Влияние смазочных материалов на долговечность элементов машин

Противоизносные свойства смазочных масел оценивают по показателю износа  и критической нагрузке ,

Противозадирные — по нагрузке сваривания , показателю износа и индексу задира. Для определения этих показателей проводят испытания масел на четырехшариковой машине.

 Критической считают нагрузку, при которой средний диаметр пятен износа нижних шариков соответствует предельному износу, установленному для данной нагрузки, и увеличение которой на величину последующей нагрузки (в ряду нагрузок) вызывает увеличение среднего диаметра пятен износа более чем на 0,1 мм.

Нагрузкой сваривания называют наименьшую нагрузку, при которой произошла автоматическая остановка машины при достижении момента трения, равного 12 кН м, или сваривание шариков.

 Индекс задира это безразмерная величина, вычисленная по результатам измерения износа шариков от начальной нагрузки сваривания.

Показателем износа считают среднее арифметическое значение диаметров пятен износа нижних шариков по результатам двух параллельных испытаний.

Показателями вязкостных свойств масел являются динамическая и кинематическая вязкость, а также индекс вязкости.

 

Эксплуатационные  свойства масел

Свойства	Условия применения
Противозадирные	При высоких нагрузках и температурах: трансмиссия грузового автомобиля, двигатели внутреннего сгорания (ДВС), гидродинамические передачи
Противоизносные	В механизмах, срок службы которых определяется величиной износа рабочих поверхностей: ДВС, элементы трансмиссии
Приработочные	В период обкатки новых  механизмов
Антифрикционные	В механизмах с низким КПД, червячных  передачах и др.
Вязкостные	При больших перепадах  температур
Сжимаемость	В гидравлических системах
Застывание	При низких температурах
Низкая вспениваемость	Для любых механизмов и систем
Эмульгируемость (Низкая)	Повышенная влажность
Противокоррозионные	Влажная или агрессивная среда
Стабильность противокисления и старения	Для любых механизмов и систем
Липкость и нерасте- каемость	В открытых сопряжениях
Отсутствие воздействия на неметаллические материалы	В гидросистемах, ДВС
Нетоксичность	Для любых механизмов и систем

 

Плотность смазочного материала определяется как масса единицы его объема. В системе СИ кинематическую вязкость измеряют в квадратных метрах на секунду. Обычно свойства смазочного материала характеризуют кинематической вязкостью при температурах 50 и 100 ⁰С. Простых экспериментальных методов определения динамической или кинематической вязкости не существует. Для оценки этих величин измеряют условную вязкость, которую затем переводят в абсолютные единицы вязкости.

Условную вязкость (ВУ) измеряют с помощью вискозиметра. Принцип его действия основан на регистрации времени истечения установленного объема масла через калиброванное отверстие диаметром 2...3 мм, при заданной температуре и дистиллированной воды при температуре 20 °С.

Для оценки склонности масла к изменению  вязкостных свойств при изменении температуры применяют показатель, называемый индексом вязкост . Он дает возможность оценить вязкостно-температурные свойства определенного сорта масла в сравнении с эталонными маслами. В качестве эталонных приняты лучшие рафинированные масла, которым присвоен индекс вязкости  =100, и худшие масла из богатой нафтенами нефти, для которых принято 0. Значения вязкости масел при температурах 38 °С наносят на график (рис. 2 ).

 

Рис. 5.4. График для определения  индекса вязкости масел

 

 

 

 

        Чем выше значение ИВ, тем меньше изменяется вязкость масла при изменении температуры, а следовательно, тем лучше его вязкостные свойства. Высокий индекс вязкости имеют хорошо очищенные масла. Для современных масел ИВ = 120... 150.

Повышение значения ИВ и обеспечение  эксплуатационных свойств масел  достигаются применением различных  присадок. Для масел со специальными присадками и синтетических масел  ИВ = 250. В связи с этим возникает  необходимость экстраполяции при  определении индекса вязкости, превышающего эталонный.

