Общие понятия о трении и износе

Смазочные масла

Общие понятия о трении и износе

Под трением (внешним) понимают сопротивление относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательной к ним. Уменьшение потерь на трение и снижение интенсивности изнашивания поверхностей деталей – основное назначение смазочных материалов.

По наличию смазочного материала различают три вида трения: трение без смазки, граничное трение и жидкостное трение.

Трение без смазки – это трение двух твёрдых тел при отсутствии на рабочих поверхностях введённого смазочного материала.

Граничное трение возникает в том случае, когда рабочие поверхности разделены слоем смазки настолько малой толщины (менее 0, 1 мкм), что свойства этого слоя отличаются от объёмных свойств, а сила трения зависит только от природы и состояния трущихся поверхностей. Режим граничного трения очень неустойчив, это предел работоспособности узла трения. Поведение граничных слоёв определяется взаимодействием молекулярных плёнок масла с поверхностью металла. Установлено, что толщина и прочность граничных слоёв зависит от химического состава масла и входящих в него присадок, особенностей, химической структуры и состояния поверхностей трения.

При жидкостном трении смазочный слой полностью отделяет взаимоперемещающиеся поверхности и имеет толщину, при которой проявляются нормальные объёмные свойства масла. Сила трения в этом случае определяется лишь внутренним трением слоёв в смазочном материале. Устойчивость смазочного слоя, необходимого для жидкостного трения, зависит от следующих факторов: конструкции узла трения, скорости взаимного перемещения трущихся поверхностей, удельного давления на них, вязкости смазочного материала, площади трущихся поверхностей, величины зазора между ними, температурного состояния узла трения и др.

5.2 Основные требования к качеству масел

Основными типами смазочных масел, применяемых на автотранспорте являются моторные и трансмиссионные масла, предназначенные для смазки, соответственно, двигателей и элементов трансмиссии. Форсирование нагрузочных и скоростных режимов работы автомобилей, уменьшение удельной ёмкости систем смазки приводят к росту температуры основных деталей. Вследствии этого, требования предъявляемые к смазочным маслам постоянно ужесточаются.

Основная функция, которую выполняют смазочные масла, - это снижение трения и износа деталей за счёт создания на их поверхностях прочной масляной плёнки. Одновременно масла должны обеспечивать:

- уплотнение зазоров в сопряжениях, в первую очередь деталей цилиндропоршневой группы;

- эффективный отвод тепла от трущихся деталей;

- удаление из зон трения продуктов износа и других посторонних веществ;

- снижение вибрации и шума шестерен и защита их от ударных нагрузок;

- надёжную защиту рабочих поверхностей деталей от коррозионного воздействия продуктов окисления масла и сгорания топлива;

- предотвращение образования всех видов отложений (нагары, лаки, зольные отложения, шламы) на деталях двигателя и элементов трансмиссии при работе на различных режимах;

- высокую стабильность при окислении, механическом воздействии и обводнении, как в многообразных условиях применения, так и при длительном хранении;

- малый расход масла при работе двигателя;

- большой срок службы масла до замены без ущерба для смазываемого узла;

- минимальное воздействие на резинотехнические уплотнительные материалы, лаки краски и пластмассы.

Для выполнения указанных функций масла должны удовлетворять ряду эксплуатационных требований:

- обладать оптимальными вязкостными свойствами (оптимальная вязкость в области рабочих температур, пологая вязкостно – температурная характеристика, малая вязкость в области низких температур);

- иметь хорошую смазывающую способность (высокие противозадирные и противоизносные свойства);

- обладать достаточной химической стойкостью;

- обладать устойчивостью к процессам испарения, вспенивания и образования эмульсий, а также к выпадению присадок;

- надёжно защищать трущиеся поверхности и другие металлические детали от атмосферной коррозии.

Свойства смазочных масел

Вязкостные свойства

Вязкость, это одно из важнейших свойств масла, имеющее многостороннее эксплуатационное значение. От вязкости в значительной мере зависит режим смазки пар трения, отвод тепла от рабочих поверхностей, уплотнение зазоров, величина энергетических потерь, быстрота запуска двигателя и прокачивание масла по системе смазки.

