Учебное пособие. Тортбаева Д Уч пособие. Учебное пособие для студентов специальностей 5В071300 Транспорт, транспортная техника и технологии
 Скачать 4.3 Mb.
|
|
Глава 6. Пластичные смазки 6.1 Назначение и области применения консистентных смазок Наряду с жидкими маслами при эксплуатации и хранении автомобилей находят применение еще мазеобразные смазочные материалы, называемые консистентными смазкам или просто смазками. Основная их особенность состоит в том, что они совмещают в себе механические свойства твердых и жидких тел. Действительно, под действием небольших внешних усилий (например, собственной массы) они ведут себя аналогично твердым телам. Если же приложенная к ним нагрузка превосходит определенное критическое значение, то они приобретают способность неограниченно, необратимо деформироваться без нарушения своей сплошности, т. е. внешне становятся сходными с жидкостями. На основании указанных признаков можно заключить, что консистентные смазки представляют собой разновидность пластичных материалов и поэтому они названы пластичными. Основные функции, выполняемые смазками, те же, что и для жидких масел — уменьшение износа деталей, снижение коэффициента трения и защита металлов от коррозии.Если преобладающее значение имеют две первые функции или даже какая-нибудь одна из них, то смазку принято называть антифрикционной. Тем же смазкам, которые готовятся преимущественно для предохранения металлических изделий от коррозии (при хранении, транспортировании и т. д.), присваивают наименование защитных. В технике находит применение и третья группа смазок — уплотнительных, основной функцией которых является уплотнение зазоров между деталями. Впервые антифрикционные смазки начали применять в трудно-герметизируемых узлах, в которых, с одной стороны, трудно удержать от вытекания жидкие масла, а с другой — в них легко проникают извне вода, пыль, песок и другие коррозионно- и абразивно действующие агенты. В качестве примера таких узлов, используемых на автомобилях, можно назвать подшипники колес, шарниры различного рода приводов и т. д. Смазка, введенная в перечисленные узлы, как пластичный материал не сползает и при правильном подборе не сбрасывается под действием инерционных сил с деталей и тем более самопроизвольно не вытекает из механизма. В результате узел на длительное время оказывается обеспеченным смазкой, а достаточно толстый слой ее, надежно удерживающийся на деталях, является довольно серьезным препятствием на пути к трущимся поверхностям для влаги и грязи. На основании ряда исследований установлено, что сами по себе консистентные смазки могут очень длительно работать без заметного снижения работоспособности. Замена их в машинах обычно вызывается либо излишним обводнением, либо чрезмерным засорением попадающими извне песком, пылью и другими примесями. Учитывая это обстоятельство, смазки стали заправлять и в хорошо герметизированные узлы. При этом удается создавать агрегаты и целые автомобили, совсем не требующие смены и пополнения смазки до капитального ремонта или нуждающиеся в проведении этих операций после значительного пробега (20000—30000 км). 6.2 Требования к качеству смазок Смазки могут выполнить возлагаемые на них функции только при условии, что качество их будет удовлетворять ряду эксплуатационных требований. Важнейшие из этих требований, если их сформулировать в самом общем виде, следующие: смазки должны быть однородными и в необходимой степени стабильными, обладать определенными механическими свойствами, оказывать минимальное коррозионное воздействие на металлы и не должны содержать воды и механических примесей. Первое из перечисленных требований очевидно. Так как любая смазка содержит в своем составе твердый и жидкий компоненты, то поэтому первый из них должен быть равномерно распределен во втором, иначе свойства ее будут в разных местах данного объема неодинаковыми. При осмотре смазки невооруженным глазом не должны обнаруживаться такие признаки неоднородности, как капли масла, комки загустителя и, конечно, видимые глазом посторонние твердые включения. Смазки не должны вызывать коррозии соприкасающихся с ними металлических деталей, поэтому в составе смазок не допускается наличие минеральных и свободных органических кислот.Что касается щелочей, то в некоторые сорта смазок их сознательно вводят в небольших количествах (десятые доли процента в пересчете на NaOH) с целью нейтрализации кислых продуктов, возникающих вследствие окисления отдельных компонентов смазок во время их хранения и особенно в процессе применения. В смазках, как и в топливах, а также в маслах не должно быть механических примесей и воды. Исключением являются кальциевые смазки. Во-первых, в них разрешается содержание десятых долей процента механических примесей, вносимых в варочный котел вместе с известью — основным компонентом, использующимся при изготовлении такого типа смазок. Однако в числе примесей не допускаются песок и другие абразивно действующие частицы. Во-вторых, в них обязательно присутствие воды, десятые доли процента которой участвуют вместе