Смазочные материалы и спецжидкости

ТРЕНИЕ

Обобщенная формула для сил трения имеет следующий вид:

F =F _мол + F _мех = А + f N,

где F _мол = А = const – молекулярная составляющая силы трения; F _мех = f N – механическая составляющая, равная произведению коэффициента трения на силу нормального давления.

Виды трения

. 1.Этот режим называется трением ювенильных поверхностей, или просто ювенильным трением. Условия для такого режима трения возникают, например, в космосе и в ряде случаев на Земле.

 

2.Вторая граница отделяет область жидкостного трения, особенностью которого является полное разделение поверхностей слоем жидкости.

 

3.как область граничного трения. В данном случае тонкие пленки смазки, покрывающие металл, теряют свойства жидкости и проявляют упругость формы.

 

 

 

Рисунок 3 – Режимы трения на шероховатой поверхности

 

 

Рисунок 4 – Зависимость силы трения в подшипнике скольжения

от скорости и нагрузки

 

I – граничное трение; II – смешанное трение; III – гидродинамическое трение

1 – есть износ; 2 – нет износа

 

а) б)

 

Рисунок 6 – Огибающие затухающих колебаний

а) – «сухое» трение; б) – жидкостное трение

 

В заключение рассмотрим вопрос применения твердых смазок, в качестве которых обычно используют графит, дисульфид молибдена, а также полимеры (фторопласт, капрон).

 

 

ИЗНОС МАТЕРИАЛОВ

 

Износ является наиболее характерным видом разрушения поверхности деталей большинства машин и механизмов, таких как: поверхности трения фрикционных муфт, тормозных механизмов, зубчатые (редуктор станка-качалки), винтовые и червячные передачи, цилиндры, поршни и поршневые кольца двигателей и компрессоров, кулачковые механизмы, шарниры, оси и многие другие детали.

Износ – есть результат процесса постепенного изменения размеров детали по ее поверхности, происходящего под действием поверхностных сил при трении, связанного с потерей массы. Сам процесс называется изнашиванием.

Износостойкость - свойство материалов оказывать сопротивление изнашиванию

 

 

Таблица 1 – Виды фрикционных связей (это тоже как бы виды изнашивания)

 

Вид	Схема	Характер деформирования	Число циклов до разрушения	Условия существования
I		Упругое оттеснение материала	n ≥ n кр	h / R <0,01 (а) h / R <0,001 (б)
II		Пластическое оттеснение материала	1< n ≤ n кр	h / R <0,1 (в) h / R <0,3 (г)
III		Микрорезание материала	n = 1	h / R >0,1 (в) h / R >0,3 (г)
IV		Разрушение пленок окислов	n ≥ n кр	d t/ dh >0
V		Разрушение основного материала	n = 1	d t/ dh <0

 

а - черный металл; б - цветной металл; в - сухое трение; г - смазка

 

 

Рисунок 8 – Виды изнашивания

 

Абразивное изнашивание происходит в присутствии закрепленного или незакрепленного абразива или продуктов износа, играющих его роль. Преобладающий вид фрикционной связи – микрорезание (III, табл.1

Усталостное (I) – допустимый вид изнашивания. Характеризуется усталостным разрушением поверхностного слоя при многократном его деформировании при трении.

Адгезионное (V) – недопустимый вид изнашивания, связанный с глубинным вырыванием материала.

Избирательный перенос – процесс обмена группами атомов между сталью и медью (ее сплавами) в глицериносодержащих смазках.

Окислительное (IV) – наименее интенсивный вид изнашивания, когда металлы не взаимодействуют, а окисные пленки постоянно восстанавливаются после их износа.

Фреттинг-коррозия происходит в местах циклических контактных деформаций в пределах упругости.

К механическому также относятся эрозионное и кавитационное изнашивание.

