Тема 6. Сведения о трении, износе и видах смазочных материалов

6.1 Назначение смазочных материалов и виды трения

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.

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.

6.2 Виды изнашивания поверхностей деталей

Изнашивание (износ) - это процесс, взаимосвязанный с трением, который происходит в результате целого ряда различных явлений, возникающих при перемещении сопряженных трущихся поверхностей. Принято различать следующие виды изнашивания: механическое (абразивное), молекулярно- механическое и коррозионно-механическое.

Механическим называют изнашивание, образующееся при сопряжении рабочей поверхности с достаточно твердыми телами, которые могут царапать ее или резать.

Молекулярно- механическое изнашивание характеризуется вырыванием частиц рабочих поверхностей в результате их налипания и наволакивания, а также переносом металла с поверхности одного сопряженного тела на поверхность и в приповерхностный слой другого.

Коррозионно-механический износ наблюдается, когда трущиеся поверхности находятся в агрессивной среде, которая химически действует на них, в результате чего наряду с механическим происходит коррозионный износ. При этом продукты химического взаимодействия (оксиды) отделяются при трении или смываются смазочным маслом.

При эксплуатации автомобилей и других самоходных машин изнашивание деталей носит более сложный, комплексный характер, Например, изнашивание гильз цилиндров двигателя и поршневых колец происходит под действием абразива (дорожная или почвенная пыль), продуктов сгорания топлива, образующих агрессивную среду (серная кислота и т.п.), а также высокой температуры, давления и кислорода воздуха. Для этой группы деталей сочетаются закономерности всех трех видов износа.

Изучая характер изнашивания трущихся поверхностей, следует учитывать попадание в смазочное вещество влаги, пыли, продуктов изнашивания, органических кислот и другие явления.

6.3 Виды смазочных материалов и предъявляемые к ним требования

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).