Режимы смазки и смазочные материалы

Рассмотрим положение цапфы в подшипнике при различной скорости вращения вала.

В период пуска машины при незначительной скорости вращения вала (рис. 29 а) создается граничный режим трения, когда трущиеся поверхности не разделены слоем смазывающего материала. Состояние, при котором только отдельные выступы трущихся поверхностей остаются неразделенными смазочным материалом, называется полужидкостным режимом трения.

Рис. 29. Положение цапфы в подшипнике скольжения

(1 – эпюра давления в масляном слое)

По мере возрастания угловой скорости вращающийся вал увлекает смазочный материал в клиновой зазор между цапфой и вкладышем и создает гидродинамическую подъемную силу, вследствие которой цапфа всплывает. При дальнейшем возрастании скорости вращения между цапфой и вкладышами появляется сплошной устойчивый слой масла, полностью разделяющий поверхности трения (рис. 29 б). Такой режим смазки называется жидкостным, он возможен только при обильной принудительной смазке. В практике работы машин чаще всего наблюдается полусухой или полужидкостный режим трения.

Смазочные материалы. Работа передач, также как и других механизмов, происходит с относительные перемещением деталей, как правило,приналичии смазочного материала.

Назначение смазки: а) уменьшениепотерь на трение, б) уменьшение или предотвращение износа; в) отвод теплоты, образовавшейся при трении; г) предохранение от коррозии. Эксплуатация и длительное хранение машин без смазки невозможно. Совершенствование смазки является наиболее быстрым и дешевым средством повышения долговечностимашин. Смазочный материал должен по возможности обеспечивать полное разделение трущихся поверхностей. Эксплуатационные свойства смазочных материалов в основном разделяют на антифрикционные (снижающие трение), противоизносные и противозадирные.

Смазочные материалы разделяютпо состоянию на: а) жидкие (масла); б) пластичные (мазеобразные); в) твердые (порошки, покрытия, наполнители); г) газообразные (аэрозоли, газы).

Масла являются основными смазочными материалами машин. Они позволяют заменять внешнее трение твердых тел, неизбежно сопровождаемое изнашиванием, внутренним трением жидкости. При этом коэффициент трения может быть снижен в 100 и более раз. Жидкие смазочные материалы нельзя заменять пластичными или твердыми, если в зоне трения выделяется значительное количество теплоты, которая должна быть отведена.

Как правило, в машинах общего назначения применяют минеральные масла, хотя в последнее время расширяется применение синтетических масел. Растительные масла (льняное, касторовое и др.) и животные масла (костное, спермацетовое и др.), обладающие высокой смазывающей способностью, применяют вследствие их высокой стоимости только в приборах и иногда в виде присадок.

Важнейшим свойством масел, определяющим их смазывающую способность в условиях жидкостной смазки, является вязкость.

Вязкость или внутреннее трение жидкостей есть свойство сопротивляться сдвигу одного слоя жидкости по отношению к другому.

В единицах СИ при измерении напряжения τ в Па, скорости V - в м/с, h - в м, вязкость μ измеряется в Па·с. При измерении τ в Мпа, μ измеряется в МПа·с, причем один МПа равен 10⁶ Па.

Ранее динамическая вязкость по системе СГС измерялась в пуазах (П) или в сантипуазах (сотых пуаза сП) по имени известного французского ученого Пуазейля. Один сантипуаз равен 0,001 Па·с.

Вязкость масла измеряют с помощью специальных приборов — вискозиметров. Вязкость масел обычно определяют и приводят в справочниках при температурах, приближающихся к рабочим, чаще всего при 40, 50 или при 100 °С.

Вязкость масел существенно понижается с ростом температуры, особенно в диапазоне до 50 °С. Приближенно вязкость при температуре t (°С) можно определить по известной вязкости μ₀ при температуре t₀ с помощью степенной зависимости

,

где m=2,6...3 - показатель степени.

Предполагают, что t близко к t₀. В противном случае пользуются более точными зависимостями.

Чем меньше влияние температуры на вязкость масла, тем в более широком диапазоне температур оно может работать и тем более постоянный режим работы имеет место в узлах трения. С ростом температуры (особенно выше 100°С) вязкости различных масел существенно сближаются.

Вязкость масел возрастает с увеличе­нием давления. Приближенно

,

где μ₀ - вязкость масел при атмосферном давлении;

α - пьезокоэффициент, равный для нефтяных масел (1,5...4)^-10 Па;

р - избыточное давление, Па.

