Цель и назначение. Типы смазки.

Смазка в машинах имеет многоцелевое назначение.

В узлах трения слой смазочного материала:

- разъединяет трущиеся повёрхности деталей и переводит трение без смазки в жидкостное или граничное, при которых значительно снижается износ и силы трения. Его снижение достигается также вследствие смывания жидким маслом с поверхностей трения твердых продуктов изнашивания, нагара и абразивных частиц, уплотнения зазоров густой смазкой и защиты от попадания на поверхности трения абразивных частиц из внешней среды, а также благодаря отводу тепла от поверхностей трения и исключению неблагоприятных термических превращений в поверхностном слое материала деталей, связанных с тепловыделением при трении.

- уменьшает нагрев трущихся поверхностей, вследствие уменьшения коэффициентов трения;

- отводит тепло от узлов трения и охлаждать их свежим маслом, т.е способствует созданию благоприятного теплового баланса, необходимого для нормальной работы многих механизмов;

- уменьшает удары и вибрации в узле трения за счет амортизации ударов слоем смазки;

- уменьшает шум в узлах трения за счет устранения контакта металлических поверхностей;

- смазка — эффективное средство защиты деталей машин от коррозии. Эту функцию она выполняет не только в процессе работы ПТМ, но и при длительном их хранении в предмонтажный период;

- применительно к узлу трения, смазка позволяет снизить потери мощности в узлах трения за счет снижения коэффициентов и сил трения.

Положительное влияние смазки на работу машин огромно. Но наибольший полезный эффект достигается лишь при правильном выборе смазочных материалов, способов и режимов смазывания, в соответствии с условиями работы и хранения машин.

Эффект смазки определяется тем, насколько свойства применяемых смазочных материалов соответствуют условиям работы трущихся поверхностей. Главными из этих условий являются:

удельные нагрузки на трущиеся поверхности;

характер нагрузок (постоянные, знакопеременные и др.);

скорости относительного скольжения или качения контактирующих поверхностей;

шероховатость трущихся поверхностей;

воздействие внешних температур (высоких или низких), влаги, газов и других факторов.

Учет этих условий и факторов одновременно с учетом свойств смазочных материалов позволяет правильно решать вопросы смазки каждого узла трения машины.

Смазка - действие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшается сила трения и (или) интенсивность изнашивания.. Различают жидкостную, газовую и сухую смазку (рисунок 1).

При жидкостной смазке разделение поверхностей трения деталей, находящихся в относительном движении, осуществляется жидкостным смазочным материалом. Различают гидродинамическую и гидростатическую смазку. В первом случае разделение поверхностей трения осуществляется вследствие давления, возникающего в слое жидкости при относительном движении этих поверхностей. Причем давление должно уравновешивать внешнюю удельную нагрузку, прижимающую скользящие поверхности друг к другу, а толщина слоя жидкости между поверхностями должна быть не меньше, чем высота микрошероховатостей поверхностей.

На рис. 6.2, а, б показано расположение вала в подшипнике в состоянии покоя и при работе. В состоянии покоя, когда вал в подшипнике не вращается, цапфа его под действием собственной массы и нагрузки, направленной сверху вниз, прижимается к нижней части подшипника. Зазор между подшипником и цапфой имеет серповидную форму (см. рис. 6.2, а). При вращении вала масло, заполнившее зазор, будет увлекаться под цапфу; последняя как бы всплывает (см. рис. 6.2, б), образуя на самом узком участке 1 зазора масляный клин. С повышением скорости вращения вала начнет увеличиваться толщина клинового слоя засчет увеличения количества смазочного материала, подгребаемого цапфой в клиновой зазор. При бесконечно большом числе оборотов ось цапфы совпадает с осью подшипника, а толщина масляного клина достигает максимальной величины, способствуя жидкостномутрению.

При гидростатической смазке разделение поверхностей осуществляется жидкостью, поступающей в зазор между этими поверхностями под внешним давлением. Оба вида жидкостной смазки широко применяются в электромеханических устройствах горного производства.

Газовая смазка - смазка, при которой разделение поверхностей трения деталей, находящихся в относительном движении, осуществляется газовым смазочным материалом. В качестве последнего применяются в основном азот, неон и фреон, а также водород и воздух. По аналогии с жидкостной различают газодинамическую и газостатическую смазки.