При изменении температуры объем  смазочного материала также меняется.

Показателем свойств смазочных  материалов является также удельная теплоемкость- количество теплоты, необходимое телу (системе) для повышения температуры единицы массы на 1 К. Для минеральных масел при температуре до 100 °С удельная теплоемкость с = 2,05...2,1 кДж/(кг- К).

Способность смазочных материалов проводить теплоту характеризуется теплопроводностью, равной отношению удельного теплового потока к абсолютному значению температурного градиента:

Температурными показателями эксплуатационных характеристик масел являются также температура вспышки, температура воспламенения и температура застывания масла.

Температурой  вспышки масла называют минимальную температуру, при которой пары нагретого масла образуют с окружающим воздухом смесь, вспыхивающую при контакте с открытым пламенем. Этот показатель характеризует наличие в масле легких углеводородов. Низкая температура вспышки свидетельствует о повышенной огнеопасности масла и указывает на присутствие в нем примесей, главным образом топлива.

Температура воспламенения это температура, при которой масло загорается при поднесении к нему пламени и горит не менее 5 с.

Температурой  застывания масла считают температуру, при кот\ орой масло теряет свою подвижность и переходит из жидкотекучего состояния в пластичное. Этот параметр является одним из важнейших показателей эксплуатационных свойств масел, поскольку определяет условия их применения.

Сжимаемость — способность смазочного материала к уменьшению объема под нагрузкой — характеризуется коэффициентом сжимаемости.      Свойство сжимаемости особенно важно для масел, используемых в качестве рабочих жидкостей гидравлических систем дорожных машин.

Вспениваемость — способность масла к поглощению воздуха с пенообразованием. Это эксплуатационное свойство оказывает существенное влияние на окислительные процессы при трении и изнашивании. Оно особенно важно для тех масел, которые используют в механизмах, работающих в условиях повышенной температуры.

Эмульгируемость — способность масла к поглощению воды. Оно оказывает влияние на интенсивность коррозионных процессов, сопровождающих трение и изнашивание. Для механизмов, работающих в условиях повышенной влажности, подбирают масла с низкой эмульгируемостью. Вспениваемость и эмульгируемость масел оценивают в баллах на стадиях их разработки и производства экспертными методами по пятибалльной шкале.

Противокоррозионные свойства характеризуют способность жидких и пластичных смазочных материалов оказывать влияние на процессы коррозионного разрушения металлических деталей. При разработке и производстве смазочных материалов их противокоррозионные свойства обычно оценивают в баллах по результатам сравнительных испытаний. Косвенно эти свойства характеризуются щелочным и кислотным числами.

Кислотное число выражается в миллиграммах едкого кали КОН, требующегося для нейтрализации 1 г масла. По кислотному числу можно судить о массе органических кислот, содержащихся в масле.

Щелочное число масла свидетельствует о наличии в нем присадок. В качестве общего щелочного числа принимают массу едкого кали, миллиграммы, эквивалентную массе соляной кислоты, израсходованной на нейтрализацию всех основных соединений, содержащихся в 1 г анализируемого масла.

Зольность — показатель, характеризующий содержание в масле солей органических и минеральных кислот. Этот показатель для масел с присадками выражает массу присадки, а для масел без присадок — массу несгораемых примесей.

Липкость и нерастекаемость характеризуют способность мат сел образовывать на твердых поверхностях прочную пленку, не разрушающуюся при повышении давления, скорости и температуры. Простых и достаточно надежных методов оценки этого показателя для масел пока не существует. Косвенной оценкой липкости масел является поверхностное натяжение.

С увеличением числа деталей, выполненных  из полимерных материалов, все большее  значение приобретает свойство масел, определяющее отсутствие их воздействия  на неметаллические материалы. Масла с высоким содержанием ароматических углеводородов легко вступают в химическое взаимодействие с полимерными материалами и вызывают интенсивное разрушение деталей, поэтому при подборе смазочных материалов необходимо учитывать их углеводородный состав.