Так, при давлении 7 МПа вязкость повышается на 20...25 %, при 15 Мпа - на 35...40 %; при 60 Мпа - на 250...350%; при 200...300 МПа - в несколько сот раз.

Основное применение в машинах имеют минеральные индустриальные масла, имеющие в обозначении букву И. По назначению они делятся на четыре группы, обозначаемые второй буквой:

Л - для легконагруженных узлов (подшипники);

Г - для гидравлических систем; Н - для направляющих скольжения;

Т - для тяжелонагруженных узлов (зубчатые передачи).

По эксплуатационным свойствам и составу их делят на пять подгрупп, обозначаемых третьей буквой:

А - без присадок;

В - с антиокислительными и антикоррозионными присадками;

С - дополнительно с противоизносными присадками;

Д - дополнительно с противозадирными;

Е - дополнительно с противоскачковыми присадками.

Классы кинематической вязкости масел (средняя вязкость в мм²/с) при 40°С следующие: 2; 3; 5; 7; 10; 15; 22; 32; 46; 68-100; 150; 220; 320; 460; 680; 1000; 1500.

Применяют следующие отечественные индустриальные масла (в скобках указаны классы вязкости): И-Л-А-(7; 10; 22)-И-Г-А-(32; 46; 68); И-Л-С-(3; 5; 10; 22); И-Г-С-(32; 46; 68; 100; 150; 220); И-Г-В (46; 68); И-Н-Е-(68; 100; 220); И-Г-Н-Е-(32; 68); И-Т-С-(320); И-Т-Д-(68; 100-220; 460; 680).

В трансмиссиях автомобилей, тракторов, тепловозов, сельскохозяйственных, дорожных, судовых и некоторых других машин применяют трансмиссионные масла.

Они делятся по кинематической вязкости (среднему значению) на классы 9; 12; 18; 34;

по составу и соответственно области применения на группы: 1 без присадок, 2 с противоизносными присадками, 3, 4 с противозадирными присадками умеренной и высокой интенсивности и 5 с присадками противозадирными высокой интенсивности и многофункциональными.

Обозначения трансмиссионных масел включают буквы ТМ и номера групп и классов.

Для смазывания турбин, электрических генераторов и других машин, которые требуют длительной работы без смены масла, применяют турбинные масла. Они характеризуются высокой стойкостью против окисления, низкими начальными кислотностью и зольностью, отсутствием механических примесей н высокой скоростью деэмульсации.

Особую группу составляют моторные масла. К ним предъявляют дополнительные требования, связанные с условиями их работы в широком диапазоне температур.

Для работы в условиях высоких и низких температур применяют синтетические масла, в том числе силиконовые кремнеорганические соединения, характеризуемые малой зависимостью вязкости от температуры, и эфиры.

Применение воды в качестве смазывающего материала уменьшает опасность перегрева подшипников. Вязкость у воды низкая, а теплоемкость в 2...2.5 раза больше, чем у масла; поэтому теплообразование - незначительное, а теплоотвод - большой. Существенные недостатки - опасность коррозии, требующая применения коррозионностойкой стали для покрытия шейки или для изготовления вала, и низкая температура кипения воды. Области применения воды в качестве смазочного материала - подшипники, контактирующие с водой, т. е. подшипники насосов, гидротурбин, гребных винтов.

Пластичные смазочные материалы находят практическое применение обычно при трении качения, обеспечивают ресурс в сотни и более часов и частичную герметизацию узлов, но имеют ограниченный диапазон применения по температуре.

Пластичные смазочные материалы изготовляют путем загущения масел специальными загустителями. Обычно используют минеральные масла И-Г-А32, И-Г-А68, составляющие 75...90 % общего объема. В качестве загустителей применяют: кальциевые, натриевые и литиевые мыла, а также углеводороды (парафин, церезин) и др. Также могут добавляться присадки - графит, дисульфид молибдена и др.

Для пластичных смазочных материалов наиболее важными являются следующие характеристики: температура каплепадения (выпадения первой капли при нагреве), предел прочности, вязкость, механическая стабильность и др.

По своему назначению пластичные смазочные материалы делят на антифрикционные (табл. 3), консервационные и уплотнительные.

По своему составу они делятся на смазочные материалы на кальциевой основе (солидолы, характерные водостойкостью, но низкой термостойкостью); на натриевой или натрийкальциевой основе (консталины, обладающие повышенной термостойкостью, но растворимые в воде); комплексные кальциевые (униолы и другие, характерные термо- и водостойкостью).

Таблица 3