Должны ли смазочные материалы смачивать трущиеся металлы
Обновлено: 19.05.2024
Выбор смазочного материала для смазки машин и механизмов зависит от многих условий, главными из которых являются: рабочий режим (нагрузка, скорость, температура), особенности рабочего и технологического процесса, конструкция подшипников и трущихся поверхностей. Имеют значение и место установки (внутри помещения или на открытом воздухе), а также влажность, наличие паров, агрессивных газов и другие условия.
Обычно завод-изготовитель указывает для каждой машины сорт применяемого масла или смазки, исходя из нормальных условий эксплуатации, но иногда в силу специфических местных условий и рабочего режима приходится заново подбирать сорта масел и смазок. Выбор смазочных материалов производится также в следующих случаях: для вновь проектируемых и изготовляемых машин, для импортного оборудования, для машин после модернизации, для действующего оборудования при резком изменении рабочего режима или температуры.
Задача правильного выбора состоит в том, чтобы выбранный смазочный материал создавал между трущимися поверхностями прочный масляный слой необходимой толщины, который разделял бы эти поверхности, уменьшал трение и предотвращал износ, заменяя трение рабочих поверхностей трением слоев смазки. Этот масляный слой не должен выдавливаться из зазоров при данной рабочей температуре, скорости и давлении. Кроме того, масло должно предохранять трущиеся поверхности от коррозии и предупреждать их нагрев. Сам смазочный материал не должен при этом окисляться под действием металла и воздуха, высыхать с образованием твердых пленок и не должен оказывать вредного действия на кожу рук, органы дыхания и зрения у обслуживающего персонала.
Для обеспечения прочного масляного слоя масло должно обладать достаточной вязкостью. Поэтому вязкость является основным свойством, определяющим выбор масла для различных условий применения.
Выбор масел по степени очистки производится в зависимости от их целевого назначения. Так, для гидросистем и циркуляционной смазки масло должно быть высокоочищенным, а для проточной, ручной смазки или смазки погружением в масляную ванну может быть применено масло меньшей степени очистки, например выщелоченное.
Консистентные смазки для обеспечения прочного смазочного слоя должны быть устойчивыми против выжимания из зазоров между трущимися поверхностями, не плавиться и не вытекать при максимальной рабочей температуре, обладать хорошей прокачиваемостью. Поэтому для консистентных смазок основными свойствами, определяющими их выбор, является температура каплепадения и число пенетрации.
Кроме этих основных свойств, мази также должны обладать и другими качествами: так, при влажной среде быть влагостойкими – смазки кальциевого основания, при высокой температуре быть тугоплавкими – натриевого основания.
Основными факторами, влияющими на работоспособность смазочных материалов, являются: нагрузка (удельное давление), скорость, температура, состояние трущихся поверхностей, расположение трущихся пар, характер движения и нагрузки, способ и место подвода смазки. Чем больше удельное давление, тем более вязким и маслянистым должно быть применяемое масло. При больших удельных давлениях и недостаточной вязкости может происходить выжимание смазки, разрыв смазочного слоя, в результате чего жидкостное трение может перейти в полужидкостное и даже в полусухое и вызвать быстрый износ деталей.
Скорость относительного перемещения трущихся частей или дружная скорость в м/сек влияет на выбор смазочного материала. Чем больше скорость, тем меньше должна быть вязкость масла. При увеличении скорости движения увеличивается расклинивающее действие масла и проникновение его в зазор между трущимися поверхностями, например между направляющими стола и станины, между цапфой вала и подшипником. Для высокооборотных станков применяют обычно маловязкие масла; если же они вызывают повышенный износ, а высоковязкие масла приводят к перегреву и большим потерям энергии на преодоление трения, то в этом случае рекомендуется применять маловязкие масла с присадками, повышающими их маслянистость.
При больших скоростях движения трущихся деталей применение консистентных смазок без постоянной принудительной их подачи под давлением не рекомендуется, так как смазка вытесняется из зазоров и вновь не пополняется, вследствие чего происходит нагрев и повышенный износ трущихся частей. При числах оборотов выше 2500 – 3000 в минуту под действием центробежных сил усиливается расслоение консистентной смазки с выделением масла и загустителя, который затем затвердевает и вызывает заедание подшипников.
Для одновременного учета удельного давления р и скорости J на практике часто пользуются произведением этих величин. В технических справочниках обычно приводятся таблицы рекомендуемых значений pJ. Если, например, в результате модернизации станка произошло в целом увеличение величины pJ, то следует соответственно увеличить вязкость масла или улучшить его подачу – подавать под давлением.
