Лекция требования к смазочным материалам

Вид материала

Содержание

Классификация видов смазки
Гидродинамический режим смазки
Гидродинамическая смазка
Гидростатическая смазка
Гидростатодинамическая смазка
Эластогидродинамическая смазка
Граничная смазка
Смазочные материалы и его компоненты при граничной смазке

Подобный материал:

1 2 3 4

Допуски фирм производителей

Во всех классификациях указаны минимальные базовые требования, за производителями оставлено право выдвигать собственные требования к маслам для применения к автомобилям собственного производства. Эти требования формулируются в спецификациях моторных масел. Автопроизводители выдвигают более серьезные требования к моторным маслам для двигателей новейших конструкций.

Рассматривая современные требования к моторным маслам, которые выдвигают производители автомобилей, отмечают два подхода:

формулирование требований путем указания класса их по классификации;
формулирование требований собственных спецификаций, где в дополнение к базовым требованиям классификаций вводятся нормы по результатам стендовых испытаний, допускаемых к применению масел в полноразмерных двигателей собственного производства или в двигателях которые выполняют те или иные свойства. Это характерно, что тяжелые грузовики проводят испытания и вводят эксплуатационные испытания в свои спецификации.

Некоторые фирмы-производители транспортных средств формулируют требования для бензиновых и дизельных двигателей раздельно: для европейского ACEA, американского – API.

ЛЕКЦИЯ

Классификация видов смазки

Смазочный материал – продукт органического и неорганического происхождения, который вводят между поверхностями с целью обеспечения уменьшения потерь на трение в данном сопряжении, предотвращении заедания и снижении износа трения. Внутреннее трение смазочных материалов существенно меньше, чем внешнее трение несмазанных поверхностей. Исключение или минимизация непосредственного контакта пар трения приводит к улучшению фрикционно-износных характеристик сопряжения.

Смазочные материалы являются важнейшим конструктивным пар трения. Действие смазочного материала, в результате которого уменьшается трение контактирующих тел или уменьшается их износ, называется смазкой. Жидкостной смазкой называется смазка, при которой осуществляется полное разделение трущихся поверхностей жидким смазывающим материалом. Газовая смазка – тоже полное разделение.

Контакт между трущимися поверхностями возможен при пусках и остановках, т.е. когда слой еще не образовался или уже разрушился. Внешнее трение твердых тел при этом отсутствует, и внешнее трение заменяет много меньшее внутреннее трение смазочной среды, которая разделяет среда.

Сопротивление относительного перемещения твердых тел, полностью разделенных слоем жидкости или газа, определяется внутренним трением данной среды, ее вязкостью.

Вязкость – объемное свойство газообразного жидкого, полужидкого или полутвердого вещества оказывать противодействие относительному перемещению составляющих его частиц.

z V

А T

h

В

Схема течения жидкости между 2-мя параллельными пластинами А и В.

Fт = ηАdV_a/dz

касательное напряжение на площадке трущейся среды.

Те жидкости, которые подчиняются этому закону, называются истинно вязкими или ньютоновскими. Теория жидкостной смазки в основном создана для ньютоновской жидкости. Те жидкости, которые не отвечают закону Ньютона (аномальные или неньютоновские жидкости).

Петров (1883г) рассматривал пару трения вал-подшипник-вагоны-брусы, он считал коэффициент трения исходя из режима работы узла трения (скорость, давление), из вязкости смазочного материала, из особенности конструкции.

Коэффициент трения при жидкостной смазки, рассчитанной Петровым, имеет лишь формальное сходство с коэффициентом внешнего трения.

Условие реализации жидкостной смазки – существование слоя смазочного материала, толщина которого при предложенных нагрузках превышает суммарную высоту микронеровной поверхности.

Этот слой смазочного материала может быть образован в результате поступления жидкости зазор между поверхностями трения под достаточно большом внешнем давлении. В этом случае имеет место гидростатическая смазка.

В большинстве узлов трения жидкостная смазка осуществляется под действием давления самовозбуждающегося слоя жидкости при относительном перемещении поверхности. Для создания гидродинамического давления слоя жидкости, разделяющим гидродинамические тела необходимо, чтобы зазор между этими поверхностями имел форму клина. Если привязка к течению жидкости между относительно перемещающимися поверхностями н развивается, то разделяющаяся способность равна нулю.

