Общая характеристика смазочных материалов

Смазочный материал выполняет в узле трения следующие функции: снижает трение, уменьшает износ и       предотвращает задиры трущихся поверхностей, отводит из зоны трения тепло и удаляет продукты износа,   защищает поверхность деталей от коррозии, уплотняет зазоры в сопряжениях.

Смазочные материалы делят по физическому состоянию, по происхождению, назначению и наличию              присадок.

По физическому состоянию смазочные материалы могут быть:

- жидкими;

- пластичными;

- твердыми;

- газообразными.

Наибольшее распространение в технике получили жидкие смазочные материалы (масла) и пластичные         материалы (смазки). Твердый смазочный материал используется для смазывания сопряжений, работающих в экстремальных условиях (при температурах 200°С и более, в вакууме, при высоких

давлениях и в активных химических средах).

По происхождению смазочные материалы подразделяются на минеральные, растительные, животные, а также синтетические, т. е. изготовленные химическим методом. В технике в основном применяются минеральные

смазочные материалы.

Присадки бывают двух типов; индивидуальные и многофункциональные. Индивидуальные улучшают одно из свойств смазочных материалов. Многофункциональные (комплексные) смазочные материалы улучшают одновременно несколько свойств.

Киндивидуальным присадкам относятся: вязкостные, депрессорные, антикоррозийные, антиокислительные, противопенные, противоизносные, противозадирные, противоскачковые, моющие и т.п. Кроме того, имеются присадки, улучшающие маслянистость и увеличивающие прочность масляных плёнок.

Жидкие смазочные материалы

Жидкие смазочные материалы представляют собой смесь базового масла с соответствующими присадками, которые улучшают его эксплуатационные свойства. В качестве базового масла используются очищенные масла, полученные из углеводородного (нефтяного) или минерального сырья. Минеральное масло обычно получают смешением углеводородов в естественном состоянии, или в результате обработки минеральных продуктов.

По назначению жидкие масла подразделяют на моторные, трансмиссионные, индустриальные и энергетические: турбинные, компрессорные, электроизоляционные и вакуумные.

Жидкие смазывающие материалы обладают низким коэффициентом внутреннего трения, оказывают охлаждающее воздействие, отличаются относительно легкой сменяемостью без разборки узла, высокой смазывающей способностью. Однако повышенная текучесть требует создания надежных уплотнений, особенно при смазывании направляющих.

Жидкие смазочные материалы должны обладать определенными свойствами, которые определены ГОСТами на смазывающие материалы и технической документацией. Для обеспечения режима жидкостной и граничной смазки большое значение имеет вязкость смазывающего вещества и изменение ее в зависимости от температуры и давления.

Под вязкостью понимают способность смазывающего вещества сопротивляться сдвигу под действием приложенной силы.

Различают динамическую и кинематическую вязкость.

Вязкость механически проявляется в виде касательных усилий на условной поверхности внутри объема жидкости при изменении его формы и выражается величиной касательных напряжений τ  внутри движущейся жидкости производной скорости dv/dh по нормали с учетом динамической

вязкости  η, т.е. τ = η (dv/dh)

Коэффициент пропорциональности η называется динамической вязкостью. Единицей динамической вязкости в системе СИ является сила,выраженная в ньютонах, необходимая для перемещения слоя жидкости

Температура застывания t₃ - это температура, при которой охлажденное в пробирке диаметром 28 мм масло застывает настолько, что при наклоне на 45 ° уровень масла в ней остается неподвижным в течение 1

мин. По t₃определяется рабочая температура.

Температура вспышки t_в - это такая температура, при которой смесь испарившихся паров масла с воздухом при поднесении открытого огня загорается на 2...3 с, а затем гаснет. Для индустриальных масел t_в=165...200^оC.

Температура воспламенения, при которой загораются от поднесенного открытого источника огня не только пары, но и нагретое масло и горит не менее 5 с. Температура воспламенения масла на 20...30 °С выше

температуры вспышки. Чем ниже температура вспышки, тем больше испаряемость и большей пожарной способностью обладает масло.

Смазывающая способность - способность создавать на трущейся поверхности тонкие, но прочные адсорбированные слои смазочного материала.

Тонкая плёнка масла способна выдерживать без разрушения большие нормальные давления. Модуль Юнга для адсорбированных пленок в 2 раза выше, чем для стали. Адсорбированный слой на поверхности трения разрушается от термических и механических воздействий.

