空压机内部的一些转动和滑动部分需要进行润滑，从而保证这些部件的正常运转。例如螺杆转子端部的轴承、压缩腔的转子表面（指注油机，无油机的压缩腔不需要进行润滑）、增速齿轮箱部分都需要有润滑油进行连续润滑，这部分润滑油还同时对转动性进行冷却，压缩腔内的润滑油除了上述的两个作用外还可以防止高压空气倒流，从而起到密封作用。
电机转子端部的轴承有时也需要进行润滑，这部分的润滑常用润滑脂。
润滑油是有寿命的，因为在高温和高压的环境下润滑油会逐渐碳化。所以要定期对润滑油进行更换，更换周期一般为 1200-3000运转小时。
润滑油在进行循环的过程中要随时将碳化的杂质进行清除，常用的方法是在油路中设置机油过滤器。当然该机油过滤器的滤芯要定期进行更换，更换周期一般为1500-3000运转小时。
润滑油在进行循环时要保持一定的温度，温度过高会造成排气温度过高等一系列的问题，温度过低会造成润滑油中冷凝水的析出。所以在空压机中设置了油冷却器和温度控制阀，顾名思义油冷却器会对被加热的润滑油进行冷却，冷却的方法有空气冷却法和水冷却法；温度控制阀会防止润滑油被过度冷却，由它来控制送去进行冷却的润滑油量。
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