лекция. Лекция 5 Тема Основные сведения о трении и смазке. Условия работы авиационных смазочных материалов. Общие требования к маслам
 Скачать 137.17 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ №5 Тема: Основные сведения о трении и смазке. Условия работы авиационных смазочных материалов. Общие требования к маслам Цель лекции: Изучить основные сведения о трении и смазки, а также их общие требования к маслам. Вопросы лекции 1. Основные сведения о трении и смазке. 2. Условия работы авиационных смазочных материалов 3. Общие требования к маслам Краткое содержание лекции. Основные сведения о трении и смазке. Работа двигателя сопровождается трением контактирующих и перемещающихся друг относительно друга поверхностей. Часть мощности, развиваемой двигателем, затрачивается на преодоление сил трения. Для уменьшения влияния этих сил, под действием которых происходит износ трущихся деталей, а также тепловыделение, применяют смазку поверхностей смазочными материалами различного типа. В зависимости от наличия и количества смазочного материала между трущимися поверхностями различают следующие виды трения: а) жидкостное трение – трение между слоями и молекулами масла; б) граничное трение – трение при наличии граничной пленки. В этом случае все деформации, связанные с относительным перемещением поверхностей, происходит во внутреннем объеме пленки или на границе ее контакта с поверхностями и не затрагивают трущиеся поверхности. Пленки, образующиеся на поверхности твердого тела за счет межмолекулярных физических сил, называются адсорбированными, за счет химического взаимодействия – хемосорбированными. Смазочные материалы подбирают так, чтобы они одновременно обеспечивали создание как адсорбированных, так и хемосорбированных пленок. Если молекула смазочного материала подходит достаточно близко к молекуле металла, между ними возникают силы взаимного притяжения (Ван-дер-ваальсовы силы). Адсорбционная способность зависит не только от свойств смазочного материала, но и от свойств твердой поверхности, которую он покрывает. Способность смазочного материала образовывать на смазываемых поверхностях адсорбированные слои молекул, обладающие высокой устойчивостью к нормальным силам сдвига, определяет его смазывающие свойства. Адсорбированная на твердой поверхности пленка не только механически разделяет трущиеся поверхности, но и участвует в химическом взаимодействии с этими поверхностями. Она является «поставщиком» химических веществ, вступающих в реакцию с твердой поверхностью и образующих химически связанные с ней хемосорбированные граничные пленки. Большое влияние на граничное трение оказывают окислительные процессы, так как продукты окисления углеводородных масел и поверхностных слоев металлов существенно изменяют интенсивность износа и величину коэффициента трения. Окисные слои играют важнейшую защитную роль, предотвращая интенсивное схватывание металлов. Однако при легких режимах трения интенсивное протекание процессов окисления ведет к усилению износа. Износ деталей может быть предотвращен защитными слоями химических соединений (сульфидов, хлоридов, фосфидов, оксидов), для чего в масла вводят различные присадки, содержащие в своем составе серу, хлор, фосфор, жирные кислоты и др. в) сухое трение – трение, возникающее при разрыве граничной пленки. Характеристика основных видов трения При движении одного тела по поверхности другого возникает сила трения. Трение подразделяется на статистическое (трение покоя) и трение движения. В свою очередь трение движения подразделяется на: трение скольжения (первого рода), которое имеет место при контакте трущихся поверхностей по определенной площадке; трение качения, возникающее при соприкосновении трущихся поверхностей по линии или в одной точке (трение второго рода). Трение скольжения подразделяется на 4 вида: сухое трение, граничное трение, полужидкостное и жидкостное. Для оценки потерь мощности на трение используют коэффициент трения f, представляющий собой отношение силы трения F к нагрузке N: f=F/N Сухое трение подчиняется закону Амонтона, который гласит, что коэффициент трения не зависит от площади контакта трущихся поверхностей. Это означает, что при одной и той же нагрузке N, силы трения и маленького и большого кубиков, скользящих по одной и той же поверхности одинаковы В результате коэффициент трения не зависит от нагрузки и, если N1 = N2, то F1 = F2. Граничное трение возникает при наличии тончайшего слоя масла (пленки). При граничной смазке на выступающих участках поверхности материал пленки полностью вытесняется и возникает контакт металл-металл. Граничная смазка возникает при высоких нагрузках, а также в начальный период работы механизма и требует применения противоизносных и противозадирных присадок.  Соотношение между нагрузкой и силой трения Жидкостным называется такое трение, при котором трущиеся поверхности отделены друг от друга слоем смазочного материала. В этом случае трение происходит между слоями масла и определяется, в основном, его вязкостью. Жидкостный режим смазки является наиболее приемлемым для трущихся деталей, так как он обеспечивает малые потери мощности на трение и малый износ деталей. Коэффициент жидкостного трения лежит в пределах 0,01…0,001. Теория жидкостного трения разработана русским ученым профессором Н.