С повышением температуры вязкость масел уменьшается. Степень пологости вязкостно-температурных кривых масел оценивается индексом вязкости (ИВ).

Индекс вязкости (ИВ) служит для интегральной оценки масел при переводе машины с одного режима на другой. Значения ИВ выше 80 ... 100 характеризуют хорошие вязкостно-температурные свойства масла, значения ИВ ниже 60 - неудовлетворительные. Эти числа определяются по установленной шкале и характеризуют изменение вязкости в зависимости от температуры.

Обычно в качестве показателя вида и хода температурных кривых используется температурный коэффициент вязкости (ТКВ) :

ТКВ = (V₀ - V₁₀₀)/ V₅₀. Здесь индексы указывают температуру, при которой определена кинематическая вязкость.

Чем меньше величина ТКВ, тем меньше изменяется вязкость в зависимости от изменения температуры.

Моторные масла используют для смазывания двигателей внутреннего сгорания как карбюраторных, так и дизельных. Их элементы узлов работают при высоких температурах (до 700 °С) и давлениях (до 2100

МПа ).

С учетом действующих классификаций на моторные масла осуществляется и их маркировка (обозначение). Для отечественных масел она состоит из сочетаний определенных знаков (табл. 4.2).

Первый из них буква <<М>> или <<И>> обозначает назначение масла (моторное или индустриальное).

Второй знак, выраженный цифрой (или группой цифр) характеризует класс вязкости. Например, «З₃» обозначает, что при температуре 100 °С кинематическая вязкость соответствует 3,8 м²/с. Кроме этого внутри классификации существует разделение масел на зимние, летние и всесезонных. Отечественная классификация в соответствии с ГОСТ 17479-85 подразделяет масла на 21 класс вязкости, из которых 4 зимних, 7 летних и 10 всесезонных. Индекс «з» при номере класса означает «загущенное». Классификация моторных масел по вязкости облегчает их подбор для заданного узла трения с учетом возможных условий его смазывания.

Третий знак является буквой, регламентирующей уровень эксплуатационных свойств. Отечественная классификация по этим свойствам предусматривает их деление на две подгруппы. Например, буква «А» означает, что масло применяется для нефорсированных карбюраторных двигателей и дизелей. Знаки пишутся через дефис.

Масла группы А про изводят без присадок, они пригодны только для нефорсированных карбюраторных двигателей. В масла группы Б вводят до (1% присадок, их применяют только в малофорсированных карбюраторных двигателях при благоприятных условиях эксплуатации (дорожных и климатических). В лесной промышленности, в основном применяют масла групп В и Г.

Таблица 4.2.

Классификация моторных масел по эксплуатационным свойствам

Масла группы В, содержащие до 8% присадок, предназначены для среднефорсированных двигателей, при малом содержании серы втопливе и не очень тяжелых дорожно-климатических условиях.

Масла группы Г предназначены для высокофорсированных двигателей, при тяжелых дорожно-климатических условиях и высоком содержании серы в топливе. Масла группы Д предназначены также для высокофорсированных дизельных двигателей. Для эксплуатации малофорсированных тихоходных дизелей, например Д-16, 4Д-36/50, производится дизельное масло марки Т, не содержащее присадок. Вязкость, этого масла повышена и составляет 62...68 сСт при 50 °С.

Российская классификация ГОСТ отличается от классификации SAE (Общество инженеров по автоматике), принятой в США и странах западной Европы. Приблизительное соответствие ГОСТ и SAE представлено в табл. 4.3.

Примеры обозначения моторных масел:

М-8-В₁ - моторное масло, класс вязкости 8, для среднефорсированных карбюраторных двигателей;

М-1О-Г₂ - моторное масло, класс вязкости 10, для высокофорсированных дизелей без наддува;

М-6з/1О-В - моторное масло, класс вязкости 6з/1О, универсальное, для среднефорсированных дизельных и карбюраторных двигателей.

Для обкатки двигателей разработаны масла ОМД-8, ОМД-11, ОМД-14, ОМД-20 с композицией присадок С-150, ДФ-11, АФК. Приработочный компонент - присадки МОД или МИКС (по уровню эксплуатационных свойств соответствуют группе В), позволяющие улучшить качество и сократить время обкатки в 1,5 ... 2 раза.

