Масла и смазочные материалы

Материалы, способствующие уменьшению силы трения и износу трущихся поверхностей, увеличению нагрузочной способности механизмов, называют смазочными материалами.

Смазочные материалы широко применяются в современной технике, с целью уменьшения трения в движущихся механизмах (двигатели, подшипники, редукторы, и.т д), и с целью уменьшения трения при механической обработке конструкционных и других материалов на станках (точение, фрезерование, шлифование и т. д.). В зависимости от назначения и условий работы смазочных материалов (смазок), они бывают твёрдыми (графит, дисульфид молибдена, иодид кадмия, диселенид вольфрама, нитрид бора гексагональный и т. д.), полутвёрдыми, полужидкими (расплавленные металлы, солидолы, консталины и др), жидкими (автомобильные и другие машинные масла), газообразными (углекислый газ, азот, инертные газы).

По происхождению или исходному сырью различают такие смазочные материалы:
— минеральные, или нефтяные, являются основной группой выпускаемых смазочных масел (более 90 %). Их получают при соответствующей переработке нефти. По способу получения такие материалы классифицируются на дистиллятные, остаточные, компаундированные или смешанные;

— растительные и животные, имеющие органическое происхождение. Растительные масла получают путем переработки семян определенных растений. Наиболее широко в технике применяются касторовое масло.
— животные масла вырабатывают из животных жиров (баранье и говяжье сало, технический рыбий жир, костное и спермацетовые масла и др.).
— органические, масла по сравнению с нефтяными обладают более высокими смазывающими свойствами и более низкой термической устойчивостью. В связи с этим их чаще используют в смеси с нефтяными;
— синтетические, получаемые из различного исходного сырья многими методами (каталитическая полимеризация жидких или газообразных углеводородов нефтяного и ненефтяного сырья; синтез кремнийорганических соединений — полисиликонов; получение фтороуглеродных масел). Синтетические масла обладают всеми необходимыми свойствами, однако, из-за высокой стоимости их производства применяются только в самых ответственных узлах трения.

По внешнему состоянию смазочные материалы делятся на:

— жидкие смазочные масла, которые в обычных условиях являются жидкостями, обладающими текучестью (нефтяные и растительные масла);
— пластичные, или консистентные, смазки, которые в обычных условиях находятся в мазеобразном состоянии (технический вазелин, солидолы, консталины, жиры и др.). Они подразделяются на антифрикционные, консервационные, уплотнительные и др.;
— твердые смазочные материалы, которые не изменяют своего состояния под действием температуры, давления и т. п. (графит, слюда, тальк и др.). Их обычно применяют в смеси с жидкими или пластичными смазочными материалами.

По назначению смазочные материалы делятся на масла:
— моторные, предназначенные для двигателей внутреннего сгорания (бензиновых, дизельных, авиационных);
— трансмиссионные, применяемые в трансмиссиях тракторов, автомобилей, комбайнов, самоходных и других машин;
Эти два типа масел иногда объединяют термином «транспортные масла».
— индустриальные, предназначенные главным образом для станков;
— гидравлические для гидравлических систем различных машин;
Также выделяют компрессорные, приборные, цилиндровые, электроизоляционные, вакуумные и др. масла.

Основные параметры.

Основными характеристиками общими для всех жидких смазочных материалов являются:

· вязкость;

· температура застывания;

· температура вспышки;

· кислотное число.

Вязкость — одна из наиболее важных характеристик смазочного материала, во многом определяющая силу трения между перемещающимися поверхностями, на которые нанесен смазочный материал.

Значение вязкости смазочного материала всегда указывается при конкретном значении температуры, как прави ло, при 40 °С.

Температура застывания (точка утечки) — самая низкая температура, при которой масло растекается под действием силы тяжести. Понятие температуры застывания используется для определения прокачиваемости масла по трубопроводам и возможности смазки узлов трения, работающих при пониженной температуре. Под температурой застывания масла подразумевается температура, при которой масло, помещенное в пробирку и наклоненное под углом 45°, не изменяет своего уровня в течение одной минуты.Температура застывания должна быть на 5 . 7 °С ниже той температуры, при которой масло должно прокачиваться.

Температура вспышки — самая низкая температура, при которой масло воспламеняется при воздействии на него пламени. Температуру вспышки паров масла необходимо знать при подаче масла к узлам трения, работающим при повышенной температуре. Температуру вспышки определяют в открытом или закрытом тигле. Обычно в справочниках указывается температура вспышки паров масла в открытом тигле.