Для смазки жидкими маслами подшипников качения, имеющих диаметр d мм и число оборотов п в минуту, при факторе скорости dn до 400 000 и работе их при нормальных температурах и нагрузках обычно рекомендуется применение подачи жидких масел под давлением или без него, в зависимости от конструктивного решения системы смазки. При факторе скорости свыше 600 000 в большинстве случаев рекомендуется капельная смазка или смазка масляным туманом. Для подшипников, работающих в широком температурном интервале (от – 55 до +250°) и при высоких скоростях, когда фактор скорости dn находится в пределах от 500 000 до 1000000, рекомендуется применять жидкую смазку распылением. Температура рабочих поверхностей и окружающей среды является одним из факторов, определяющим выбор смазочного материала, при ее повышении вязкость масла уменьшается, консистентные смазки могут расплавляться и вытекать, смазочный слой становится все более тонким, что может привести к усиленному износу трущихся поверхностей.
Чем выше рабочая температура, тем выше должна быть вязкость масла. В этих случаях применяют вязкие масла с высокой температурой воспламенения и малой испаряемостью (цилиндровые), а при низких температурах – маловязкие масла с низкой температурой застывания (веретенное АУ, индустриальное 12 и 20, трансформаторное).
Из консистентных смазок при температурах 70 – 120° обычно применяются тугоплавкие смазки типа консталинов, при температурах 0 – 60° – солидолы, при низких температурах – морозостойкие смазки № 21, НК-30, ЦИАТИМ-201 и др.
Состояние трущихся поверхностей определяет характер трения между ними и обусловливает выбор сорта смазочного материала. Грубо обработанные или вновь изготовленные и неприработавшиеся поверхности требуют применения масла повышенной вязкости. В дальнейшем, после приработки поверхностей, вязкость может быть уменьшена. Увеличение зазора вследствие износа, например, цапфы и разработка отверстия подшипника приводит к возрастанию вибрации вала, усиливает выжимание масла, мешает образованию прочного масляного слоя. Поэтому для изношенных подшипников следует применять масло повышенной вязкости и несколько увеличивать его подачу. Для особо точных механизмов следует применять масла с меньшей вязкостью.
Имеет значение также расположение трущихся пар. Для вертикальных направляющих применяют масла с большей вязкостью. Для подшипников вертикальных валов, во избежание вытекания, предпочтительнее применять не масла, а консистентные смазки.
Должен учитываться при выборе смазочных материалов характер движения и нагрузок. При возвратно-поступательном движении и реверсировании, при наличии толчков, ударов и знакопеременных нагрузок затруднено образование постоянного прочного масляного слоя. В этих случаях следует применять высоковязкие масла с хорошей маслянистостью.
Большое значение для выбора и применения смазочных материалов имеют конструктивные особенности системы смазки: способ и место подвода смазочного материала, тип насоса или масленки, форма и расположение смазочных канавок, количество и режим подачи. Циркуляционная система под давлением с непрерывной подачей масла позволяет применять масла меньшей вязкости, чем при подаче самотеком, разбрызгиванием или при ручной смазке.
При выборе смазочных материалов необходимо прежде всего решить, что целесообразно применять – минеральное масло или консистентную смазку. Обе эти группы имеют свои особенности, поэтому рассмотрим преимущества и недостатки масел и смазок.
Преимущества смазочных масел по сравнению с консистентными смазками:
1) большая стабильность и чистота; 2) низкий коэффициент внутреннего трения; 3) лучшая работоспособность при высоких числах оборотов и большом числе ходов при возвратно-поступательном движении; 4) хорошая работоспособность при высоких температурах; 5) лучшая работа подшипников при низких температурах, так как температура застывания масел обычно ниже, чем у мазей; 6) охлаждающее действие масел; 7) возможность применения фильтров, регулирующих и контрольных устройств для наблюдения за подачей и уровнем масла; 8) простота смены и добавки масла – без разборки механизма – путем слива и залива через соответствующие отверстия; 9) возможность сбора отработанного масла, его регенерации и повторного использования.
Недостатками смазочных масел являются:
1) повышенные утечки через зазоры в разъемах корпусов и неплотности соединений маслопроводов; 2) необходимость применения более сложных уплотнений; 3) более частая доливка; 4) повышенная пожароопасность.
