Смазочные материалы. Общие характеристики

Смазка как неконструктивный элемент, введенная в сопряжение трущихся деталей, обеспечивает необходимую активную связь и нормальное функционирование сопряженных деталей, называемых конструктивными элементами. Смазка снижает интенсивность изнашивания сопряженных деталей, уменьшает затраты энергии на преодоление сил трения, отводит тепло, выделяемое при трении, уплотняет зазоры в смазываемом узле, удаляет с трущихся поверхностей деталей продукты изнашивания и предохраняет их поверхности от коррозии. Можно, варьируя видами смазки и периодичностью ее введения в сопряжение, увеличивать или уменьшать наработку сопряжения и его долговечность.

Современные смазочные материалы многообразны. Они классифицируются по ряду признаков: происхождению, физическому состоянию, способу производства, применению, свойствам и т.д. По происхождению смазочные материалы делятся на: минеральные, растительные, животного происхождения и синтетические; по способу производства - на дистиллярные, остаточные и смешанные (кампаундированные).

Условия работы масла в различных агрегатах и узлах неодинаковы, и, следовательно, к маслам предъявляются разные требования. Однако все масла должны удовлетворять следующим общим требованиям:

-иметь максимальную вязкость, обеспечивающую надежную и экономичную работу агрегатов во всех режимах;

-обладать необходимой маслянистостью, т.е. хорошо покрывать трущиеся поверхности прочной пленкой, не разрушающейся и не - стирающейся при достаточно больших температурах, нагрузках и скоростях перемещения трущихся поверхностей;

-не содержать воды и механических примесей;

-иметь минимальное кислотное число и не вызывать коррозии металла в сопрягаемых соединениях;

-иметь хорошую моющую способность, т.е. хорошо выносить из зазоров между трущимися поверхностями продукты изнашивания;

-обладать стабильностью, т.е. способностью длительно сохранять свои эксплуатационные свойства в условиях воздействия высоких температур, давления, кислорода воздуха и агрессивных веществ, содержащихся в продуктах сгорания.

Для придания маслу необходимых свойств в него добавляют присадки, т.е. специальные вещества, улучшающие его качества. Присадки, улучшающие какое-либо свойство масла, называют однофункциональными, улучшающие сразу несколько свойств - комплексными. Они подразделяются на:

-загущающие присадки, которые добавляют к маловязким маслам с целью повышения индекса вязкости, т.е. увеличения вязкости в области высоких температур и придания им способности в меньшей степени увеличивать вязкость при понижении температуры;

-антиокислительные присадки, препятствующие образованию в работающем масле кислот и химических соединений, вызывающих коррозию металлических деталей;

-депрессорные присадки, задерживающие рост кристаллов пара­фина и тем самым понижающие температуру застывания масла на 15…20 ⁰С;

-моющие присадки, применяемые для улучшения выноса из зазоров между трущимися поверхностями продуктов изнашивания и удержа­ния частиц, загрязняющих масло при его работе, во взвешенном состоянии, уменьшая тем самым образование осадков на поверхностях деталей, особенно в маслопроводах;

-антикоррозионные присадки, способствующие образованию на поверхностях деталей защитной пленки, предохраняющей от коррозии.

На все выпускаемые промышленностью машины обычно разрабатываются карты смазывания, в которых указывают, какие масла и смазки нужно применять.

Множество масел и смазок делится по признаку применимости на три группы: смазочные масла для двигателей (моторные масла), трансмиссионные масла и консистентные смазки.

Смазочные масла – это смазки, которые при температуре плюс 10 …15°С находятся в жидком состоянии (автол, трансформаторное, моторное, трансмиссионное и др. масла).

Консистентные смазки – это такие материалы, которые при температуре плюс 10 …15°С сохраняют мазеподобное состояние (солидол, литол, фиол, технический вазелин).

Твердые смазки, применяемые в чистом виде (графит, слюда, сера, свинец и т.д.).

основные свойства и характеристики смазочных материалов:

- вязкость;

- вязкостно-температурный коэффициент;

- химическая стабильность;

- температура застывания.

Вязкостью называется свойство жидкости или газа оказывать сопротивление внешней силе, перемещающей ее слои относительно друг друга. Вязкость жидкости определяют вискозиметром и выражают в единицах динамической и кинематической вязкости.

Существует три типа вязкостей: динамическая, кинематическая и условная.