С понижением температуры взаимодействие между молекулами усиливается, и вязкость масла увеличивается. Так, например, при изменении температуры от 0 до 100 ⁰С вязкость может изменяться в 300 раз.

Вязкостные свойства масел исходя из этого характеризуются в стандартах величинами вязкости при 100 ⁰С и 0 ⁰С (для некоторых масел при 18 ⁰С) и индексом вязкости. Индекс вязкости – условный показатель, характеризующий степень изменения вязкости масла в зависимости от температуры и являющийся результатом сопоставления вязкстно – температурных свойств данного масла с двумя эталонными маслами, вязкостно – температурные свойства одного из которых приняты за 100, а второго – за единицу.

Масла с повышенной вязкостью требуются для двигателей и механизмов трансмиссии высоконагруженных, низкооборотных или работающих в условиях напряжённого теплового режима. Масла с меньшей вязкостью применяются для легконагруженных высокооборотных двигателей и механизмов трансмиссии. В этом случае легче запуск двигателя, меньше энергетические потери, лучше прокачиваемость масла по системе смазки, отвод тепла от деталей и их очистка от механических примесей.

Увеличение вязкости масел с понижением температуры приводит к значительным трудностям при эксплуатации автомобилей, что особенно сказывается в зимнее время при пуске двигателя. Поэтому для облегчения пуска холодного двигателя при отрицательных температурах мотрные масла должны обладать низкой вязкостью в области отрицательных температур, иными словами – хорошими пусковыми свойствами.

Для трансмиссионных масел предельно допустимая вязкость определяется величиной вязкости при минимальной рабочей температуре, допускающей свободное троганье автомобилей (без ущерба для зубчатых зацеплений и подшипников). В то же время, при установившемся рабочем режиме вязкость должна быть достаточной для предотвращения износа при больших контактных нагрузках.

Для получения масел с хорошими вязкостно – температурными свойствами в качестве базовых используют маловязкие масла (n₁₀₀ < 5 мм²/с) и добавляют в них вязкостные присадки. Такие масла называют загущенными. Они отличаются необходимым уровнем вязкости при рабочих температурах, пологой кривой изменения вязкости и, следовательно, высоким индексом вязкости (115 – 140 ед.). Принцип действия вязкостных присадок объясняется изменением объёма макромолекул полимера: с понижением температуры он уменьшается (молекулы " свёртываются" в клубки) и вязкость снижается, а при положительных температурах наоборот – клубки макромолекул " разворачиваются" в длинные развёрнутые цепи, присоединяя молекулы базового масла, вязкость возрастает.

Широкое применение загущенных масел даёт существенный технико – экономический эффект: облегчается пуск двигателей, сокращается время прогрева, снижаются механические потери на трение, и, как следствие, экономится топливо, увеличиваются долговечность деталей и срок службы масел. К недостаткам загущенных масел относят низкую стабильность загущающих присадок при высоких температурах, что вызывает ухудшение вязкостно – температурных характеристик масел при длительной бессменной работе их в двигателях.

Температура при которой масло теряет текучесть, называют температурой застывания. Нижний температурный предел применения масла на 8 – 12 ⁰С выше температуры застывания. Снижения уровня температуры застывания масел добиваются путём депарафинизации и добавления присадок – депрессаторов в процессе их производства.

Смазывающие свойства

Под смазывающими свойствами масла понимают его способность препятствовать износу узлов трения, за счёт образования на трущихся поверхностях прочной плёнки, исключающей непосредственный контакт трущихся деталей.

Рисунок 5.1 – Схема структуры граничных слоёв

Хемосорбированные плёнки являются результатом химических реакций химически – активных веществ, содержащихся в масле с металлом смазываемых деталей.

Как адсорбированные, так и хемосорбированные плёнки, обладая некоторой прочностью и стойкостью, защищают поверхности трения от механических и тепловых воздействий, препятствуют взаимной адгезии (микросвариванию) трущихся поверхностей. Граничные слои с повышением температуры ослабляются, а при достижении критических значений разрушаются, что способствует задиру и заклиниванью подвижного сопряжения.