Преимущества консистентных смазок:
1) хорошая работоспособность при малых скоростях и высоких удельных давлениях, а также при высоких температурах, ударных и знакопеременных нагрузках, при частых остановках и включениях; 2) экономичность, длительный срок службы; 3) хорошо сохраняют смазочный слой; 4) хорошо удерживаются в корпусе подшипника; 5) заполняя все свободное пространство корпуса подшипника, смазки препятствуют проникновению в него пыли. Консистентные смазки применяют для смазки подшипников в условиях влажной и пыльной среды, причем для влажной среды следует применять смазки на кальциевой основе, как более влагостойкие; они лучше работают при смазке открытых зубчатых передач и трущихся тихоходных и тяжелонагруженных механизмов.
Недостатками консистентных смазок являются:
1) меньшая стабильность по сравнению с маслами; 2) возможность расслоения, расплавления и вытекания при длительной работе с высокой температурой; 3) худшая работа при низких температурах; 4) необходимость разборки и промывки механизма при смене смазки; 5) возможные затруднения при подводе смазки к смазываемым точкам вследствие меньшего разнообразия конструктивных решений смазочных устройств.
Правильный выбор сорта смазочного материала для всего агрегата в целом затрудняется тем, что отдельные узлы его по своим конструктивным особенностям и режимам работы требуют различных по качеству смазок, а также и тем, что режим агрегата в процессе работы часто меняется. Поэтому выбор сорта смазки производят с ориентацией на наиболее важные узлы агрегата и по наиболее характерному рабочему режиму. Число сортов смазочных материалов при этом следует сводить к минимуму, а разные узлы смазывать одним и тем же маслом за счет подбора режима и регулировки подачи к каждому узлу.
Должны ли смазочные материалы смачивать трущиеся металлы
Вода, вдавливаясь в скважины, стенки которых ею не смачиваются, образует выпуклые мениски, которые, стремясь сократиться, уравновешивают давление воды и препятствуют ее проникновению в скважины.
Пленка воды между нитками ткани, прогибаясь под давлением воздуха в наволочке, образует выпуклые мениски в каждом прямоугольнике ткани. Поверхностное натяжение в выпуклом мениске создает лапласово давление, которое уравновешивает давление воздуха в наволочке и удерживает в ней воздух.
Когда волокна веревки покрываются пленкой воды, они сближаются между собой под действием поверхностного натяжения пленки. Вследствие этого спирали волокон делаются круче, а веревка - толще и короче.
Под действием сил поверхностного натяжения. (См. ответ к предыдущей задаче.)
Алюминий не смачивается расплавленным оловом.
Должны. Смачивающая металл смазка заполняет неровности его поверхности. После этого сухое трение между металлами заменяется меньшим трением между слоями смазки.
Тяговое сопротивление плуга уменьшится, так как уменьшится сила сцепления отвала с почвой.
Затем явление будет повторяться много раз подряд, пока из воды не выйдет газ. Почему пузырьки газа легче образуются на ягоде, чем на стенках стакана?
Ягода винограда не смачивается водой.
Бородки перьев, смазанные жиром, не смачиваются водой и образуют своеобразную сетку, которая не пропускает воды. Кроме того, слон воздуха, заключенный между перьями птицы, увеличивает плавучесть ее тела.
. плавучесть стекла в ртути (разность плотностей ртути и стекла) гораздо больше, чем дерева в воде. Почему?
Ртуть не смачивает стекло и не подтекает под лежащую на дне сосуда пластинку, поэтому и не выталкивает ее, а прижимает ко дну.
. Чтобы переместить ртуть дальше, внутрь стеклянной трубки вводят мягкую железную проволоку. Наклонив трубку, помещают ртутный столбик там, где это требуется. Объясните явление.
Несмачивающая жидкость приняла бы форму шара, окруженного воздухом. Смачивающая жидкость растеклась бы по внутренней поверхности сосуда, а внутри ее был бы воздушный пузырь.
Вследствие полного смачивания водой стенок стакана и отсутствия весомости вода покроет все стенки стакана как внутри, так и снаружи.
Растекание чернил происходит вследствие наличия капилляров между образующими бумагу волокнами - чернила втягиваются в них, и линии, проведенные пером на бумаге, получаются размытыми. Чтобы устранить растекание, надо заполнить эти капилляры какой-либо затвердевающей жидкостью.
Шерсть и шелк водой плохо смачиваются.
Бензин пли керосин, поднимаясь по тряпочной пробке вследствие капиллярности, будет смачивать поверхность бидона. Это приведет к потере горючего при хранении.
Нажимая на перо при письме, мы расширяем разрез пера, увеличиваем радиус «капилляра»; чернила постепенно опускаются с пера на бумагу.
Слежавшаяся почва содержит капилляры, по которым влага поднимается на поверхность и испаряется, рыхление разрушает капилляры.