При твердой смазке разделение поверхностей трения обеспечивается твердыми смазочными материалами в виде порошка или пленки. К характеристикам твердой смазкиможно отнести

- форму кристаллической решетки;

- форму поверхностей слоев, ограничивающих плоскости скольжения;

- степень неоднородности связей между атомами кристаллической решетки;

- величину работы, затрачиваемой на расщепление кристалла твердого смазочного материала по плоскости скольжения;

- высокую адгезию к металлическим поверхностям.

Смазывающая способность дисульфида молибдена, широко применяющегося в технике, определяется рядом факторов, основными из которых являются: кристаллическая структура и слоистое строение, легкое скольжение по плоскостям спайности, обусловленное малой энергией межплоскостной связи; устойчивая способность адсорбироваться на трущихся поверхностях с образованием прочных защитных слоев, ориентированных параллельно плоскостям скольжения; высокая реакционная способность. Подобные же факторы (или по крайней мере некоторые из них) определяют смазывающую способность и других слоистых твердых смазочных материалов.

В последние годы для смазки тяжелонагруженных узлов трения все шире применяют сухие (твердые, слоистые) смазки и самосмазывающиеся материалы. Вид смазки или самосмазывающегося материала определяется заводом-изготовителем машины или эксплуатационными предприятиями при модернизации машины.

Твердые смазочные материалы можно использовать при температурах от -250 до +340-375° С, при которых обычные смазочные материалы совершенно непригодны, а также в узлах с недостаточно надежным укрытием от внешней абразивной среды. Их использование эффективно и в качестве добавок к жидким и консистентным смазкам, работающих при нормальных температурах, с целью улучшения их свойств, и при особо неблагоприятных видах изнашивания, например для смазки реборд крановых колес и подшипников скольжения гусеничного хода кранов и экскаваторов (сроки службы увеличиваются в 2,5—4 раза). Применение твердых смазок значительно улучшает условия работы узла трения, поскольку в месте сухого трения создается трение, аналогичное жидкостному.

Имеют чешуйчатую структуру и хорошо адсорбируются (держатся) на поверхности деталей.

В качестве твердых смазочных материалов используются: неорганические соединения MoS₂, графит, WS₂, селенид молибдена и вольфрама и др); органические соединения (политетрафторэтилен, фталоцианин, полигексаметиленовый амид адипиновой кислоты); металлы (золото, серебро, свинец, индий, барий). Для смазки узлов трения металлургических кранов, работающих при высокой температуре, перспективно применение полиамидов, полиамидов с графитом

Твердые смазочные покрытия применяют при больших удельных нагрузках, высоких или низких температурах и вакууме. В состав их входят твердые смазки (дисульфид молибдена, графит), связующие (полимерные материалы, смолы и др.) и летучие растворители (спирт, бутилацетат и т. д.). В виде суспензии их наносят на трущиеся детали и подвергают термической обработке, при которой образуются твердые смазочные пленки. Их недостаток—малый срок службы.

Смазывающее действие твердых слоистых смазок основано на слоистой структуре их кристаллических решеток: атомы, находящиеся в одной плоскости, плотно упакованы и вся кристаллическая решетка состоит из нескольких параллельных плоскостей.

Кристаллические решетки твердых смазок могут состоять из одинарных рядов, образованных однородными атомами, или тройных рядов, образованных разными атомами. Так, например, у дисульфидов молибдена слои атомов молибдена располагаются между двумя слоями серы.

Прочность связей между отдельными слоями атомов значительно меньше прочности связей внутри слоев, поэтому под воздействием внешних нагрузок возможно скольжение одной плоскости относительно другой. Для создания таких сдвигающих усилий внутри слоя твердой смазки необходимо, чтобы ее слои, непосредственно контактирующие с металлическими поверхностями, образовывали с ними достаточно прочные связи. Именно такими свойствами (слоистой структурой кристаллических решеток и достаточной прочностью соединения с металлическими поверхностями) обладает ряд твердых веществ: графит, дисульфиды молибдена, дисульфид вольфрама, селениды молибдена и вольфрама, нитриды бора, используемые в качестве твердых смазок

Виды смазочных материалов.

Смазочный материал - материал, вводимый на поверхность трения для уменьшения износа, повреждения поверхности и (или) силы трения. Наличие смазочного материала в некоторых случаях также позволяет отвести от узла трения тепло и продукты износа, герметизировать его и предохранить от коррозии.