Трансмиссионные масла. Для смазки механизмов трансмиссий

транспортных машин применяют различные масла: дистиллятные и смеси

на базе масел остаточного происхождения. Связано это с различной степенью форсирования зубчатых передач, определяемой в основном удельным давлением в зоне контакта, которое изменяется от 500...2000 МПа в цилиндрических и до 3500 ... 4000 МПа в гипоидных передачах; максимальная температура в силовых передачах 150...200°С; в местах контакта зубчатых зацеплений до 250 °С и более; температурный режим работы от-60 °С до +45 °С в зависимости отклимата зоны. Скорость скольжения в цилиндрических и конических передачах составляет на входе в зацепление от 1,5...3,0 до 9...12 м/с. Для гипоидных передач скорость скольжения достигает 15 м/с и более, а для червячных передач 20...25 м/с.

Система обозначения трансмиссионных масел регламентирована ГОСТ 17479.2-85. Классификация их по эксплуатационным свойствам приведена в табл. 4.4.

В соответствии с ГОСТ 17479.2-85 маркировка трансмиссионных масел включает буквенное обозначение ТМ и цифры от 1 до 5, означающие группу применения масел. Группа определяет условия работы механизмов

трансмиссии (контактных давлений, температуры в сопряжениях и наличия присадок) и класс вязкости (9, 12, 18, 34), физико-химические показатели определяются ГОСТ 23652-79, технические условия ТУ 101 1701 -77, ТУ 3801260-82.

Таблица 4.4

Классификация трансмиссионных масел по эксплуатационным свойствам:

Пример условного обозначения трансмиссионных масел:

ТМ-5-18 (ТАД- 17 по ГОСТ 23652-79) - трансмиссионное масло 5 группы для агрегатов трансмиссии, работающих при контактных давлениях более 3000 МПа, с присадками, класс вязкости -18, физико-химические свойства нормируются по ГОСТ 23652-79.

Индустриальные масла. В зависимости от назначения индустриальные масла делятся на четыре группы: Л - легконагруженные узлы (шпиндели, подшипники и сопряженные с ними соединения), Г - гидравлические системы, Н - направляющие скольжения, Т - тяжелонагруженные узлы (зубчатые передачи). Система обозначения индустриальных масел регламентирована ГОСТ 1 7479.4-87, классификация по эксплуатационным свойствам приведена в табл. 4.5.

В соответствии с ГОСТ 1 7479.4-87 маркировка индустриальных масел включает буквенное обозначение И (масло индустриальное), далее группы (Л, Г, Н, Т) характеризующих применения масел по назначению, подгруппы (А, В, С, D, Е) характеризующих условия применения в соответствующих узлах и элементах промышленного оборудования и класс вязкости, характеризующий кинематическую вязкость при t = 40 °С в сСт.

Таблица 4. 5

Классификация индустриальных масел по эксплуатационным свойствам

Пример условного обозначения:

И-Г-А-46 (И-30А по ГОСТ 20799-75) - индустриальное масло для гидравлических систем малоскоростных и тяжелонагруженных механизмов промышленного оборудования, без присадок при удельных давлениях 0,3...0,5 МПа и 700...1ООО об/мин; класс вязкости 46, характеризующий кинематическую вязкость 41...51 сСт при 40 °С .

И-Г-С-32 (ИГП- 1 8 по ГОСТ 20799-75) - индустриальное масло для гидравлических систем станков промышленного оборудования с присадками улучшающими антиокислительные, антикоррозийные, противоизносные и противозадирные свойства при удельных давлениях 0,2...0,4 МПа и 800...1200 об/мин; класс вязкости 32, характеризующий кинематическую вязкость 29...35 сСт при 40 °С.

Энергетические масла. К ним относятся турбинные, компрессорные, для компрессоров холодильных машин, :электроизоляционные, вакуумные. В табл. 4.6...4.10 приведены в качестве примеров характеристики некоторых марок вышеназванных масел и области их применения. В этих таблицах даны сокращенные обозначения параметров, а именно: v₅₀ - кинематическая вязкость при температуре 50 °С; v₁₀₀ - то же при 100°С; ИВ - индекс вязкости; t_ɛ - температура застывания.

Таблица 4.6

Физико-химические показатели и область применения турбинных масел

Таблица 4.7

Физико-химические показатели и область применения компрессорных масел

Таблица 4.8

Физико-химические показатели и область применения масел для компрессоров холодильных машин

Таблица 4.9

Показатели и область применения электроизоляционных масел

Щелочное число масел: турбинных - 0,05...0,5 мг КОН/г; компрессорных - 0,1...0,5; компрессоров холодильных машин - 0,03...0,1 0 мг КОН/г; электроизоляционных - 0,01 ... 0,02 мг КОН/г; вакуумных - 0,02...0,03 мг КОН/г.