Нетоксичность — отсутствие отрицательного воздействия смазочного материала или продуктов его окисления на организм человека. Это свойство важно для всех смазочных материалов, его учитывают при разработке масел и пластичных смазочных материалов (ПСМ).

В состав ПСМ входит загуститель, образующий своего рода каркас, в котором удерживается базовое (минеральное или синтетическое) масло. К основным свойствам ПСМ относят вязкость, водостойкость, температуру каплепадения, коллоидную, механическую и химическую стабильность, предел прочности на сдвиг, консистенцию, испаряемость, коррозионность, термоупрочнение.

Вязкость пластичных смазочных материалов в отличие от вязкости масел зависит от скорости деформирования и характеризуется прокачиваемостью по трубопроводам. Этот параметр измеряют на капиллярных вискозиметрах.

Водостойкость характеризует способность смазочных материалов не растворяться и минимально изменять свои свойства при попадании в них воды.

Температура каплепадения условно отражает среднюю температуру, при которой плавятся ПСМ. Чтобы смазочный материал не вытекал из узла трения, температура его плавления должна превышать температуру поверхностей трения на 15... 20 "С. Температура каплепадения ПСМ зависит от использованного в нем загустителя. В зависимости от температуры каплепадения различают пластичные смазочные материалы:

• низкоплавкие (УН), в которых загустителем служат твердые углеводороды; температура  каплепадения до 65 °С;

• среднеплавкие (УС); загуститель — кальциевые мыла; температура каплепадения до 100 °С;
• тугоплавкие (УТ); загуститель — натриевые и литиевые мыла; температура каплепадения выше 100 °С.

Коллоидная стабильность отражает способность ПСМ сопротивляться выделению из них масла при хранении.

Механическая  стабильность характеризует способность пластичного смазочного материала сохранять заданные свойства после интенсивного деформирования.

Химическая стабильность характеризует способность ПСМ противостоять окислительному воздействию воздуха при повышенной температуре.

Предел прочности  на сдвиг отражает способность пластичных смазочных материалов удерживаться на поверхности деталей при наличии инерционных сил. Он определяется минимальным напряжением, при котором происходит разрушение структурного каркаса загустителя.

Консистенция — свойство пластичных смазочных материалов оказывать сопротивление деформации при внешнем воздействии.

Испаряемость характеризует процесс испарения минерального или синтетического масла, входящего в состав ПСМ.

Коррозионность характеризует способность компонентов смазочного материала активизировать процессы коррозионного разрушения металлических поверхностей. Оценивается так же, как у масел.

Термоупрочнение характеризует увеличение предела прочности на сдвиг ПСМ после его термообработки.

Пластичные смазочные материалы  на 80 ...90 % состоят из минеральных или синтетических масел, поэтому их эксплуатационные и физико-химические свойства в значительной степени определяются свойствами базовых масел. Противозадирные, проти- воизносные, окислительные и прочие свойства, определяющие качество масел, имеют столь же важное значение и для пластичных смазочных материалов.

3. Предъявляемые  требования

Требования, которым должны удовлетворять  смазочные материалы и рабочие жидкости, определяются их назначением и условиями использования. Так, по эксплуатационным свойствам некоторые масла должны отличаться от традиционных. Моторные масла, применяемые в летнее время, по вязкостно-температур- ным свойствам отличаются от масел, рекомендуемых для использования зимой.

В связи с этим требования, предъявляемые  к смазочным материалам, целесообразно рассматривать применительно к жидким и пластичным смазочным материалам определенных типов.

Моторные масла. Условия работы современных двигателей внутреннего сгорания дорожных и строительных машин связаны с высокими динамическими нагрузками и значительным повышением температуры в процессе работы. Моторные масла должны не только снижать трение и износ деталей, но и способствовать поддержанию теплового баланса двигателя на необходимом уровне.