П. Петровым, опубликовавшим в 1883 г. свой труд «Трение в машинах и влияние на него смазывающей жидкости». Основываясь на законе Ньютона для трения в жидкости и результатах многочисленных опытов, он математически выразил закон жидкостного трения и предложил для практического использования следующую упрощенную формулу F  , hгде F – сила жидкостного трения; -  динамическая (абсолютная) вязкость масла;V - линейная скорость перемещения трущихся поверхностей; S – площадь соприкосновения трущихся тел; h – толщина масляного слоя. Д  инамическая вязкость - это сила сопротивления движению двух слоев жидкости площадью 1м2 с градиентом скорости 1м/с и находящихся на расстоянии 1м друг от друга. Она измеряется в системе СИ в Паскаль-секундах; в системе измерений CGS единицей динамической вязкости является Пуаз, (1Пз = 0,1Па·с). На практике используют сотые доли Пуаза - сантиПуаз. Например, вязкость воды при 200С равна 1 сантиПуазу.К инематическая вязкость  – это отношение динамической вязкости к плотности масла и выражается в системе СИ в м2/с. В системе измерений CGS единицей кинематической вязкости является Стокс, 1Ст = 10-4 м2/с. На практике применяют сотые доли Стокса – сантиСтокс (1сСт = 1мм2/с = 10- 6 м2/с).П  ри использовании кинематической вязкости формула Петрова примет видF  S . h Из формулы следует: п ри жидкостном трении сила трения и, соответственно, потери мощности тем больше, чем больше вязкость масла , скорость вращения вала V и площадь соприкосновения пар трения;надежность жидкостной смазки (наличие гарантированного слоя толщиной h) возрастает с увеличением скорости скольжения, вязкости масла и уменьшением нагрузки на подшипник; чем выше скорость скольжения, тем менее вязкое масло должно применяться в узлах трения и наоборот; чем больше зазоры между деталями, тем выше должна быть вязкость масла; чем выше нагрузка на трущиеся детали, тем более вязкое масло следует применять для смазки узлов. Условия работы авиационных смазочных материалов. В зависимости от исходного сырья, использованного для получения масла, моторные масла делят на нефтяные (полученные перегонкой нефти) и синтетические, получаемые химическими методами. Нефтяные (минеральные) масла представляют собой тяжелые вязкие нефтяные фракции с температурой кипения свыше 3400С, содержащие 20-70 атомов углерода. Они делятся на три вида: дистиллятные – получаемые путем очистки отдельных дистиллятов, отделяемых при перегонке мазута; остаточные – получаемые путем очистки остатков, получающихся при переработке гудрона; смешанные – состоящие из смеси дистиллятных масел с остаточными. Некоторые важнейшие свойства нефтяных масел зависят от их группового состава, определяющегося происхождением нефти и технологией переработки нефтепродуктов. Поэтому нефтяные масла одинаковой вязкости, но различного происхождения обладают неодинаковыми свойствами и для их выравнивания необходимо введение различных количеств и типов присадок. При работе в двигателе масло подвергается воздействию высоких температур и давлений в присутствии кислорода воздуха, воды и инородных примесей. В этих неблагоприятных условиях масло должно сохранять в течение максимально возможного периода времени свои полезные свойства. Требования обеспечения запуска двигателя при низких температурах окружающей среды и минимального отрицательного влияния масла на детали двигателя расширяют и углубляют объем требований, предъявляемых к этим маслам. Общие требования к маслам. - возможно меньшая вязкость; - резкое возрастание вязкости с повышением давления; - пологая ВТХ; - низкая температура застывания; - хорошая смазывающая способность и высокая нагрузочная прочность пленки; - отсутствие нестабильных составных частей, выделяющихся в виде отложений в двигателе; - коррозионная устойчивость; - высокая температура вспышки и низкая огенопасность; - физическая однородность. Смазочные материалы предназначены для уменьшения интенсивности изнашивания и сил сопротивления в узлах трения, а также для обеспечения нормального функционирования систем, содержащих смазки. Используемые в народном хозяйстве смазочные материалы делят на два вида: - смазочные масла — при положительной температуре жидкости; - пластичные (консистентные) смазки — при положительной температуре мазеобразные вещества. В зависимости от вида сырья и способа его переработки смазочные материалы могут быть: минеральные, органические и синтетические. Основную массу (более 90%) минеральных масел получают при переработке нефти (нефтяные масла), которые могут быть дистиллятными, остаточными и смешанными. В небольших количествах минеральные масла получают при переработке смол каменного угля, сланца, торфа (смоляные масла). Минеральные (нефтяные) масла в зависимости от их назначения и условий работы делят на следующие группы: моторные, трансмиссионные, индустриальные, приборные, компрессорные, цилиндровые, турбинные, электроизоляционные, гидравлические и вакуумные. Органические смазочные материалы