Динамическая вязкость – физическая величина, характеризующая сопротивление материальной среды смещению ее слоев, причем за единицу динамической вязкости принят паскаль-секунда-вязкость такой жидкости, в объеме которой две параллельные площадки размером по 1 м², отстоящие друг от друга на 1 м по нормали, будут двигаться с относительной скоростью 1 м/с под действием силы в 1Н при ламинарном течении.

Кинематическая вязкость численно равна отношению динамической вязкости к плотности вещества. За единицу кинематической вязкости принят квадратный метр на секунду (м²/с). на практике пользуются единицей сантистокс: 1сСт = 10^-6 м²/с = 1 мм²/с. Кинематическая и динамическая вязкости не нашли широкого применения в эксплуатации машин из-за своей сложности в определении.

Условная вязкость – это отношение времени истечения 200 мл смазки при температуре плюс 50°С ко времени истечения такого же количества дистиллированной воды при температуре плюс минус 0°С через калиброванное отверстие. обозначение условной вязкости ВУ₅₀ = 15°. На практике часто приходится сталкиваться с положением, когда в наличии нет смазки с требуемой условной вязкостью. Допускается смешивание смазок одного происхождения с разной вязкостью для получения необходимой характеристики.

Температурно-вязкостный коэффициент представляет собой отношение кинематической вязкости при + 50°С к кинематической вязкости при 100°С (ТВК = = 4…9) или отношение разности кинематической вязкости при 0 и 100°С к кинематической вязкости при 50°С (ТВК = = 20 … 125), при этом лучшими показателями обладает смазка с меньшими значениями ТВК. Физический смысл ТВК заключается в сохранении вязкостных характеристик с изменением температуры окружающего воздуха: чем меньше изменение вязкости масла при изменении температуры, тем лучше качество смазки, тем выше ее реологические характеристики.

Химическая стабильность определяется способностью масла противостоять изменению свойств, при воздействии кислорода и других факторов, способствующих окислению. К нежелательным свойствам масла относятся нагарообразование и лаковые отложения. Они ухудшают теплопроводность деталей и способствуют перегреву ДВС. Способность масла вызывать коррозию, осадкообразование. Содержание в масле воды и механических примесей ухудшают работу сопряженных деталей и уменьшают их наработку.

За температуру застывания принимается такая, при которой смазка, налитая в пробирку и наклоненная под углом 45°, не изменяет положения уровня в течении 1 мин (уровень перпендикулярен к стенкам пробирки). Застывшее масло не прокачивается по маслопроводам, затрудняется прокрутка коленчатого вала. для понижения температуры застывания смазки применяют специальные добавки, так называемые депрессаторы: парафлоу, сантапур, вольтоли, АзНИИ и т.д.

Консистентные смазки

Консистентные смазки состоят из минерального смазочного масла (основа), загустителя и в некоторых смазках - наполнителя. В каче­стве загустителей чаще всего применяют кальциевые или натриевые мыла высокомолекулярных жирных кислот или твердые углеводо­роды. Наполнителями консистентных смазок могут быть графит, канифоль и другие вещества.

Консистентные смазки предназначены для смазки и защиты сопряженных пар от коррозии и применяются там, где жидкие смазки не удерживаются на поверхности трения. Они состоят из минерального смазочного материала, загустителя и наполнителя. В качестве загустителя чаще всего применяют кальциевые или натриевые мыла высокомолекулярных жирных кислот или твердые углеводороды, а наполнителями могут быть графит, канифоль и другие вещества.

Основными свойствами консистентных смазок являются: однородность, коллоидная стабильность, температура каплепадения, коррозионные свойства, содержание механических примесей и воды.

Однородность консистентной смазки определяется равномерностью распределения загустителя в основе.

Коллоидной стабильностью называется способность смазки сопротивляться выделению из нее жидкого масла во время хранения и использования в узлах трения.

Температура каплепадения - это температура, при которой падает первая капля смазки, помещенной в капсюле прибора, нагреваемого при определенных условиях (ГОСТ 23258-78). Чтобы смазка удерживалась в узлах трения, ее температура каплепадения должна превышать температуру среды трения на 10 …15°.

Коррозионные свойства оцениваются способностью смазок вызывать коррозию металлических поверхностей из-за воздействия органических кислот и щелочей.

Содержание механических примесей в смазке строго нормируется, а примеси абразивного характера вообще не допускаются.

Содержание воды в консистентной смазке для разных марок сказывается по разному. Например, в консталине содержание воды ограничивается десятыми долями процента, в техническом вазелине вода совсем не допустима. А в солидоле вода органически входит в состав смазки до 3%, так как без воды солидол сразу распадается на масло и кальциевое мыло.