Эрозионное изнашивание происходит в результате воздействия на поверхность потока жидкости (гидроэрозионное) или газа (газоэрозионное

Кавитационное изнашивание возникает, если при передвижении жидкости относительно тела в ней нарушается сплошность, образуются пузырьки, которые захлопываются вблизи поверхности, ударно воздействуя на нее.

Разновидностью коррозионно-механического являются электроэрозионное и водородное изнашивание.

Электроэрозионное изнашивание обусловлено воздействием проходящего через контакт деталей электрического тока.

Водородное изнашивание возникает при концентрации водорода в поверхностных слоях трущихся тел.

 

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ

 

Показателями износа являются:

линейный износ U (мкм) – изменение размера детали, измеренное по нормали к поверхности трения;

скорость изнашивания γ = dU/dt (мкм/ч), где t – время изнашивания;

интенсивность изнашивания J = dU/dS, где S – путь трения при изнашивании.

Иногда оперируют объемным или весовым износом.

давления p и скорости скольжения v. Данная зависимость установлена экспериментально и имеет следующий вид:

 

 

4.ИЗМЕРЕНИЕ ИЗНОСА

Классификация методов измерения износа приведена в таблице 3 [1].

 

Таблица 3 – Методы измерения износа

 

Метод оценки износа	Метод измерения
Интегральный	Суммарный износ	Изменение массы образца Изменение объема образца Изменение зазора в сопряжении
Продукты износа в смазке	Химический анализ Спектральный анализ Метод радиоактивных изотопов
Дифференциальный	Микрометрирование	Измерение размеров Профилографирование
Метод искусственных баз	Измерение отпечатков Измерение лунок Измерение слепков
Метод поверхностной активации	Активация участка Применение активированных вставок
Изменение выходных параметров сопряжения	Измерение утечки смазки

 

1 – начальный криволинейный участок

2 – прямолинейный участок II

3 – конечный участок III,

Рисунок 8 а – Кривая нарастания износа пары работающих деталей

 

Период приработки τ_пр сопряжения характеризуется наибольшей скоростью изнашивания деталей сопряжения.

Период нормального изнашивания (естественного изнашивания) характеризуется постоянной скоростью (tgα = const). Поэтому одна из основных задач технического обслуживания – своевременно определить момент предельного износа, предупредить аварийный износ, отремонтировать изношенное сопряжение и вернуть ему прежние эксплуатационные качества.

Толщина клеевого слоя оказывает существенное влияние на прочность соединения. Ее увеличение вызывает рост внутренних напряжений и увеличение числа дефектов в полимерной прослойке, следствием чего является снижение прочности соединения. Для большинства клеев оптимальна клеевая прослойка толщиной 0,05-0,1 мм.

На ремонтных предприятиях склеивание применяют для следующих работ:

- соединения частей разрушенных деталей;

- заделка свищей, трещин и раковин;

- посадка втулок в гнезда взамен запрессовки, приварки или пайки;

- восстановление и упрочнение прессовых посадок подшипников качения и скольжения;

Преимущества: Применение клеев значительно упрощает технологический процесс ремонта деталей, ускоряет его и снижает стоимость ремонта.

Недостатки клеевых соединений:

- невысокая температура эксплуатации (как правило, не превышает 200-300ºС);

- склонность к «старению» при воздействии различных внешних факторов;

- низкая прочность при неравномерном отрыве.

 

ТРЕНИЕ

Обобщенная формула для сил трения имеет следующий вид:

F =F _мол + F _мех = А + f N,

где F _мол = А = const – молекулярная составляющая силы трения; F _мех = f N – механическая составляющая, равная произведению коэффициента трения на силу нормального давления.

Виды трения

. 1.Этот режим называется трением ювенильных поверхностей, или просто ювенильным трением. Условия для такого режима трения возникают, например, в космосе и в ряде случаев на Земле.

 

2.Вторая граница отделяет область жидкостного трения, особенностью которого является полное разделение поверхностей слоем жидкости.

 

3.как область граничного трения. В данном случае тонкие пленки смазки, покрывающие металл, теряют свойства жидкости и проявляют упругость формы.

