧化烧蚀的程度。现在的汽车不仅对零部件的基本工作性能有要求，为了追求汽车的更高品质，对触感、噪声也有相当高的要求，汽车上很多开关本身的摩擦磨损很小，而且触点的电流非常小；对于按键开关的要求主要是操作的柔软性和舒适性，此时考虑的是通过中间介质提高开关运动的缓冲性即阻尼性。润滑脂作为一种半固体润滑剂，既能提供很好的减磨润滑作用又能起到防护作用，也能改善摩擦表面的缓冲性能即阻尼性。
目前，国内的汽车开关润滑脂市场也很紊乱，所以很有必要针对汽车开关的各种需求研究合适的专用润滑脂并进行优化。基于此，为了更好地研究优化汽车开关专用润滑脂，专门开发了汽车综合开关脂润滑试验台，它能适用于目前国内外大多数的开关，工作精度高，功能强大，为研究开关润滑脂提供了较好的试验条件和渠道。2.2 汽车开关的结构、原理分析2.2.1 点火开关的结构原理
目前，市场上用得比较多的是机械式的钥匙加点火锁形式的传统点火开关。传统点火开关（见图2-1）主要包括两部分：点火锁部分和输出电触点部分。作为一种旋转式的机械点火开关，其主要功能是通过人工转动点火车钥匙，钥匙带动点火锁芯转动，点火锁芯转动导致点火开关内部导电点接通，从而使点火开关接通形成整车点火起动电路回路，实现点火的动作。这种点火锁的结构比较复杂，它能实现多种功能，包括点火动作、方向锁、防二次起动等等。汽车常用的点火锁锁芯采用弹子结构或者片簧式结构，对精度要求比较高，所以脂润滑对其保持高精度要求及工作质量很有必要。图2-1 点火开关
点火开关有几个档，一般分别为：OFF、ACC、ON、START档。不同的档位因负载不相同经过该触点的电流或功率是不一样的，在选用润滑脂时，必须考虑所选脂应该满足最大电流或功率的触点的要求。因为关系到发动机是否能够起动，所以点火开关是否能够正常工作就很重要，根据QC/T504—1999的要求点火开关的寿命要求为5万次，有的要求更多。总之，对于机械旋钮式的钥匙加点火开关，润滑剂对其有相当大的作用，它的主要润滑点是：①机械锁芯旋转部位；②开关电触点部位。2.2.2 组合开关的结构原理
汽车组合开关是用来控制照明与灯光信号装置以及一些其他附件的多功能组合式开关，如图2-2所示。它通常由手柄式和部分旋转、按钮开关组成，安装在转向盘下的转向柱上，以便于驾驶员操作。把这么多控制开关集中组合在一起，使组合开关占用空间小，操纵方便，且驾驶室变得更简易美化。当然，也就是由于集成的原因，存在有时因其中的一个开关被损坏或者报废而不可修复使得整个组合开关要整体更换的缺点，所以尽量给组合开关各部分提供更好的环境和工作质量，脂润滑在其中就有很好的体现。图2-2 组合开关
汽车组合开关有各种各样的控制结构，其基本原理是一致的。这里主要分析经常发生故障的灯光控制结构，在驾驶员拨动组合开关的左手柄时，连接在手柄上的卡爪带动滑板运动，再由滑板的滑动推动顶销向上或下移动，被顶销顶住的灯光动触点也跟着上下运动，即实现动、静电触点接触和分离，从而实现对大灯灯光变化的控制。一般情况下，空气中的触点电流超过1A，在其刚刚接触或者分离的瞬间，很容易在触点间隙产生电弧。电弧是温度非常高的气体柱，它的存在是电触点因高温被氧化或烧坏的主要原因，有时甚至会烧坏周围的绝缘基座而出现一股塑料烧焦味。因此，对于这类有比较大电流经过的电触点，要注意对触点的保护，尽量减少不必要的烧蚀。抗阻燃性润滑脂的本身性质比较稳定，不容易被高温所影响，而且有效地阻止了触点间隙电弧的产生，很好地保护了此类电接触点。还有一类控制结构，它是以旋转相对滑动接触啮合的电触点来进行控制，因此不仅要考虑其受大电流的影响，而且要考虑其材料表面的摩擦磨损。有些开关触点由于磨损严重，导致触点的电阻增大或者接触不良，此时的润滑脂也在减磨方面起到一定的作用。2.2.3 汽车按钮、翘板式开关的结构原理