Гидродинамический режим смазки

Для случая когда одна из перемещающейся пластин наклонена к платине В под углом альфа у нас формируется масляный блин, вследствие этого профиль скоростей смазочной жидкости изменяется по длине зазора и следуя этому развивается гидродинамическое давление Р, разделяющее пластины и обеспечивающего несущую способность сопряжению. В этом случае имеет место гидродинамический режим смазки. Если у нас режим работы узла трения и го геометрия не обеспечивают образование жидкостной смазки, то поверхности от непосредственного контакта и последующего катастрофического (задира, заедания) предохраняют только граничные смазочные слои. В этом случае реализуется режим граничной смазки. При граничной смазке антифрикционные и противоизносные свойства трущихся сопряжения определяются не объемными свойствами смазочного материала, а свойствами граничных слоев, которые образуются в результате взаимодействия активных компонентов смазочного материала с поверхностными слоями пар трения. Коэффициенты трения при граничной смазки существенно выше, чем коэффициенты трения при гидродинамической смазке.

В узлах трения реализуется полужидкостной или полужидкостной режим смазки, при этом режиме одни участки поверхности контактирующих тел разделены гидродинамическим слоем, а другие граничным слоем смазочного материала.

При смешанном виде смазки используется важнейшая характеристика – вязкость материала и способность смазочного материала образовывать на поверхностях трения прочные граничные слои.

Наиболее часто области реализации областной (гидродинамической), смешанной и граничной смазок в смазываемых узлах трения определяют по диаграмме Герси-Штрибека .

f_тр

I II III

ηV/P

I граничной смазки

II смешанной смазки

III гидродинамической смазки.

Зона существования граничной смазки наблюдается в узлах трения при высоких удельных нагрузках, низких скоростях относительного перемещения пар трения и повышенных температурах.

Граничный режим смазки характеризуется постоянным изнашиванием контактирующих тел.

В режиме граничной смазки в те или иные моменты эксплуатации работают те или иные узлы трения.

Гидродинамическая смазка – вид смазочного действия, при котором полное разделение поверхности трения разделяется смазочным материалам в результате давления самовозбуждающемся слоя жидкости при ограниченном движении поверхности.

Гидродинамическая смазка имеет место в цилиндрах поршневой группы, быстроходных легко нагруженных зубчатых передач.

Для возникновения давления в смазочном слое и возможности нести нагрузку при полном разделении поверхности трения, необходимы условия:

вязкость смазочного материала;
относительное скольжение частиц за счет перемещения поверхности трения и свойства прилипания жидкости к поверхности;
переменное сечение смазочного зазора сначала сужающегося затем расширяющегося.

Основные уравнения гидродинамической теории смазки:

закон сохранения массы в виде неразрывности потока: dp/dt+d(pUy)/dy+d(pUx)/dx+d(pUz)/dz;
закон сохранения количества движения и момента количества движения в малом фиксированном объеме жидкости выражается уравнением Стокса: dU/dt=F-1/grad p+υvu;
закон сохранения энергии: изменение во времени полной энергии объема жидкости = сумме работ масс поверхостных сил, приложенных к этому объему и количество теплоты, подведенной из вне в единицу времени.

Особенности геометрии смазочного слоя – это его малая толщина по координате z по сравнению с другими направлениями.

Гидростатическая смазка

В тех случаях, когда скорость относительного движения между сопряженными поверхностями мала и когда нужно обеспечить заданный зазор между деталями независимо от условий работы направляющих станков и в ряде других случаев применяется гидростатическая смазка. При гидростатической смазке смазочный материал подается под давлением в зазор между неподвижными поверхностями (давление рассчитывается определенным образом).

Гидростатическая смазка обеспечивает независимость толщины смазочного слоя от нагрузки и малые потери на внутреннее трение.

Гидростатодинамическая смазка

При этом виде смазочного действия разделение поверхности трения смазочным материалом достигается за счет как гидростатического давления, создаваемого карманом, так и гидродинамической смазки, возникающего на остальной поверхности.

Наиболее часто встречается гидростатодинамическая смазка в подшипниках, особенное значение имеет выбор формы и расположения карманов для обеспечения гидростатического давления, снижающих гидродинамическую составляющую давления в смазочном слое.