 

 

 

Рисунок 3 – Режимы трения на шероховатой поверхности

 

 

Рисунок 4 – Зависимость силы трения в подшипнике скольжения

от скорости и нагрузки

 

I – граничное трение; II – смешанное трение; III – гидродинамическое трение

1 – есть износ; 2 – нет износа

 

а) б)

 

Рисунок 6 – Огибающие затухающих колебаний

а) – «сухое» трение; б) – жидкостное трение

 

В заключение рассмотрим вопрос применения твердых смазок, в качестве которых обычно используют графит, дисульфид молибдена, а также полимеры (фторопласт, капрон).

 

 

ИЗНОС МАТЕРИАЛОВ

 

Износ является наиболее характерным видом разрушения поверхности деталей большинства машин и механизмов, таких как: поверхности трения фрикционных муфт, тормозных механизмов, зубчатые (редуктор станка-качалки), винтовые и червячные передачи, цилиндры, поршни и поршневые кольца двигателей и компрессоров, кулачковые механизмы, шарниры, оси и многие другие детали.

Износ – есть результат процесса постепенного изменения размеров детали по ее поверхности, происходящего под действием поверхностных сил при трении, связанного с потерей массы. Сам процесс называется изнашиванием.

Износостойкость - свойство материалов оказывать сопротивление изнашиванию

 

 

Таблица 1 – Виды фрикционных связей (это тоже как бы виды изнашивания)

 

Вид	Схема	Характер деформирования	Число циклов до разрушения	Условия существования
I		Упругое оттеснение материала	n ≥ n кр	h / R <0,01 (а) h / R <0,001 (б)
II		Пластическое оттеснение материала	1< n ≤ n кр	h / R <0,1 (в) h / R <0,3 (г)
III		Микрорезание материала	n = 1	h / R >0,1 (в) h / R >0,3 (г)
IV		Разрушение пленок окислов	n ≥ n кр	d t/ dh >0
V		Разрушение основного материала	n = 1	d t/ dh <0

 

а - черный металл; б - цветной металл; в - сухое трение; г - смазка

 

 

Рисунок 8 – Виды изнашивания

 

Абразивное изнашивание происходит в присутствии закрепленного или незакрепленного абразива или продуктов износа, играющих его роль. Преобладающий вид фрикционной связи – микрорезание (III, табл.1

Усталостное (I) – допустимый вид изнашивания. Характеризуется усталостным разрушением поверхностного слоя при многократном его деформировании при трении.

Адгезионное (V) – недопустимый вид изнашивания, связанный с глубинным вырыванием материала.

Избирательный перенос – процесс обмена группами атомов между сталью и медью (ее сплавами) в глицериносодержащих смазках.

Окислительное (IV) – наименее интенсивный вид изнашивания, когда металлы не взаимодействуют, а окисные пленки постоянно восстанавливаются после их износа.

Фреттинг-коррозия происходит в местах циклических контактных деформаций в пределах упругости.

К механическому также относятся эрозионное и кавитационное изнашивание.

Эрозионное изнашивание происходит в результате воздействия на поверхность потока жидкости (гидроэрозионное) или газа (газоэрозионное

Кавитационное изнашивание возникает, если при передвижении жидкости относительно тела в ней нарушается сплошность, образуются пузырьки, которые захлопываются вблизи поверхности, ударно воздействуя на нее.

Разновидностью коррозионно-механического являются электроэрозионное и водородное изнашивание.

Электроэрозионное изнашивание обусловлено воздействием проходящего через контакт деталей электрического тока.

Водородное изнашивание возникает при концентрации водорода в поверхностных слоях трущихся тел.

 

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗНАШИВАНИЯ

 

Показателями износа являются:

линейный износ U (мкм) – изменение размера детали, измеренное по нормали к поверхности трения;

скорость изнашивания γ = dU/dt (мкм/ч), где t – время изнашивания;

интенсивность изнашивания J = dU/dS, где S – путь трения при изнашивании.