Консистентные смазки подразделяются: по свойствам - на универ­сальные, или смазки общего назначения и специальные, а по назначению - на антифрикционные, защитные и уплотнительные. Для обозна­чения смазок им присваивают цифры (марки), образованные из букв и цифр. Буквы означают: У - универсальные, Η - низкоплавкие (темпе­ратура каплепадения до 65 °С), С - среднеплавкие (температура капле­падения в пределах 65-100 °С), Т— тугоплавкие (температура каплепадения выше 100 °С), В - водостойкие, 3 - защитные, А - активированные, с - синтетические.

Наименование смазки обычно состоит из одного слова, а для модификации дополнительно используют буквенные или цифровые индексы. Обозначения пластичной смазки характеризует ее назначение, состав и свойства. Обозначение состоит из 5 буквенных и цифровых индексов, которые располагаются в следующем порядке и указывают: группу (подгруппу) в соответствии с назначением смазки; загуститель; рекомендованный (условный) температурный интервал применения; дисперсионную среду; консистенцию смазки. Группу или подгруппу смазки обозначают индексами - прописными буквами русского алфавита: С - общего назначения для обычных температур (солидолы); О - общего назначения для повышенных температур; М -многоцелевые; Ж - термостойкие; Н - морозостойкие; И - противозадирные и противоизносные; X - химически стойкие; П. - приборные и т.д.

Тип загустителя (мыло, углеводороды твердые, органические, неорганические) в смазке обозначают также буквами русского алфавита. Индексы загустителей смазок: Мыла (М): алюминиевое (Ал), бариевое (Ба), кальциевое (Ка), литиевое (Ли), натриевое (На), свинцовое (Св), цинковое (Ци), комплексное (кМ), смесь мыл (Mi-M2); углеводороды твердые (Т); органические (О): пигменты (Пг), полимеры (Пм), уреаты (Ур), фторо-углероды (Фу); неорганические (Н): глины (бетонитовые и др.) (Бн), сажа (Сж), силика-гель (Си). Индексы М. О, Н применяют только в тех случаях, когда загуститель, входящий в одну из трех групп, не предусмотрен выше приведенным перечнем. Рекомендуемый температурный интервал применения смазки обозначают дробью. В числителе указывают (без знака минус) уменьшенную в 10 раз максимальную температуру (например, индекс 3/12 соответствует температурному интервалу от -30 до 120°С). Тип дисперсионной среды и присутствие твердых добавок обозначают строчными буквами.

Индексы для составляющих смазки. Дисперсионная среда: нефтяное масло (н), синтетические углеводороды (у), кремнийорганические жидкости (ж), фторсилоксаны (ф), перфторалкил-полиэфиры (а), прочие масла и жидкости (п); Твердые добавки: графит (г), дисульфид молибдена (д), порошки свинца (с), меди (м), цинка (ц), прочие твердые добавки (т).

Смесь двух и более масел обозначают составным индексом нк, уэ и т.д. На первом месте ставят индекс масла, входящего в состав дисперсионной среды в большей концентрации. Индекс (п.) применяют в тех случаях, когда входящее в состав дисперсионной среды той или иное масло не предусмотрено указанным перечнем Индекс класса консистенции смазки обозначают арабскими цифрами.

Примеры обозначения пластичных смазок.

Смазка СКа 2/8 - 2: буква С -смазка общего назначения для обычных температур (солидол); Ка -загущенная кальциевым мылом; 2/8 - предназначена для применения при температурах - 20 ... 80°С; отсутствие дисперсионной среды - приготовлено на нефтяном масле; 2 - пенетрация 265-296 при 25°С.

Смазка УНа 3/12 эЗ: буква У -узкоспециализированная; На -загущена натриевым мылом; э -приготовлено на сложном эфире.

Антифрикционные смазки (солидол, консталин, графитная смазка, канатная смазка и др.) служат для смазывания поверхностей трения сопряженных деталей, имеющих относительное перемещение. Эти смазки водостойки и применяются в узлах, где возможно проникнове­ние воды, однако, так как температура каплепадения этих смазок составляет 70…77 ⁰С, их нельзя применять в узлах, которые нагреваются при работе до температуры свыше 50…60 °С.