Кислотное число — мера содержания в масле свободных органических кислот. Кислотное число определяется количеством миллиграмм гидроксида калия (КОН), необходимым для нейтрализации всех кислых компонентов, содержащихся в 1 г масла. При старении масла кислотное число повышается. Во многих случаях это число является основным показателем для смены масла в циркуляционных смазочных системах.

При выборе жидких смазочных материалов для конкретных условий работы руководствуются следующими характеристиками:

· индекс вязкости — оценка изменения вязкости смазочного материала в зависимости от изменения температуры;

· окисляемость — оценка способности масла вступать в реакцию с кислородом. Стойкость к окислению — показатель стабильности того или иного масла;

· экстремальное давление (ЕР) — мера качества прочности масляной пленки, используется для характеристики смазочных материалов тяжело нагруженных поверхностей трения;

· заедание (Stick-slip) — оценка способности смазочного материала предотвращать скачки или неустойчивое движения силового стола или каретки станка даже при крайне низких скоростях.

Срок службы смазочного масла зависит от скорости накопления в нем вредных примесей и его старения

Пластичные (консистентные) смазочные материалы. Представляют собой нефтяные или синтетические масла с добавлением многофункциональных присадок и загустителя, в качестве которого используются мыла высших сортов жирных кислот, твердые углеводороды (церазины, парафины), силикагель и сажа, относящиеся к термостойким загустителям и др.

Пластичные смазочные материалы применяют в следующих случаях:

· для тяжелонагруженных подшипников скольжения, работающих при небольших скоростях в условиях граничного трения с частыми реверсами или в повторно-кратковременном режиме;

· когда смазочный материал кроме основного назначения используется как уплотняющий для предохранения поверхности от попадания загрязнителей из окружающей среды;

· для создания защитной масляной пленки на поверхности трения при длительных остановках;

· в узлах трения, доступ к которым затруднен или которые могут работать длительное время без пополнения смазки;

· при необходимости одновременного использования смазочного материала для консервации и смазки механизма.

Основные характеристики пластичных смазок :

· вязкость;

· предел прочности на сдвиг;

· температура каплепадения;

· число пенетрации.

Вязкость пластичных смазочных материалов, в отличие от смазочных масел, зависит не только от температуры, но и от скорости деформации. Значение вязкости пластичного смазочного материала, определенное при заданной скорости деформации и температуре, является постоянным и называется эффективной вязкостью.

Предел прочности на сдвиг — минимальное напряжение сдвига, которое вызывает переход смазки к ее вязкому течению. Предел прочности на сдвиг характеризует способность смазки удерживаться на движущихся деталях, вытекать и выдавливаться из негерметизированных узлов трения.

Температура каплепадения — температура, при которой смазка утрачивает свою густую консистенцию и переходит в состояние жидкой смазки (температура, при которой падает первая капля). Обычно пластичную смазку применяют при температурах на 15 . 20 °С ниже температуры каплепадения.

Число пенетрации определяет степень загустения пластичного смазочного материала, которая по ГОСТ5346-78 определяется глубиной погружения в смазочный материал стандартного конуса пенетрометра за 5 с при температуре 25 °С и общей нагрузке 150 г и выражается в десятых долях миллиметра.

Вниманию посетителей: Данная информация предоставляется для ознакмления. Формулировки и цифровые значения могут отличаться от оффициальных описаний и тестовых показателей. Для уточнения или дополнения интересующей ин ф ормации вы можете обратиться к оффициальным источникам конкретных производителей и сертификационых центров.

Основное назначение смазочных материалов — уменьшение износа трущихся деталей и снижение затрат энергии на преодоление трения. Кроме этих функций, смазочные материалы выполняют и другие: отводят тепло от трущихся пар, предохраняют детали от коррозии, очищают поверхности трения от продуктов износа и других примесей, герметизируют узлы трения.

В зависимости от характера относительного перемещения поверхностей различают трение скольжение и трение качения. Сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения, поэтому там, где это возможно, предпочтительнее применять подшипники качения.

Различают следующие виды масел:

1. Минеральные или нефтяные, являющиеся основной группой выпускаемых смазочных масел. В зависимости от способа получения они классифицируются на дистилятные, остаточные, компаундированные или смешанные;

2.Растительные и животные, имеющие органическое происхождение. Растительные масла получают путем переработки семян определенных растений. Животные масла вырабатывают из животных жиров. Данные масла по сравнению с нефтяными обладают более высокими смазывающими свойствами и более низкой термической устойчивостью. Поэтому их чаще используют в смеси с нефтяным;

3.Синтетические, получаемые из различного исходного сырья различными методами (каталитическая полимеризация жидких или газообразных углеводородов нефтяного и ненефтяного сырья; синтез кремнийорганических соединений). Синтетические масла обладают всеми необходимыми свойствами, однако из-за высокой стоимости применяются только в самых ответственных узлах трения.