Иногда оперируют объемным или весовым износом.

давления p и скорости скольжения v. Данная зависимость установлена экспериментально и имеет следующий вид:

 

 

4.ИЗМЕРЕНИЕ ИЗНОСА

Классификация методов измерения износа приведена в таблице 3 [1].

 

Таблица 3 – Методы измерения износа

 

Метод оценки износа	Метод измерения
Интегральный	Суммарный износ	Изменение массы образца Изменение объема образца Изменение зазора в сопряжении
Продукты износа в смазке	Химический анализ Спектральный анализ Метод радиоактивных изотопов
Дифференциальный	Микрометрирование	Измерение размеров Профилографирование
Метод искусственных баз	Измерение отпечатков Измерение лунок Измерение слепков
Метод поверхностной активации	Активация участка Применение активированных вставок
Изменение выходных параметров сопряжения	Измерение утечки смазки

 

1 – начальный криволинейный участок

2 – прямолинейный участок II

3 – конечный участок III,

Рисунок 8 а – Кривая нарастания износа пары работающих деталей

 

Период приработки τ_пр сопряжения характеризуется наибольшей скоростью изнашивания деталей сопряжения.

Период нормального изнашивания (естественного изнашивания) характеризуется постоянной скоростью (tgα = const). Поэтому одна из основных задач технического обслуживания – своевременно определить момент предельного износа, предупредить аварийный износ, отремонтировать изношенное сопряжение и вернуть ему прежние эксплуатационные качества.

СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СПЕЦЖИДКОСТИ

Надежность машин в целом, их отдельных узлов и механизмов в значительной степени зависит от правильного выбора и применения смазочных материалов.

Смазочные материалы выполняют следующие основные функции:

- снижают силы трения и как следствие потери мощности на преодоление этих сил;

- снижают износ трущихся поверхностей деталей вследствие создания граничного или жидкостного трения;

- смывают с поверхностей трения продукты износа и абразивные частицы;

- охлаждают детали, работающие в условиях высоких температур, а также детали, нагревающиеся вследствие воздействия сил трения;

- амортизируют и демпфируют ударные нагрузки;

- уплотняют зазоры в сопряжениях деталей;

- снижают шум и вибрации при контакте металлических поверхностей;

- защищают от коррозии.

 

По природе смазочные материалы подразделяют на:

1) минеральные - получаемые из нефти, угля, сланцев;

2) органические – получаемые из жира животных;

3) растительные – получаемые из хлопка, клещевины, конопли;

4) синтетические – получаемые путем химического синтеза.

 

По физическому состоянию различают:

1) жидкие масла;

2) пластичные смазочные материалы;

3) твердые смазочные материалы.

 

Также к смазочным материалам относятся консервационные масла и смазки, рабочие жидкости для гидравлических систем и смазочно-охлаждающие технологические жидкости и средства.

 

6.ЖИДКИЕ СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

 

Наибольшее распространение получили минеральные масла, получаемые вакуумной перегонкой мазута. Первичный продукт – дистилляты, которые являются полуфабрикатами для изготовления масел малой и средней вязкости. Вторичный продукт – масляный гудрон, из которого получают более тяжелые и вязкие масла – остаточные.

По назначению присадки различают на:

- антифрикционные, применяемые для стабилизации или снижения сил трения;

- вязкостные, улучшающие вязкостно-температурные свойства масел;

- антикоррозионные, снижающие коррозионное воздействие масел на металл;

- моющие, уменьшающие углеродистые отложения у двигателей;

- многофункциональные (улучшающие несколько свойств).

Синтетические масла – диэфирные, фосфороорганические и др. обладают высокой термостойкостью, хорошими смазочными свойствами и низкой испаряемостью.

В маркировке масел буквы могут указывать способ очистки и область применения, например:

В – выщелоченное; М – моторное; И – индустриальное; Т – турбинное;

К – компрессорное; ТК – трансформаторное; З – загущенное.