с загустителем в образовании структурного каркаса. В связи с последним обстоятельством нельзя допускать плавления солидола и тем более полного испарения из него воды, так как после охлаждения расплава получается система из масла и кальциевого мыла, непохожая на смазку и непригодная для дальнейшего использования. Практически в свежих кальциевых смазках в связи со спецификой их производства содержание воды может достигать 3%. Оба компонента кальциевых смазок (масло и загуститель — кальциевое мыло) нерастворимы в воде, поэтому все указанное количество воды, кроме десятых долей процента, участвующих в образовании структуры, распределено в виде мельчайших капелек в объеме смазки, т. е. представляет собой механическую примесь, не снижающую работоспособности и, как известно из практики, не усиливающую коррозионных свойств смазок. В натриевых и натриево-кальциевых смазках вода также выполняет роль стабилизатора структуры. Но основной загуститель в тех и других — натриевое мыло — хорошо растворим в воде, поэтому в составе их оставляют минимальное количество воды (десятые доли процента), способное стабилизировать структуру и, как показывает опыт, прочно удерживающееся в ней даже при температурах выше 100°С. 6.3 Стабильность смазок Смазки могут частично или полностью потерять свою работоспособность от воздействия ряда факторов и, в первую очередь, от чрезмерного повышения температуры и от уменьшения содержания масла либо вследствие его испарения, либо вследствие самопроизвольного выделения из микрополостей структуры. Температура каплепадения смазок. Консистентная смазка в условиях хранения и применения должна представлять собой пластичный материал. Одной из причин превращения ее в жидкое состояние является чрезмерно сильное нагревание. Поэтому важнейшим показателем качества любой смазки является та температура, при которой под действием теплового движения достигается настолько большая степень разрушения кристаллического каркаса, образованного загустителем, что смазка становится текучей. Переход из пластичного состояния в жидкое для некоторых смазок условно выражают температурой каплепадения, т. е. температурой, при которой из стандартного прибора в процессе нагревания падает первая капля смазки. По температуре каплепадения, которая в основном зависит от вида загустителя и в меньшей степени от его концентрации, принято подразделять смазки на низкоплавкие, среднеплавкие и тугоплавкие. Чтобы не возникла опасность вытекания смазок из узла, они должны применяться при температурах более низких, чем температура каплепадения. Самая высокая температура, до которой допустимо нагревание смазки во время работы, должна быть ниже температуры каплепадения по крайней мере на 10° С для низкоплавких и на 15° С для средне- и тугоплавких. Очень важной особенностью смазок является способность их сильно изменять свои свойства в процессе производимого на них механического воздействия и частично, а иногда и полностью восстанавливать утраченные свойства после прекращения воздействия. Снижение работоспособности, и увеличение коррозионной активности смазок может произойти вследствие химических превращений, в первую очередь, окисления кислородом воздуха загустителя и масла. Поэтому для механизмов, работающих при высоких температурах (обычно выше 100° С) и в химически агрессивных средах, подбирают смазки с необходимой химической стабильностью, оценку которой производят по специально разработанным методикам. 6.4 Механические свойства смазок Оценка механических свойств смазок связана с рядом трудностей, из которых к числу наиболее серьезных относятся большая чувствительность структуры, образованной загустителем, к воздействию внешних факторов и неизбежность нормирования и измерения для каждого сорта смазки параметров, принятых для характеристики как твердых тел, так и жидкостей. По этой причине механические свойства некоторых смазок до сих пор продолжают характеризовать устаревшим несовершенным показателем — пенетрацией. Пенетрация смазок. Пенетрацией называется условный показатель механических свойств смазок, численно равный выраженной в десятых долях миллиметра глубине погружения конуса стандартного прибора за время 5 с. Недостаточность пенетрации как показателя механических свойств смазок состоит в том, что по ней нельзя оценить работоспособность смазок, а контролировать единообразие выпускаемой продукции. Назначение и принцип работы пластовискозиметра. Научно обоснованные показатели механических свойств смазок как пластичных материалов принято определять при деформировании на сдвиг. Представление о двух из них — пределе прочности и эффективной вязкости — можно получить из рассмотрения принципа работы пластовискозиметра и результатов испытания на нем смазки.  