20.7.2. Жидкостное трение

Если трущиеся поверхности полностью отделены друг от друга смазывающим веществом, то трение между твердыми телами заменяется трением между частицами (молекулами) жидкости. Жидкостное трение наиболее благоприятно для работы трущейся пары, так как при этом затраты мощности на преодоление трения снижаются в 10–15 раз, износ трущихся поверхностей резко уменьшается, детали меньше нагреваются, работа узла трения становится не только более продолжительной, но и более надежной.

Образование масляного слоя между трущимися поверхностями при заданной нагрузке зависит от скорости их перемещения и вязкости масла.

Кроме смазывания трущихся поверхностей, масло, протекающее через подшипник, должно также отводить тепло.

Вязкое масло берут при медленно движущихся поверхностях трения, увеличенных зазорах и повышенных удельных нагрузках. При больших скоростях, небольших зазорах (новые детали) и малых нагрузках вязкость должна быть минимальной, но обеспечивающей жидкостное трение.

20.7.3. Граничное трение

Граничное трение возникает в тех случаях, когда поверхности разделены тонкой масляной пленкой. Коэффициент граничного трения выше, чем жидкостного, но ниже, чем сухого, и примерно равен 0,1–0,25.

При граничном трении основным является свойство взаимодействия молекулярных слоев масла с поверхностью металла, поэтому износ трущихся деталей в этом случае зависит от маслянистости смазочного материала.

Маслянистость (смазывающая способность или липкость) – свойство масла образовывать на поверхности металла прочную адсорбированную пленку. Все смазочные масла обладают смачиваемостью, т. е. способностью растекаться тонким слоем по поверхности металла.

20.7.4. Классификация смазочных материалов

Смазочные материалы подразделяются на минеральные и синтетические.

Основную массу минеральных масел (более 90%) получают при переработке нефти (нефтяные масла). По способу получения нефтяные масла бывают дистиллятными, остаточными и смешанными, по способам очистки – кислотно-контактными и селективными. Широко применяются нефтяные минеральные масла, подразделяемые в зависимости от назначения и условий работы на следующие группы: 1) моторные; 2) индустриальные; 3) турбинные, компрессорные и для паровых машин; 4) трансмиссионные; 5) минеральные различного назначения.

Разработаны синтетические масла на не углеводородной основе. Эти масла имеют ряд существенных преимуществ перед нефтяными: их вязкость меньше зависит от температуры, часто они имеют низкие температуры застывания, обладают хорошей химической и термической стойкостью. Однако, синтетические масла экономически дороже нефтяных.

Следующая группа смазочных материалов – консистентные смазки. Это мазеобразные продукты, состоящие из минерального масла (основа), загустителя и наполнителя; часто их называют загущенными минеральными маслами. Область применения консистентных смазок чрезвычайно разнообразна и широка.

20.8. Эксплуатационные свойства масел

20.8.1. Вязкостные свойства

Вязкость – основной параметр при подборе масла, поэтому большинство масел маркируется по их вязкости.

В ГОСТах на масла приводится два значения вязкости, или нормируется отношение кинематической вязкости при 50° к кинематической вязкости при 100°. Масла для двигателей внутреннего сгорания имеют это отношение от 4 до 9. Чем ниже это число, тем более пологая кривая изменения вязкости в зависимости от температуры, тем выше качество масла. При высоких рабочих температурах обеспечивается надежность смазки, а при низких – лучшие пусковые свойства.

Введено понятие индекса вязкости, которым называют относительную величину, показывающую степень изменения вязкости в зависимости от температуры по сравнению с эталонными маслами, т.е. индекс вязкости характеризует пологость кривой вязкости масла.

При оценке пусковых свойств масел распространено понятие предельной вязкости, – это то максимальное значение вязкости, при котором возможен пуск холодного двигателя. Пуск автомобильного двигателя возможен при вязкости не более 9000–10000 сст.

Практика эксплуатации показывает, что в двигателях средней напряженности образование надежного масляного слоя обеспечивается маслами вязкостью 10–12 сст при 100°. Для более высоконагруженных теплонапряженных двигателей требуются масла большей вязкости. Дизельные двигатели обеспечиваются маслами: летом – вязкостью 10–12 сст, а зимой – 8–9 сст.

При подборе вязкости масел для двигателя нужно учитывать особенности конструкции, его техническое состояние и условия эксплуатации. При высокой вязкости давление, создаваемое масляным насосом, недостаточно для подачи масла к трущимся деталям, что вызывает повышенные износы. Чем ниже вязкость масла, тем быстрее и при более низкой температуре возможен пуск двигателя, но это масло может не обеспечить образование надежного масляного слоя при установившейся работе двигателя. Лучшим считается масло с меньшей вязкостью, но обеспечивающей работу жидкостного трения.

Повышенная вязкость масла необходима в тех случаях, когда двигатели работают при высоких температурах окружающего воздуха, не только с высокими, но и с переменными нагрузками. Во всех случаях, когда имеются более тяжелые условия образования масляного слоя, требуются масла повышенной вязкости. В то же время при режимной работе на маслах неоправданно повышенной вязкости ухудшается отвод тепла, увеличиваются затраты мощности на преодоление внутреннего трения, повышаются износы во время пуска и прогрева двигателя.

При оценке пусковых свойств масла нужно обращать внимание не только на его вязкость, но и на температуру застывания масла. Это та температура, при которой масло теряет подвижность (в пробирке с застывшим маслом, наклоненной под углом в 45°, в течение минуты уровень масла остается неизменным). Зимние масла для двигателей внутреннего сгорания имеют температуры застывания -25 -30°, а летние – около -10°.