По агрегатному состоянию смазочные материалы делятся на:

— жидкие смазочные масла, которые в обычных условиях являются жидкостями, обладающими определенной текучестью ( нефтяные и растительные масла);

— пластичные или консистентные смазки, которые в обычных условиях находятся в мазеобразном состоянии (технический вазелин, солидолы, консталины, жиры). Они подразделяются на антифрикционные, консервационные, уплотнителъные;

— твердые смазочные материалы, которые не изменяют своего состояния под действием температуры, давления (графит, слюда, тальк). Их обычно применяют в смеси с жидкими или пластичными смазочными материалами.

По назначению смазочные материалы делятся на масла:

— моторные, предназначенные для двигателей внутреннего сгорания;

— трансмиссионные, применяемые в трансмиссиях автомобилей и других машин;

— гидравлические — для гидросистем различных машин.

По температуре применения различают:

— низкотемпературные, для температуры не более 60°С;

— среднетемпературные, применяемые при температурах 150 — 200°С;

— высокотемпературные, используемые в узлах, которые подвергаются воздействию температур до 300°С и выше.

Смазочные масла должны обладать соответствующими вязкостью и индексом вязкости, высокой термоокислительной устойчивостью и хорошими противокоррозионными свойствами, противоизносными качествами и хорошей прокачиваемостью при различных температурах окружающей среды.

Масла должны обеспечивать максимально возможный срок службы и не образовывать на поверхностях деталей различные отложения. Чтобы удовлетворить весь комплекс требований, предъявляемых к смазочным маслам широко используют специальные добавки (присадки).

По наличию и распределению на трущихся поверхностях смазочного материала различают следующие виды трения: сухое, когда между трущимися поверхностями отсутствует смазочное вещество; жидкостное, при котором трущиеся поверхности полностью разделены слоем смазочного вещества; граничное, когда трущиеся поверхности разделены тончайшим молекулярным слоем адсорбированных на них смазочных веществ; полужидкостное — переходное между жидкостным и граничными видами трения.

Сухое трение — самое опасное для узлов и механизмов, так как сопровождается резким увеличением износов, потерей энергии на трение, температур. Жидкостное трение обеспечивается, если смазывающая жидкость полностью разделяет трущиеся поверхности, т.е. трение между твердыми телами заменяется трением между частицами жидкости.

При этом в 10 — 15 раз снижаются затраты мощности на преодоление трения, резко уменьшаются износ и нагрев деталей, узел трения выдерживает более высокие нагрузки. Работа узла трения, а следовательно, машины в целом становится более продолжительной, надежной.

Образование масляного слоя между трущимися поверхностями при заданной нагрузке зависит от скорости их относительного перемещения и вязкости масла.

Надежность масляного слоя, а следовательно несущая способность подшипников с повышением частоты вращения вала и вязкости масла уменьшается.

Коэффициент жидкостного трения составляет 0,001- 0,01, а минимальная толщина масляного слоя при жидкостном трении для автотракторных двигателей равна 4 -6 мкм.

В ряде случаев двигатель может кратковременно работать в неблагоприятных условиях (резкое возрастание нагрузки, значительное снижение частоты вращения вала, перегрев двигателя, чрезмерное понижение вязкости масла), при которых гидродинамический слой масла нарушается, и жидкостное трение переходит в граничное.

При этом между трущимися поверхностями остается очень тонкий слой масла. Пленка масла на металлической поверхности прочно удерживается силами межмолекулярного взаимодействия. Оно зависит от смазывающей способности масла и физико-химических свойств поверхностей трения. Толщина слоя масла составляет 0,1 — 1,0 мкм. Коэффициент трения составляет 0,01 — 0,1.

Все смазочные масла обладают смачиваемостью, т.е. способностью растекаться тонким слоем на поверхности металла. Эта способность зависит от внутренних сил сцепления. В данном случае силы взаимодействия между металлом и частицами масла больше силы молекулярного взаимодействия между частицами масла. Смазывающая способность масла имеет очень важное значение во многих случаях эксплуатации ДВС: во время пуска или при прогреве двигателя.

Полужидкостной смазкой называют такой режим трения, когда наряду с жидкостной имеет место и граничная смазка (например, при пуске и остановке двигателя, неустановившейся нагрузке, резком изменении скорости).