Наиболее распространенными водостойкими смазками являются кальциевые смазки- солидолы. Основную часть вырабатываемых солидолов составляют синтетические. Синтетические солидолы СКа 2/7 - 2 (ГОСТ 4636-76), УСс-1, УСс-2 и УСс - автомобильный. готовят загущением индустриальных масел средней вязкости гидратированными кальциевыми мылами синтетических жирных кислот, полученных окислением парафинов. Содержание мыла в смазках УСс составляет соответственно не менее 9, 12 и 15 %

Пресс солидол С используют для смазывания узлов трения шасси автомобилей; солидол С- в качестве летней и зимней смазки для различных узлов трения.

Жировые солидолы (ГОСТ 1033-79) загущаются кальциевыми мылами жирных кислот, входящих в состав естественных жиров. Марки: пресс -солидол Ж и солидол Ж.

Графитная смазка УСсА содержит кальциевого мыла 12 %, графита - 10 %, цилиндрового масла - 78 % и представляет собой однородную мазь от темко-корйчневого до темного цвета. Она водостойка. Присут­ствие графита улучшает смазывающую способность за счет лучшего скольжения слоев смазки по чешуйкам графита. Графитная смазка применяется для смазывания открытых зубчатых и цепных передач, рессор, шарнирных соединений, стальных канатов при отсутствии специальной смазки. Графитная смазки СКа 2/8-г3 (ГОСТ 3333-80) приготовляется из высоковязкого цилиндрового масла с введением кальциевого мыла 2…6% и графита 3%. Применяется для смазывания рессор.

Автомобильная смазка ОНаКа 3/10-2 (ГОСТ 9432-60) предназначена для смазывания подшипников ступиц колес и др. узлов автомобилей. Хорошо смазывает подшипники качения.

Смазка МЛи 4/12-3 (Литол-24) (ГОСТ 21150-75) - антифрикционная многоцелевая водостойкая. Предназначена для применения в узлах трения колесных и гусеничных транспортных средств, работающих при температуре -40...120°С. В нее добавлена антиокислительная присадка.

Смазка УЛи 4/13-эЗ (ЛЗ-31) (ГОСТ 24300-80)- представляет собой синтетическое масло, загущенное стеаратом лития и содержащее вязкостную, антиокислительную и антикоррозионную присадки. Применяется для смазывания закрытых подшипников качения, работающих в интервале температур от - 40 до 130°С.

Смазки ЦИАТИМ -201 (ГОСТ 6267-74) и ЦИАТИМ 203- предназначены для смазывания механизмов, работающих с малым усилием сдвига при температуре -60...90°С.

Карданная смазка УНа 2/10-2 (AM) (TOCT5730-51) применяется при смазывании поворотных цапф переднего ведущего моста автомобилей.

Высокотемпературная смазка ЦИАТИМ-221 (ГОСТ 9433-80)-предназначена для узлов трения; работающих при температуре 150...250°С.

Консервационная смазка ПВК- предназначена для защиты от коррозии металлических изделий. Работоспособна при температуре от -50 до 50°С.

К тугоплавким консистентным смазкам относятся натриевые смазки - консталины УТс-1, УТс-2, УТ-1, УТ-2 и кальциево-натриевые смазки 1-13с и 1-13.

Натриевые смазки неводостойки и легко разрушаются при попада­нии в них воды. Поэтому их применяют для деталей, защищенных от проникновения влаги. Преимуществом натриевых смазок является высокая температура каплепадения (120…150 °С), что обеспечивает их устойчивую работу в условиях высоких давлений и повышенных температур.

Кальциево-натриевые смазки 1-13с и 1-13занимают промежуточное положение между кальциевыми и натриевыми. Они имеют более высокую температуру каплепадения, чем кальциевые, и менее чувствительны к влаге, чем натриевые смазки.

Защитные смазки (технический вазелин, канатная смазка и др.) применяются для предохранения металлических поверхностей от коррозии. Технический вазелин, кроме того, применяется для смазывания легконагруженных механизмов.

Канатная смазка ИК-50 с добав­кой канифоли и графита применяется для смазывания стальных канатов, на которых она хорошо удерживается, уменьшает их изнашивание и предохраняет от коррозии.

Бензоупорная смазка БУ на основе касторового масла, загущенного цинковым мылом, применяется для уплотнения резьбовых соединений.

Срок замены смазки строительно-дорожных машин (СДМ), в зависимости от вида узла трения, составляет от 8 до 240 и 500 ч работы. Расход пластичных смазок в большинстве СДМ составляет 0,5…0,8% от расхода топлива, для шарниров рулевых тяг 1500ч.; для ступиц колес - 6…8тыс.ч. Расход смазки ОД - 0,2кг на 100л израсходованного топлива.