2.13.2. Режимы смазывания

Конструкция систем и устройств для смазывания зависит от требуемого режима смазывания. При гидростатическом режиме (рис. 2.39, а и б) трущиеся поверхности разделены масляным слоем толщиной h = 20100 мкм при любых сочетаниях скоростей (080 м/с) и нагрузок, и благодаря этому достигается минимальный износ.

Рис. 2.39. Гидростатическое смазывание опоры: а – схема опоры; б – распределение давления в кармане подпятника; в, г – системы питания карманов

Отличительными особенностями являются высокое давление р_н масла на входе в подшипник (до 20 МПа, а в большинстве случаев 35 МПа) и значительный расход (до 600 л/мин) масла через опоры.

В качестве систем питания преимущественно используют многопоточные насосы (рис. 2.39, в), когда в каждый карман масло подается от своего потока, либо через дроссели, когда применяется один насос, а подвод масла к каждому карману осуществляется через свой дроссель 1 (рис. 2.39, г).

а

б

Рис.2.40.Схемы гидродинамического подшипника (а) и распределения давления в клинообразном зазоре (б)

Гидродинамический режим смазывания (рис. 2.40) образуется в клинообразной щели при определенных скоростях V скольжения (не менее 11,5 м/с). Давление р_м в зазоре (рис. 2.40, б) возникает вследствие затягивания в него вязкой жидкости, перемещаемой микронеровностями поверхности вала. Гидродинамический режим наблюдается при работе подшипников скольжения, направляющих, зубчатых и червячных передач при определенных сочетаниях скорости скольжения, давления р в зоне контакта и вязкости  смазочного материала. Устойчивый режим сохраняется в диапазоне скоростей 1,560 м/с.

Система смазывания при образовании гидродинамического режима имеет простую конструкцию и не требует высокого давления р_н (обычно р_н = 0,10,3 МПа). Масло может подаваться самотеком от многопоточного насоса с помощью регулируемых и нерегулируемых дросселей.

Контактно-гидродинамический режим (рис. 2.41) характерен для зубчатых, цепных передач, подшипников качения, кулачков и при высоких контактных давлениях (до 200 мПа и более).

В условиях контактно-гидродинамического смазывания поверхности скольжения испытывают большие нагрузки и происходит их упругое деформирование, приводящее к увеличению зоны контакта В (до 1 и более мм), несущей нагрузку.

1

2

0

1,4

210

Рис.2.41. Контактно-гидродинамическое смазывание подшипника: a – схема тела качения; б – распределение давления в зоне контакта; в – зависимость толщины пленки от контактного давления; I, II, III – соответственно гидродинамический, контактно-гидродинамический и граничный режимы смазывания

При зазоре h = 0,51,0 мкм вязкость сжимаемого в нем масла увеличивается настолько, что у пленки смазочного материала появляются свойства, характерные для твердого тела (модуль упругости, коэффициент Пуассона и т. п.). При этом между изменением давления на трущихся поверхностях и толщиной формирующегося смазочного слоя устанавливается определенное соотношение, обеспечивающее минимально необходимую толщину пленки для реализации режима гидродинамической смазки. Связь между минимальной толщиной пленки и максимальными контактными давлениями р показана на рис. 2.41, в, по которому ориентировочно можно определить зоны режимов смазывания.

Для реализации контактно-гидродинамического смазывания подходит любая из систем для смазывания, применяемая для гидродинамической смазки, а также возможно смазывание с помощью масляного тумана или маслом, подаваемым импульсами.

Рис.2.42. Граничное смазывание деталей: a – схема направляющих; б – схема образования смазочного слоя

Большинство пар трения машин (направляющие – рис. 2.42, а, зубчатые передачи, подшипники) работают при граничном смазывании, когда толщина слоя смазочного материала составляет около 0,1 мкм и менее.

В этих условиях поведение смазочного материала определяется не его вязкостью, а зависит от основных свойств, которые он приобретает в узких зазорах под влиянием воздействия поверхностей трения.

Рис.2.43. Зависимость коэффициента трения f от скорости скольжения и области существования различных режимов смазывания:

I – гидростатического; II – гидродинамического; III – контактно-гидродинамического; IV – граничного

Поверхность твердого тела всегда покрыта тончайшей пленкой, которая образуется в результате адсорбации. Молекулы 1 (рис. 2.42, б) смазочного материала в адсорбированном слое ориентированы перпендикулярно к твердой поверхности 2 (в виде ворса), благодаря чему смазочный материал в тангенциальном направлении легко изгибается, а в перпендикулярном обладает сопротивлением сжатию. Слой имеет способность «самозалечиваться», что предотвращает схватывание в зоне контакта 3.

Области существования различных режимов смазывания показаны на рис. 2.43. Переход от одного режима смазывания к другому не имеет четких границ и существуют также переходные зоны, например, режим полужидкостной смазки. Здесь появляются зоны контакта, а силы трения имеют две составляющие, обусловленные режимами граничной и жидкостной смазки.