Рис.36. Принципиальная схема ротационного пластовискозиметра Пластовискозиметр — прибор для определения показателей механических свойств пластичных материалов. Одна из разновидностей его — ротационный пластовискозиметр — состоит из двух соосно расположенных цилиндров (рис. 36), в кольцевой зазор между боковыми поверхностями которых вводится и в течение всего опыта сохраняется испытуемый материал. Наружный цилиндр 1 жестко связан с приводом, от которого ему сообщается равномерное вращение с различными скоростями. Внутренний цилиндр 2покоится на опоре, позволяющей ему практически без трения поворачиваться вокруг своей оси Если кольцевой зазор ничем не заполнен, то при вращении наружного цилиндра с любой скоростью внутренний остается в покое. При введении в зазор того или иного вещества (газа, жидкости или пластичного тела) вращение от наружного цилиндра передается к этому веществу, которое двигается с разными скоростями, убывающими по толщине зазора в направлении к внутреннему цилиндру. Из-за разности скоростей в смежных слоях испытуемого вещества будет иметь место непрерывный сдвиг этих слоев друг относительно друга или, как говорят, в зазоре возникает деформация сдвига, вслед за которой немедленно появляется сила, стремящаяся повернуть внутренний цилиндр. Эта сила измеряется динамометром, подключенным по касательной к наружной поверхности внутреннего цилиндра, т. е. на радиусе R1 в направлении, перпендикулярном к плоскости чертежа (точка А на рис. 36). Фиксируемая динамометром сила зависит от свойств испытуемого материала, скорости вращения наружного цилиндра и от размеров прибора. Чтобы получить характеристику испытуемого материала, надо при обработке опытных данных исключить влияние на них геометрических размеров пластовискозиметра. Это достигается тем, что измерения, полученные непосредственно из опыта, пересчитывают в следующие показатели: напряжение сдвига , равное силе, с которой испытуемый материал действует на единицу рабочей поверхности внутреннего цилиндра, т. е.  где Р — сила, измеренная вышеупомянутым способом на радиусе R1, L — длина рабочей части цилиндра; скорость деформации сдвига D численно равную (приближенно) отношению линейной скорости внутренней поверхности наружного цилиндра к ширине зазора, т. е.  где — угловая скорость наружного цилиндра; деформацию сдвига (точнее, относительную деформацию сдвига), v, равную, очевидно, произведению скорости деформации сдвига на время, т. е. v=Dt. Условия деформирования на сдвиг легко создать не только в ротационном пластовискозиметре, но и в капиллярном приборе. Предел прочности и эффективная вязкость смазок. На рисунке 37 представлены результаты испытания в ротационном пластовискозиметре масла (прямая 1) и приготовленной из него смазки (кривая 2). Если в прибор ввести масло и начать вращать наружный цилиндр, то в масле возникнет напряжение сдвига т, которое, быстро достигая значения 'уcт, остается постоянным в течение любого срока при неизменных условиях опыта. Иная картина получается на смазке при испытании ее в совершенно тех же условиях. С началом вращения наружного цилиндра напряжение, как и на масле, растет, но до значительно большей величины. При определенной деформации v, равной vпч, напряжение достигает максимального значения max (кривая 2 на рис. 37), которое и принимают за предел прочности смазки, обозначаемый в дальнейшем символом пч. Дальнейшее деформирование при D = const вызывает разрушение каркаса, образованного загустителем, и с этого момента начинается течение смазки, идущее вначале при непрерывном уменьшении (правый участок кривой на рис. 37). Когда γ достигает значения γ уст снижение заканчивается и оно затем неограниченно долго сохраняется постоянным (установившимся) на уровне "уст (правый горизонтальный участок кривой 2). Как уже указывалось, пределом прочности смазки называется максимальное напряжение на кривой, выражающей зависимость напряжения сдвига от деформации. По смыслу предел прочности представляет собой минимальное напряжение сдвига, при котором начинается течение смазки из-за наступающего разрушения каркаса, образованного загустителем. Показатель качества в виде предела прочности количественно отражает одно из свойств смазок, которое роднит их с твердыми телами. Хотя смазки и принадлежат к мягким пластичным материалам (с пределами прочности, колеблющимися при комнатной температуре обычно от 5 до 20 гс/см2), их прочностные свойства играют при эксплуатации автомобилей важную роль, а именно, пределом прочности определяется возможность сбрасывания смазок с вращающихся деталей и способность их удерживаться в узлах.  