Полужидкостное трение будет наблюдаться при высоких удельных нагрузках и рабочих температурах, низкой вязкости масла, нарушении герметичности деталей, недостаточном поступлении масла, попадании в него абразивных и механических примесей.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СМАЗОЧНЫХ МАСЕЛ ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Классификация смазочных масел

В любой машине при работе узлов трения используют смазочные материалы различного типа. Они являются одним из важнейших факторов, определяющих надежность работы техники. По существу, масла и смазки являются такими же конструкционными материалами, как и металлы, из которых изготовлена техника. Срок службы техники в первую очередь зависит от качества материалов, технологии изготовления трущихся сопряжений, совершенства конструкции. В значительной степени на долговечность машин влияют условия эксплуатации. И, наконец, третий фактор — соответствие и качество применяемых нефтепродуктов. Если при проектировании и создании новых машин первые два фактора играют очень важную роль, то в реальных условиях эксплуатации надежность и износ в значительной степени зависят от правильного подбора и качества смазочных материалов.

В зависимости от конструкции, технологии изготовления и условий работы узла трения или агрегата необходимы масла, обладающие определенными эксплуатационными свойствами. Классификация и области применения масел в автомобильной технике приведены в табл. 5.1.

Классификация и область применения масел

Двигатели внутреннего сгорания:

• для карбюраторных двигателей;

• карбюраторные двигатели различного уровня форсирования (легковые, грузовые автомобили, мотоциклы, пусковые устройства и др.);

• средне- и высокофорсированные дизели большегрузных автомобилей, колесной и гусеничной военной техники;

• для авиационных двигателей

• поршневые и газотурбинные двигатели самолетов, вертолетов, танков

Механические, гидромеханические передачи:

• • коробки передач;
• • ведущие мосты;
• • бортовые передачи;
• • раздаточные коробки;
• • механизмы рулевого управления

• • гидроподъемные механизмы;
• • гидроусилители сцепного веса, руля;
• • гидроприводы в различных системах управления автомобильной техникой

Конструктивное и технологическое оформление узлов трения, а также условия их работы весьма разнообразны. По этой причине чаще всего один вид смазочного материала не может быть использован для всех трущихся поверхностей не только в разных, но и в одной машине. Так, для смазывания сборочных единиц современного автомобиля используют до 10 видов смазочных материалов: для двигателя, коробки передач, рулевого управления, гипоидной передачи, ступиц колес, водяной помпы и др. Для удовлетворения разнообразных потребностей техники нефтеперерабатывающая промышленность выпускает свыше 600 марок масел и смазок.

Выпускаются масла и другого назначения, в частности индустриальные (для зубчатых и гидравлических систем промышленного оборудования, вакуумные, цилиндровые и т.п.), турбинные, компрессорные, электроизоляционные (трансформаторные, кабельные и др.), приборные.

По составу смазочные материалы разделяют на жидкие и мазеобразные продукты. К первым относятся масла, ко вторым — пластичные смазки. Оба вида продуктов могут иметь как минеральное, так и органическое происхождение. Более 90% минеральных масел получают при переработке нефти, по способу получения они разделяются на дистиллятные, остаточные и смешанные; кроме того, могут быть синтетические и компаундированные (смешанные) масла.

Органические (растительные и животные) масла обладают высокой смазывающей способностью, но имеют низкую стойкость к действию повышенных температур и к окислению. По этой причине их практически не используют — лишь иногда добавляют к минеральным маслам для улучшения их эксплуатационных свойств. Как органические, так и минеральные масла обладают существенным недостатком: они работоспособны только в узком температурном интервале (от -10 до +140 °С). Этих недостатков лишены многие синтетические смазочные материалы. Хорошими эксплуатационными свойствами обладают масла и смазки, синтезированные на базе эфиров, спиртов и особенно кремнийорганических соединений. Но применение синтетических продуктов ограничено их высокой стоимостью, поэтому используют их только там, где другие масла удовлетворительно работать не могут. В перспективе область их применения будет существенно расширяться.

Основное назначение смазочных материалов в узлах трения:

• • снижение износа трущихся деталей;
• • уменьшение затрат энергии на преодоление трения.

Кроме того, в зависимости от условий применения смазочные материалы выполняют и другие функции:

• • отводят тепло от нагреваемых поверхностей;
• • предохраняют их от коррозии;
• • очищают от накапливающихся продуктов износа и механических примесей;
• • герметизируют узлы трения.