Поверхностно активные (ПАВ) и химически активные вещества (ХАВ) являются основными компонентами противоизносных и противозадирных присадок. От их состава во многом зависит структура, прочность, критическая температура работоспособности граничных слоёв.

Вопросы для самопроверки

1 Дайте краткую характеристику видов трения при классификации по наличию смазки между рабочими поверхностями?

2 Перечислите основные функции, выполняемые смазочным маслом в агрегатах автомобиля?

3 Перечислите основные требования, предъявляемые к смазочным маслам?

4 Опишите, каким образом влияют вязкостные свойства масла на показатели работы смазываемого агрегата?

5 Какими показателями характеризуются вязкостные свойства масла?

6 Что характеризует показатель называемый индексом вязкости?

7 Каким образом могут быть улучшены вязкостно-температурные свойства масла?

8 Какое масло называют загущенным?

9 Опишите, какие преимущества даёт применение загущенных масел?

10 Назовите основные недостатки загущенных масел?

11 Каким образом может быть понижена температура застывания масла?

12 Объясните, что понимают под смазывающими свойствами масла?

13 Какие виды активных компонентов (веществ) применяются для улучшения смазывающих свойств масла? Опишите механизмы взаимодействия этих компонентов с поверхностью металла?

14 Каким образом могут быть улучшены смазывающие свойства масла?

15 Что понимают под свойством, называмым стабильностью масла?

16 Перечислите факторы, которые оказывают влияние на стабильность масла?

17 Назовите основные виды отложений, которые образуются в двигателе в процессе его работы? В каких зонах образуются эти отложения?

18 Какие свойства масла оказывают влияние на механизм образования отложений в двигателе?

19 Каким образом можно уменьшить образование отложений в двигателе?

20 Что понимают под детергенно-диспергирующими свойствами масла?

21 От каких факторов зависят коррозионные свойства масел?

22 От каких факторов зависят защитные свойства масел?

23 Назовите основные преимущества синтетических масел по отношению к минеральным?

24 Назовите специфические требования, предъявляемые к маслу для гидромеханических передач?

25 Назовите основные группы примесей, загрязняющих моторное масло в процессе эксплуатации?

26 Какие факторы оказывают влияние на интенсивность процесса загрязнения масла в процессе эксплуатации?

27 К каким последствиям приводит срабатывание присадок, содержащихся в масле?

28 Назовите основные факторы, от которых зависит скорость срабатывания присадок, введённых в масло?

29 Перечислите основные браковочные параметры, используемые при контроле качества масла?

30 Опишите процессы, которые определяют изменение вязкости масла в период эксплуатации?

31 Опишите процессы, которые определяют изменение щелочного числа масла в период эксплуатации?

32 Какие эксплуатационные качества масла характеризует показатель называемый температурой вспышки?

33 Назовите основные факторы, от которых зависит расход масла в процессе эксплуатации?

34 Дайте краткую характеристику существующих методов определения периодичности замены масла?

35 Назовите основные факторы, от которых зависит угар масла?

36 Перечислите основные методы, позволяющие снизить расход смазочных масел?

37 Каким образом отечественные моторные масла подразделяются на классы и группы?

38 Какие данные указываются в маркировке моторного масла, выполненной в соответствии с ГОСТ 17479.1 – 85?

39 Приведите пример маркировки сезонного и всесезонного моторного масла в соответствии с ГОСТ 17479.1 – 85.

40 Какие свойства моторных масла проверяются при проведении моторных испытаний в соответствии с ГОСТ 17479.1 – 85?

41 Назовите классификации моторных масел, которые получили наибольшее распространение за рубежом?

42 Какой логограммой маркируют моторные масла, лицензированные АРI?

43 По каким свойствам классифицируются масла классификацией SAE J-300?

44 По каким свойствам классифицируются масла классификацией АРI?

45 Какие данные указываются в маркировке трансмиссионного масла, выполненной в соответствии с ГОСТ 17479.2 – 85?

46 Приведите пример маркировки трансмиссионного масла в соответствии с ГОСТ 17479.2 – 85.

47 Назовите классификации трансмиссионных масел, которые получили наибольшее распространение за рубежом?

48 Назовите наиболее известные марки жидкостей для автоматических коробок передач выпускаемых за рубежом?