Рис. 37. Зависимость напряжений сдвига от деформации для масла и приготовленной из него смазки При течении масел, не содержащих твердой фазы, обнаруживается прямо пропорциональная зависимость между напряжением и скоростью деформирования, аналитически выражающаяся уравнением Ньютона = D, где коэффициент пропорциональности не зависит от D и называется коэффициентом динамической вязкости, или просто динамической вязкостью. Динамическая вязкость является постоянной величиной жидкости, однозначно характеризующей механические свойства ее при данной температуре. Иное дело получается на смазках, содержащих, кроме масел, еще пронизывающий их каркас из загустителя. В этом случае при течении смазки в величину уст, кроме сопротивления, вызванного относительным перемещением слоев масла, имеющегося в каждой смазке, включаются еще три составляющие — сопротивление разрыва связей между частицами загустителя, сопротивление чисто механического зацепления друг за друга обломков каркаса и сопротивление, связанное с обтеканием маслом самого каркаса или его обломков. Наличие названных дополнительных сопротивлений приводит к тому, что "уст (рис. 37) становится значительно больше 'уст (при малых D в сотни и тысячи раз). Кроме того, эти дополнительные сопротивления нарушают прямо пропорциональную зависимость между yст и D. Отношение "уст к D для смазок оказывается зависимым от D. Его в отличие от аналогичного отношения, вычисляемого для жидкостей ('уст к D), называют не просто динамической вязкостью, а эффективной динамической вязкостью, или сокращенно эффективной вязкостью. Следовательно, эффективная вязкость смазок при неизменной температуре является переменной величиной, поэтому характеристику вязкостных свойств смазок надо представлять в виде зависимости эф от D, либо каждое численное значение эф должно сопровождаться указанием D (градиента скорости), при котором она определялась. Опыт показывает, что с ростом скорости деформирования эффективная вязкость смазок уменьшается, приближаясь к вязкости содержащегося в ней масла. К этому сводится первая особенность вязкостных свойств смазок. Таким образом, эффективная вязкость количественно отражает то из свойств смазок, которое роднит их с жидкостями. Ее величиной определяются затраты энергии на относительное перемещение смазанных деталей, на прокачивание смазок по трубам и по смазочным каналам. Из двух смазок, имеющих одинаковый предел прочности, будет лучше та, у которой при прочих равных условиях эффективная вязкость меньше. Суммируя все сказанное в отношении предела прочности и эффективной вязкости, можно сформулировать требования к механическим свойствам смазок в следующем виде: смазки должны обладать определенным пределом прочности и возможно меньшей эффективной вязкостью при заданных условиях использования. Особенность вязкостных свойств смазок состоит в том, что при низких и средних градиентах скорости в том температурном диапазоне, в котором их сейчас применяют, они в значительно меньшей степени изменяют свою вязкость, чем содержащиеся в их составе масла. Другими словами, по вязкостно-температурной характеристике смазки значительно превосходят жидкие масла. Оценка качества смазок затрудняется, а работоспособность их снижается вследствие проявления так называемой тиксотропии, под которой понимают способность смазок уменьшать предел прочности и эффективную вязкость в результате произведенного на них механического воздействия и частично снова восстанавливать утраченные свойства после прекращения воздействия. Сложность оценки и использования всех смазок состоит в том, что одна и та же порция каждой из них в разные периоды применения или хранения обладает вследствие тиксотропии сильно отличающимися свойствами. Смазочные (триботехнические) свойства характеризуют способность смазки предотвращать трение, износ и задир рабочих поверхностей. Эти свойства являются основными для группы антифрикционных смазок, куда входят практически все специализированные автомобильные смазки. Оценивают смазочные свойства на машинах трения ЧШМ. Критериями триботехнических свойств являются критическая нагрузка (начало разрушения граничной смазочной пленки и переход в режим повреждаемости — задир, схватывание), диаметр пятна износа, нагрузка сваривания, индекс задира, т.е. показатель, характеризующий работу смазки в режиме повреждаемости или противозадирные свойства. 6.5 Марки консистентных смазок и их применение Ассортимент товарных автомобильных смазок включает в себя: -антифрикционные смазки общего назначения и многоцелевые — Литол-24, солидолы жировой и синтетический, Фиол-1, Фиол-2, Зимол, Лита, ЦИАТИМ-201, ЦИАТИМ- 203, 1-13; -антифрикционные специализированные — АМ-карданная, ВНИИ НП-232, Графитная, Графитол, ДТ-1, КСБ, Ли- мол, ЛСЦ-15, Силикол, Фиол-2у, Униол-1, ЦИАТИМ-221, ШРБ-4, ШРУС-4, № 158; -консервационные (или защитные) — ВТВ-1 и пушечная (ПВК). Таблица 33 Характеристики антифрикционных смазок
Температурные диапазоны применения автомобильных смазок указаны в табл. 34. Таблица 34 Температурные диапазоны применения автомобильных смазок
Выбор марки пластичной смазки определяется конструкцией узла трения (открытая/закрытая), рабочей температурой и нагруженностью трущихся поверхностей, климатическими условиями работы. При выборе смазки-заменителя необходимо учитывать совместимость (смешение без ухудшения качества) или несовместимость смазок различных марок. Основным фактором, определяющим совместимость смазок, является природа загустителя. Например, смазки Литол-24, Фиол-2У, Зимол совместимы, загустителем в них является оксистеарат лития. Совместимость смазок, приготовленных на различных загустителях, представлена в табл. 35 Таблица 35 Совместимость смазок, приготовленных на различных загустителях
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||