 Разнообразие машин, механизмов, сочленений и деталей, а также условий их работы обусловливает применение множества разнообразных видов, сортов и марок смазочных материалов. Их можно разделить на следующие основные группы (рисунок 2): минеральные масла, пластичные (консистентные) и сухие смазки, твердые смазочные покрытия и присадки.

Минеральные смазочные материалы получают из нефти, угля, сланца, мазутов, бензина, керосина, дизельного топлива и других минералов. Для получения минеральных масел мазут подвергают перегонке. Сначала отделяются легкие фракции — дистилляты. Они служат полуфабрикатами для изготовления масел малой и средней вязкости, называемых дистиллятными. Такие масла имеют меньше асфальтосмолистых веществ, отличаются большей стабильностью и меньшим содержанием веществ, выпадающих в осадок. После отгонки дистиллятов остается масляный гудрон, из которого получают более тяжелые и высоковязкие масла, называемые остаточными. Они получили самое широкое распространение в технике. Животные, получаемые из жира животных (китовый и рыбий жир, свиное сало и др.), и растительные, получаемые из растений (хлопка, клещевины, конопли и др.). Чаще всего они входят в состав присадок, добавляемых к минеральным смазочным материалам для улучшения различных свойств. Синтетические смазочные материалы получают путем химического синтеза из органических или элементоорганических соединений.

По физическим свойствам смазочные материалы подразделяют на газообразные, жидкие, консистентные (пластичные) и твердые.

Наибольшее распространение получили жидкие и пластичные смазочные материалы.

По способу производства смазочные масла подразделяются на следующие основные четыре группы:

1. дистиллятные;

2. остаточные;

3. смешанные (компаундированные);

4. масла с присадками.

Жидкие смазочные материалы. Жидкие смазочные материалы (масла) применяют, когда в узлах трения удается создать жидкостное (полужидкостное) трение или когда необходим принудительный отвод теплоты или продуктов износа. Минеральные масла по преимущественным областям применения разделяются на:

- Индустриальные — И-12 (ИС-12-веретенное 2-старое название), И-30А (ИС-30), И-50А (ИС-50) и др., не имеющие присадок (в некоторые из них вводится только до 0,5 % депрессатора). Применяют также масла ИГП-30, ИГП-38 и др., содержащие присадки;

- Компрессорные  — К-12, К-19, ИКС-19;

- Моторные, которые подразделяются на :

Ø карбюраторные — АС-6 (М-6Б), АС-8 (М-8Б) и т.д.;

Ø дизельные — ДС-8 (М-8Б₂), М-10В₂ и т.д.;

Ø автотранспортные;

Ø авиационные;

- Турбинные — Тп-22 и Тп-30, Т₂₂ и Т₃₀ и т.д.;

- Приборные — ИС-30;

- Трансформаторные — ТС-10 ОТП, ТКп, Т-750 и т.д.;

- Трансмиссионные — трансмиссионное автотракторное летнее, трансмиссионное автотракторное зимнее, трансмиссионное автомобильное, ТАД-17, ТАп-10, ТС-8, МТ-14п;

- Цилиндровые — цилиндровое 52 и т.д.;

- Для гидравлических систем — И-12А, И-20А, И-40А, И-50А, ВНИИ НП-403, ВНИИ НП-406, ИГНСп-20 и ИГНСп-40;

- Консервационные;

- и т.д.

Индустриальные масла применяются для смазки разнообразных механизмов, не требующих масел, обладающих какими-либо специальными свойствами Индустриальные масла делятся на семь групп: общего назначения, для высокоскоростных механизмов, для гидравлических систем промышленного и станочного оборудования, для зубчатых передач, для направляющих скольжения, жидкости специального назначения. Перечень индустриальных масел и порядок их назначения регламентируется ГОСТ. Отличительной особенностью условий эксплуатации индустриальных масел является невысокая рабочая температура (не более 50°С).

Компрессорные предназначены для смазывания компрессоров и воздуходувных машин, также используются для сопряжений, работающих в условиях высоких температур и давлений. Отличительной особенностью этих масел является высокая термическая стабильность, высокая вязкость и высокие противокоррозионные свойства.

Моторные предназначены для смазки двигателей внутреннего сгорания.

Турбинные масла применяют для смазывания подшипников паровых и газовых турбин, турбонасосов, турбовоздуходувок, генераторов электрического тока, для смазывания отбойных молотков, для смазки деталей, имеющих высокие скорости вращения.

Приборные — для смазки точных механизмов и приборов.