Эластогидродинамическая смазка

К 40м годам XX века было установлено, что во многих смазовыемых тяжело нагруженных или непереработанных узлах трения при контакте некомфорных или легкодеформируемых тел в подшипниках качения в полимерных или тяжелонагруженных подшипниках качения при обработке металла давлением при определенных условиях наблюдается жидкостная смазка, хотя толщина смазочного слоя, рассчитанная по уравнению Ренольца не превышает суммарной высоты микронеровностей поверхности. Создается эластогидродинамическая теория смазки позволяет создавать Эластогидродинамическая теорию смазки на условиях контакта при которых реализуется высокие давления, вызывающие упругое деформирование контактирующих тел и увеличивающие вязкость смазывающего материала в пленке жидкости, разделяющее это тело. При эластогидродинамической смазки минимальная толщина слоя смазывающего материала может на два порядка превышать толщину слоя смазывающего материала рассчитанного для данной теории. Этот данный слой выдерживает существенно большие давления, чем слои смазывающегося материала, постоянной вязкости разделяющей абсолютные жесткие поверхности трения.

ЛЕКЦИЯ

Граничная смазка

Практически все тяжело нагруженные узлы современных машин и механизмов смазанные жидкими или пластичными смазочными материалами при пуске/остановке или при высоких контактных нагрузках, при высоких температурах, низкие скорости относительного перемещения трущихся поверхностей работают в режиме граничной смазки. В этом случае поверхности трения не разделены слоем жидкости, а непосредственный металлический контакт, приводящий к повышенному изнашиванию и заеданию узла трения предотвращается или минимизируется вследствие образования на рабочих поверхностях пар трения граничного слоя различного происхождения.

Трение при граничной смазке сопровождается изнашиванием сопряженных деталей, причем продукты износа могут быть как частицы основного металла, так и продукты взаимодействия смазочного материала и металла.

Причины, по которым граничные слои снижают трение, износ и предотвращают заедание:

Граничные слои разделяют трущиеся поверхности на расстояния, превышающие радиус действия аргезионных сил, это значительно снижает эти силы, т.к. они резко уменьшаются при уменьшении расстояния между телами. Смазочный слой мономолекулярный уже заметно снижает трение отдельных деталей;
Граничные слои обладают анизотропией граничных свойств, выдерживают большие нормальные слои, не разрушаясь и при достаточно невысоких относительных тангенциальных силах в граничных слоях, происходит сдвиг по плоскостям наилучшего скольжения;
Активные компоненты смазочного материала, взаимодействуя с поверхностью пар трения, вызывают абсорбированное пластифицирование поверхностных слоев, избирательное растворение некоторых составляющих поверхностных свойств металла и перенос их на ответную поверхность тоже снижает сдвиговую прочность поверхностных слоев.

Смазочные материалы и его компоненты при граничной смазке

Активные компоненты смазочных материалов на нефтяной основе это либо включения поверхностно активных веществ, либо продукты превращения углеводородов смазочного материала во время их эксплуатации или хранения, либо специальные введенные присадки.

Современные смазочные материалы представляют смесь углеводороды различного значения: парафины, нафтены, ароматические углеводороды, продукты смешанного строения, активные вышеперечисленные компоненты.

В состав жидких и пластично смазочных материалов вводят специальные присадки, которые повышают противоизносные свойства и другие характеристики. Присадки, повышающие смазочную способность масел, бывают 2х видов:

ПАВы их смазочное действие основано на образовании сложных абсорбционных слоев, образуют на поверхности прочную абсорбционную пленку, препятствующую контакту трущихся тел;
Химические активные выделяющиеся при разложении активные компоненты S, P, Cl, O2, N образуют с металлом поверхностных слоев модифицированные слои, которые также препятствуют контакту металлических поверхностей при высоких режимах граничной смазке;

Любая присадка состоит из функциональной группы, которая обеспечивает противоизносные и противозадирные свойства и углеводородного радикала, который обеспечивает растворимость данной присадки в масле.

Смешанная полужидкостная смазка – режим смазочного действия, при котором существуют частично гидродинамическая или эластогидродинамическая и частично граничная смазка. Смешанная смазка может быть рабочим режимом узлов трения, но чаще всего возникает в узлах трения предназначенных для работы в условиях гидродинамической смазки…

Blog

Лекция требования к смазочным материалам

Содержание