Таблица 4.10

Физико-химические показатели и область применения вакуумных масел

Консистентные смазки в соответствии с ГОСТ 2325 8-78 разделены на четыре группы: антифрикционные, консервационные, уплотнительные, канатные. Наиболее широко применяют антифрикционные смазки, предназначенные для снижения износа при трении скольжения.

Они, в свою очередь, делятся на подгруппы в зависимости от условий применения. Индекс С означает смазки общего назначения, индекс О для повышенных температур (до 100 ⁰С), индекс М - многоцелевые,  работающие в диапазоне от минус 30 до плюс 130 °С и в условиях повышенной влажности, Ж - жаростойкие ( 150 °С и выше), Н - морозостойкие (ниже минус 40 °С).

Консервационные, или защитные, смазки имеют в маркировке букву «з», они предназначены для защиты от коррозии металлических поверхностей при хранении и эксплуатации машин. Уплотнительные и канатные смазки применяют в соответствии с названием, например для смазки канатных систем.

В маркировку смазочных материалов включают также обозначение загустителя посредством двух букв , в зависимости от металла, входящего в состав мыла: Ка - кальциевое мыло, На - натриевое, Ли - литиевое, или смешанное, например Ли-Ка: (литиево-кальциевое). Так, смазочный материал под названием Литол-24 маркируется, как М-Ли-4/13-3 и расшифровывается так: многоцелевая (М), антифрикционная, работоспособна в условиях повышенной влажности, загущена литиевыми мылами (Ли), работоспособна в интервале от -40 до + 130 °С ( 4/ 13 - температуры в маркировке уменьшены в 10 раз), цифра 3 - условное число, характеризующее консистенцию, определяемую по глубине (в мм) погружения в смазочный материал стандартного, металлического конуса. Этот показатель называется пенетрацией.

Пластичные смазочные материалы представляют собой коллоидную

систему, состоящую из базового минерального масла (жидкой основы),

загустителя и присадок. Загустители образуют структурный каркас, в

котором удерживаются жидкие смазывающие компоненты.

Характеристика наиболее распространенных пластических смазочных

материалов приводится в таблице 4.11.

По назначению они подразделяются на антифрикционные, защитные

и уплотнительные, а по температуре плавления - на низкоплавкие, среднеплавкие

и тугоплавкие.

По виду загустителя смазочные материалы делятся на углеводородные,

мыльные, неорганические и органические. По типу загустителей они

подразделяются на кальциевые, натриевые, кальциево-натриевые, литиевые,

углеводородные и др .

Пластичные смазочные материалы могут выдерживать значительную

несущую нагрузку и применяются когда нельзя обеспечить жидкостный

режим смазки. По сравнению с жидкими смазочными материалами они

обладают рядом преимуществ:

- хорошо удерживаются на наклонных и вертикальных поверхностях;

- меньше изменяют вязкость с изменением температуры;

- имеют лучшие показатели противоизносных и противозадирных свойств;

- лучше защищают металлические поверхности от коррозийного воздействия окружающей среды;

- обладают высокой способностью герметизировать узлы трения;

- экономичны в применении за счёт большей работоспособности, меньшего расхода и меньших затрат на обслуживание.

Таблица 4.11

Физико-химические показатели и область применения пластичных смазочных материалов

Пластичные смазочные материалы характеризуются рядом показателей, которые отличаются от характеристик жидких смазочных материалов.

Вязкость характеризует течение смазочного материала после разрушения связей в ее структурном каркасе при приложении критической нагрузки.

Температура каплепадения - это такая температура, при которой от наклонного под заданным углом сосуда со смазочным материалом отрывается первая капля расплавленной смазки. По этой температуре можно судить о верхнем рабочем пределе смазочного материала.

Коллоидная стабильность - это способность смазочного материала удерживать масло в ячейках своего структурного каркаса под воздействием внешних сил. Выделение жидкой фазы из структурного каркаса ухудшает эксплуатационные свойства смазочного материала.

Предел прочности - это минимальная нагрузка, вызывающая необратимую деформацию (сдвиг) структуры смазочного материала.

При приложении нагрузки, превышающей предел прочности, смазочный материал начинает деформироваться, а при нагрузке ниже предела прочности он, подобно твердому телу, проявляют упругость. Абсолютная величина предела прочности при 20 ^оС для различных смазочных материалов составляет 300...1000 Па.

Лекция №6