Трансформаторные предназначены для трансформаторов, реостатов, масляных выключателей и других высоковольтных аппаратов в качестве изолирующей теплоотводящей среды. Отличительными особенностями трансформаторных масел является высокая диэлектрическая прочность, эффективный отвод тепла, соответствующая вязкость, антиокислительная устойчивость.

Трансмиссионные масла применяют для смазки коробок передач, раздаточных коробок, бортовых предач, дифференциалов и различных тяжелонагруженных передач;

Цилиндровые используются в тяжелонагруженных узлах, работающих во влажной атмосфере и при высокой температуре

Консервационные масла с защитными присадками применяются для предохранения от коррозии труднодоступных внутренних поверхностей, для предохранения открытых наружных частей машин. Использование консервационных масел взамен пластичных смазок имеет ряд преимуществ: их удобно наносить на изделия, за состоянием поверхности легко следить, так как масляный слой прозрачен и его не нужно удалять при осмотре; изделия после хранения не требуют расконсервации.

Буквы в названии масла обозначают область применения и способ очистки масла:

А — автотракторное, автомобильное;

И — индустриальное;

М — моторное;

К — кислотной очистки;

С — селективной очистки;

З — загущенное, т.е. содержащее вязкостную присадку;

п — с присадками.

Цифра показывает среднюю кинематическую вязкость данного сорта масла при температуре 100 или 50°С.

Пластичные (консистентные) смазки  сочетают в себе свойства твердого тела и жидкости. Всостоянии покоя смазочный материал пластичен, а при движении течет подобно вязкой жидкости. Такое свойство обеспечивается двухкомпонентным составом смазочного материала. Он состоит из жидкого масла и твердого загустителя, частицы которого, сцепляясь между собой, образуют пространственный трехмерный каркас, придающий смазочному материалу свойства твердого тела, при этом его поры (ячейки) заполнены жидким маслом. При сдвиге в узле трения частицы загустителя не препятствуют вязкому течению смазочного материала, но сразу же после прекращения движения он вновь обретает свойства твердого тела.

Преимущества использования пластичных смазочных материалов:

Ø консистентные смазочные материалы удерживаются на открытых и движущихся поверхностях, вплоть до вертикальных;

Ø они заполняют зазоры между трущимися поверхностями;

Ø препятствуют проникновению в них абразивных частиц из внешней среды;

Ø пластичные смазочные материалы превосходят жидкие по консервационным свойствам и поэтому их эффектнвно используют для защиты поверхностей деталей от коррозии.

Пластичные смазки особенно эффективны в открытых или негерметизированных узлах трения, в сборочных единицах, где нельзя или нежелательно часто заменять смазочный материал; в различных подвижных сочленениях и уплотнениях (сальниках, резьбах и др.).

 Но этим смазкам присущи и недостатки:

- они не обеспечивают отвода тепла;

- не обеспечивают смывания продуктов износа с поверхностн трения.

В качестве загустителей используют мыла высокожирных естественных и искусственных кислот и твердые углеводороды, поэтому пластичные смазочные материалы в зависимости от вида загустителя могут быть кальциевыми (солидолы) УС-2, УСс-2 и т.д., натриевыми (консталины) УТМ, УТ-2 и др., литиевыми Циатим 201, Циатим 202 и др, алюминиевыми, натриево-кальциевые УТВ, НК-30 и др., кремнистые Циатим 221 и т. п.

По назначению различают следующие пластичные смазочные материалы:

1. Антифрикционные: литиевые (литол-24, фиол-2М, № 158, ЦИАТИМ-201 и др.); кальциевые и комплексные кальциевые (солидол С, пресс-солидол С, УС-1,УС-2, УСсА, ЦИАТИМ-221, УНИОЛ-1, ВНИИНП-207идр.); натриевые (ЛЗ-ЦНИИ, ВНИИ НП-223).

2. Консервационные: ГОИ-54п.

3. Канатные: смазка БОЗ, торсиол -35, торсиол-55

4. Уплотнительные: ЛЗ-162, ЛЗ-ГАЗ-41, ВНИИ НП-294.

5. Резьбовые: ВНИИ НП-232, ВНИИ НП-225, лимол, Р-113.

Антифрикционные смазки используют в подшипниках качения и скольжения, шарнирных соединениях, тихоходных зубчатых и червячных передачах, для смазывания канатов и блоков и многих других узлов трения;

консервационные — для защиты от коррозии стыковых, посадочных и других неокрашенных поверхностей деталей и сборочных единиц машин;

канатные — для преотвращения коррозии, уменьшения треиия н износа стальных канатов;

 уплотнительные — в сальникъах насосов, резьбовых соединениях трубопроводов и др.;

резьбовые — в резьбовых соединениях и винтовых парах.