汽车按钮式和翘板式开关主要运用于电动车窗升降、中控锁控制、空调控制和各种其他电器控制等，如图2-3所示。此类开关结构简单、操作方便、手感柔和轻快且工作稳定可靠，其工作原理也是大同小异，通过操作按钮或翘板使动、静两电触点接触或分离，有些开关有自动复位功能，在这些开关中还存在复位小弹簧（见图2-4）。比如翘板开关，翘板按钮是绕着旋转柱转动的，虽然操作力不大，但是有些按钮需要经常使用，所以在旋转轴之间添加些润滑脂很有必要，一方面可以改善表面摩擦状态，另一方面可以减少自润滑时操作的“干涩”手感。对于一些大电流经过的电触点，需要考虑其因电弧的产生而发生烧蚀等现象。也存在一些开关，其负载电流很小，在工作时不会产生电弧，也不太会因为电阻长时间处于通电发热状态而加速触点氧化失效，例如操作室控制面板上的开关（见图2-5），其电触点的工作电路在几十或几百毫伏左右，但是要求操作起来比较顺畅和柔和，其关键就在按键与导向槽之间的润滑，在其啮合副中间填有适当的润滑脂会有明显的效果。图2-3 各种按钮、翘板开关图2-4 翘板开关中的复位小弹簧图2-5 控制面板上的按钮开关2.3 汽车开关常出现的故障症状、原因
在实际用车时，很多开关使用的次数是非常多的，在使用过程中难免会出现各种各样的故障。例如点火开关，每一次汽车起动都必须进行至少一次的点火动作，点火频率高，随着时间的推移，点火开关也就会出现一系列故障。
触点烧蚀现象是大电流负载开关的常见问题，触点烧蚀主要发生在点火、灯光等部分，其中以变光开关的触点烧蚀现象尤为明显。对发生触点烧蚀的触点进行分析，发现部分触点距离偏小。在生产过程中，需要确保动触点和静触点之间的间隙大于1mm，但在工艺中仅是靠操作人员用手工进行调节，因而易出现间隙不均匀，在接触片间隙小于1mm的情况下，静触点与动触点在断开时，易形成似接触非接触的临界状态，使触点间发生尖端放电，瞬间出现了很大的电流，从而导致产品触点烧蚀。如果电源电压超过12～20V，被断开电流超过0.25～1A，在触头间隙间就会产生电弧。电弧是一团温度极高（达6000K）、发出强光、能够导电的近似圆柱形气体。它的产生，一方面使电路仍保持导通状态，延迟了电路的断开；另一方面将烧损用来接通和断开电路的触点和绝缘底座。这两方面都是极其有害的。同时，试验表明，不同材料的触头，在大气中开断电路时，如果被断开电路的电流和断开后加在弧隙两端的电压超过最小生弧电压和最小生弧电流，弧隙中就将产生电弧。
汽车开关机械摩擦部位非正常磨损，导致无法长寿命的工作也是一大问题。机械摩擦是常常被忽略而导致零部件不能长效正常工作的主要原因，润滑脂减少摩擦磨损的作用是不可小视的，在选择油脂时，由于汽车开关既有金属摩擦副，而大部分又是塑料摩擦副，所以得充分考虑润滑剂对塑胶的影响。
这里主要讨论与润滑相关的常见故障：①点火开关触点接触不良，线插接件与触点端为搭接式，高温时触点周围塑料受高温熔化变形，触点脱开；②机械点火开关操作力太大，结构表面摩擦磨损比较严重，没有加润滑剂；③点火开关内部起火燃烧，润滑脂不阻燃；④点火开关启动后钥匙不能回位，点火开关接线端子退位，卡住钥匙不能回转；⑤点火开关有时不能启动，点火开关端子间接触不良或端子焊接虚焊、润滑脂阻率太高；⑥组合开关常见的故障模式有先导短路、先导模块故障、缺相接触器故障、顶柱热熔和触点烧蚀等等。后面通过两个案例具体了解各种汽车开关的故障情况及其原因。
案例1：2009年8月24日，丰田中国公司宣布将启动进入中国市场后最大规模的汽车召回，涉及已经在华销售的几乎所有车型，召回数量接近70万辆。其实，丰田所召回的产品是电动车窗控制系统存在问题：驾驶员侧的电动车窗开关控制模块在制造过程中由于润滑脂涂抹过多，可能导致内部系统短路，并引起发热、熔损伤，操作时会有卡滞感，车窗无法正常升降，极少部分会导致车门内饰板熔损。
案例2：一辆老款的大众桑塔纳3000轿车，车行驶了35万公里，出现按动电动车窗升降开关时，玻璃升降器一会儿有反应一会儿没有反应，并且工作时的升降速度明显要比正常工作时要慢的故障。故障排除：拆下车门上的电动玻璃升降器，接入24V的稳压电源，升降器电机能正常工作，而且机械结构部分也顺畅运行。从仪表板熔断丝盒中拔下车窗继电器的熔断丝，经检查电动车窗继电器的熔断丝完好。拔下车窗开关的插头，用万用表检测升降触点的电阻情况，发现有时测得的电阻偏大，有时检测到在按下开关时触点不能正常导通。拆开电动车窗开关，发现其触片、触点严重被磨损，而且有黑色积炭覆盖在周围。
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