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.