Существует также деление смазок по областям их преимущественного применения:

- многоцелевые (температура от 40 до 130° С);

- высокотемпературные (температура свыше 150° С);

- низкотемпературные (механизмы, где недопустимо повышение сопротивления движению при низкой температуре);

- стойкие в агрессивной среде (работа в контакте с сильными окислителями — азотной и серной кислотой, перекисью водорода и др.);

- индустриальные (узлы трения механизмов);

- железнодорожные (буксы с подшипниками качения);

- автомобильные (ступицы, подвески, рулевое управление и т. д.).

Консистентные смазки подразделяются на две основные группы:

специальные (А – автотракторные, С – самолетные, Ж – железнодорожные, М - морские);

универсальные, подразделяющиеся в зависимости от температуры капле падения на низкоплавкие (УН), среднеплавкие и тугоплавкие (УТ), а также в зависимости от специальных свойств водостойкие (В), морозостойкие (М), защитные (З), не растворяющие резину (Р), кислотоупорные (К) и др.

Например, смазка марки УНВМ расшифровывается как универсальная, низкоплавкая, водо- и морозостойкая.

Примеси, содержащиеся в первичных продуктах прямой перегонки мазутов — сырых маслах (асфальтосмолистые вещества, непредельные углеводороды, нефтяные кислоты и т. д.), зачастую вредно влияют на работу механизмов. При большой потребносъти в смазочных материалах иногда мирятся с этими недостатками сырых масел и используют их в качестве смазочных жидкостей. Но чаще для смазки машин используют очищенные масла. Очистку сырых масел проводят различными способами и получают :

· масла сернокислотной очистки, получаемые в результате добавления в масла Н₂SO₄ (серной кислотой), которая входит во взаимодействие с примесями и образует отстаивающиеся соединения. Остатки Н₂SO₄ нейтрализуются щелочами;

· выщелоченные масла, для получения которых масляные дистилляты из высококачественной нефти проходят обработку щелочами, например NaОН-щелочами;

· контактные, получаемые в результате воздействия на масла специальных веществ (адсорбентов) - земель, представляющих собой пористые материалы, в порах которых происходит адсорбция имеющихся в масле примесей;

· селективные, получаемые путем обработки масла специальными растворителями, например фурфуролом, фенолом, нитробензолом, пропаном, обеспечивающими растворение нежелательных примесей;

· гидрогенизированные, получаемые путем обработки масла водородом под повышенным давлением, что позволяет достичь высокой степени очистки от серы.

Наиболее эффективна селективная очистка, при которой применяют растворители, действующие избирательно (селективно) на примеси, подлежащие удалению. В результате очистки масла приобретают нужные свойства, например стабильность против окислительного действия кислорода воздуха. Однако применение самых совершенных способов очистки не позволяет получить масла, полностью отвечающие разнообразным требованиям эксплуатации. Поэтому для получения тех или иных свойств к маслам добавляют различные химические вещества — присадки, улучшающие одно или несколько их свойств.

Выбирая определенный сорт масла, следует учесть индивидуальные особенности рассматриваемой машины. В зависисмости от условий и характера работы машины для их смазки употребляют масла различной вязкости, температуры вспышки и степени очистки. Для машин с большими давлениями и небольшой скоростью следует применять более вязкие масла, и наоборот, чем меньше давление и больше скорость, тем менее вязкими должны быть масла.

Для улучшения свойств масел необходимо проведение их деасфальтизации и депарафинизации, являющихся сложными и дорогими процессами.

Сроки замены масел. Первая замена масел проводится после пусконаладочных работ и проведения эксплуатационных испытаний (12-15 суток работы), последующие замена масел определяются режимом работы машины и системой смазки. При этом считается допустим: вязкости на 25-30%; кислотности при циркуляционной смазке до 3,5мг, КОН на 1 г масла и прикартерной смазке до 7мг на 1г масла; количество твердых частиц не более 0,2% и содержания воды не более 2,5%. При отсутствии фильтров в системе смазки масла фильтруют через 1000-1500 часов работы. При картерной смазке без циркуляции замену масла производят через 1000-1200 часов работы.6.3. Свойства смазочных материалов