бывают растительные и животные. Растительные масла получают при переработке семян растений. Из большого числа получаемых растительных масел в технике применяются касторовое, горчичное и сурепное. Из животных масел, получаемых при переработке животных жиров, используют технический рыбий жир, костное и спермацетовое масла. Как правило, органические масла имеют лучшие смазочные свойства, чем нефтяные, но плохую термическую стабильность, что затрудняет их применение. Растительные масла чаще всего используют в смеси с нефтяными для улучшения смазочных свойств последних, в этом случае получают компаундированные (смешанные) масла. Бурное развитие химической промышленности, наблюдаемое в последние пятилетие, позволяет получать синтетические масла заданных эксплуатационных свойств и они находят все большее применение на автомобильном транспорте, вытесняя органические и нефтяные. В современных транспортных средствах к механическим нагрузкам прибавилась тепловая напряженность узлов трения, вызванная не только их естественным нагревом, но и высокой температурой используемого в них рабочего тела. И если температура пара даже в самых совершенных паровых машинах достигала на входе в цилиндр максимум 230—280 °С, то температура газов в двигателях внутреннего сгорания оказалась значительно выше (2100—2400 °С). Кроме того, непрерывно возрастала и механическая напряженность таких узлов, как механизм газораспределения, коренные и шатунные подшипники. Поэтому к основному назначению смазочных материалов уменьшать трение добавилось еще одно — быть средой для охлаждения, т. е. отвода тепла из узла трения. Классифицируют смазочные материалы так же, как и топлива: по агрегатному состоянию, по роду исходного сырья, способу получения и по целевому назначению. По агрегатному состоянию смазочные материалы различают: жидкие, называемые маслами; пластичные, называемые смазками, и твердые или сухие. По роду исходного сырья: нефтяные (минеральные), животные, растительные и синтетические. В свою очередь, нефтяные масла делят на дистиллятные и остаточные. Перечень масел по целевому назначению очень обширен. В стандартных и технических условиях по этому признаку различают масла: - моторные (для различных двигателей внутреннего сгорания); - трансмиссионные и осевые, индустриальные, турбинные, компрессорные, электроизоляционные, приборные и технологические. Смазочные материалы, применяемые для автомобилей, делятся на: моторные масла; трансмиссионные смазочные материалы; пластичные смазки для использования в негерметизированных узлах трения (например, шкворнях, пальцах и листах рессор, подшипниках ступиц колес и т.п.); масла для гидравлических систем приводов дополнительных специальных устройств, расширяющих функциональное использование базового автомобиля (автомобили-самосвалы, автомобили коммунального назначения и т.п.). Для специалистов в области двигателестроения особый интерес представляют моторные масла. Моторные маслав зависимости от типа двигателей разделяются на масла для карбюраторных двигателей и дизелей. Эта классификация и маркировка моторных масел (ГОСТ 17479-85) российского производства распространяется на моторные масла, предназначенные для всех поршневых двигателей (кроме авиационных). Современные, особенно перспективные, транспортные средства очень требовательны к качеству применяемых смазочных материалов. Проблема борьбы с трением и износом различных деталей машин и механизмов - одна из наиболее важных задач современной техники. От успешного изучения и решения этой проблемы зависят надежность, эффективность и долговечность работы автомобилей, дорожных, строительных и других машин. Современный двигатель внутреннего сгорания представляет собой сложный механизм, работоспособность которого зависит от четкого функционирования его различных систем и, в первую очередь, системы смазки. Рабочим телом системы смазки является моторное масло. Основное назначение системы смазки – своевременный подвод чистого и, при необходимости, охлажденного моторного масла к трущимся деталям двигателя для уменьшения трения и износа этих деталей за счет создания на их поверхностях прочной масляной пленки. Вопросы для самоконтроля. 1. Чем отличается сухое трение от граничного трение? 2. Расскажите полную работу жидкостного трения в различных узлах? 3. Какие требования ставиться к маслам? Рекомендуемая литература: 1. Конспект лекций. 2. Кайзер Ю.Ф., Подвезный В.Н., Желукевич Р.Б., Лысянников А.В. «Мобильные средства заправки воздушных судов авиационными горюче-смазочными материалами». Москва: ИНФРА – М, 346с. 2019г 3. Козлов А.Н., Тимошенко А.Н. «Технологическиепроцесс авиатопливообеспечения». Москва: МГТУ ГА – 60с. 2012г 4. Молдабеков А.К. «Авиационные горюче-смазочные материалы». Алматы: АГА – 69с. 2015г 5. Молдабеков А.К. «Автоматизация и механизация технологических процессов топливообеспечения». Алматы: АГА – 69с. 2015г 6. Молдабеков А.К. «Технические средства и технологические процессы топливообеспечения» .Алматы: АГА – 197с. 2015г 7. Желукевич Р.Б. «Машины и агрегаты для заправки авиаГСМ и обслуживания воздушных судов». Москва: ИНФРА – М, 346с. 2021г |