Мел имеет капилляры меньшего диаметра, чем губка.
Какую роль играет предварительная «грунтовка» таких поверхностей олифой?
Масло впитывается в капилляры, а красящий порошок остается на поверхности и легко осыпается с нее. В загрунтованную поверхность масло не впитывается и затвердевает вместе с красящим веществом, образуя блестящий слой, весьма прочный и не растворимый в воде.
б) При каких условиях температура воды в этом сосуде будет такой же, как и окружающая температура?
а) Вода проходит сквозь капилляры сосуда и испаряется. Сосуд и содержащаяся в нем вода охлаждаются, б) Если покрыть сосуд глазурью и накрыть крышкой или поместить его в пространство насыщенного водяного пара, то вода испаряться не будет, тогда температура воды и среды будет одинакова.
Назначение смазочных материалов. Эксплуатационные требования. Виды трений
Основное назначение смазочных материалов - уменьшение износа трущихся деталей и снижение затрат энергии на преодоление трения. Кроме этих функций, смазочные материалы выполняют и другие: отводят тепло от трущихся пар, предохраняют детали от коррозии, очищают поверхности трения от продуктов износа и других примесей, герметизируют узлы трения.
В зависимости от характера относительного перемещения поверхностей различают трение скольжение и трение качения. Сила трения качения всегда меньше силы трения скольжения, поэтому там, где это возможно, предпочтительнее применять подшипники качения.
Различают следующие виды масел:
1. Минеральные или нефтяные, являющиеся основной группой выпускаемых смазочных масел. В зависимости от способа получения они классифицируются на дистилятные, остаточные, компаундированные или смешанные;
2.Растительные и животные, имеющие органическое происхождение. Растительные масла получают путем переработки семян определенных растений. Животные масла вырабатывают из животных жиров. Данные масла по сравнению с нефтяными обладают более высокими смазывающими свойствами и более низкой термической устойчивостью. Поэтому их чаще используют в смеси с нефтяным;
3.Синтетические, получаемые из различного исходного сырья различными методами (каталитическая полимеризация жидких или газообразных углеводородов нефтяного и ненефтяного сырья; синтез кремнийорганических соединений). Синтетические масла обладают всеми необходимыми свойствами, однако из-за высокой стоимости применяются только в самых ответственных узлах трения.
По агрегатному состоянию смазочные материалы делятся на:
- жидкие смазочные масла, которые в обычных условиях являются жидкостями, обладающими определенной текучестью ( нефтяные и растительные масла);
- пластичные или консистентные смазки, которые в обычных условиях находятся в мазеобразном состоянии (технический вазелин, солидолы, консталины, жиры). Они подразделяются на антифрикционные, консервационные, уплотнителъные;
- твердые смазочные материалы, которые не изменяют своего состояния под действием температуры, давления (графит, слюда, тальк). Их обычно применяют в смеси с жидкими или пластичными смазочными материалами.
По назначению смазочные материалы делятся на масла:
- моторные, предназначенные для двигателей внутреннего сгорания;
- трансмиссионные, применяемые в трансмиссиях автомобилей и других машин;
- гидравлические - для гидросистем различных машин.
По температуре применения различают:
- низкотемпературные, для температуры не более 60°С;
- среднетемпературные, применяемые при температурах 150 - 200°С;
- высокотемпературные, используемые в узлах, которые подвергаются воздействию температур до 300°С и выше.
Смазочные масла должны обладать соответствующими вязкостью и индексом вязкости, высокой термоокислительной устойчивостью и хорошими противокоррозионными свойствами, противоизносными качествами и хорошей прокачиваемостью при различных температурах окружающей среды. Масла должны обеспечивать максимально возможный срок службы и не образовывать на поверхностях деталей различные отложения. Чтобы удовлетворить весь комплекс требований, предъявляемых к смазочным маслам широко используют специальные добавки (присадки).
По наличию и распределению на трущихся поверхностях смазочного материала различают следующие виды трения: сухое, когда между трущимися поверхностями отсутствует смазочное вещество; жидкостное, при котором трущиеся поверхности полностью разделены слоем смазочного вещества; граничное, когда трущиеся поверхности разделены тончайшим молекулярным слоем адсорбированных на них смазочных веществ; полужидкостное - переходное между жидкостным и граничными видами трения.
Сухое трение - самое опасное для узлов и механизмов, так как сопровождается резким увеличением износов, потерей энергии на трение, температур. Жидкостное трение обеспечивается, если смазывающая жидкость полностью разделяет трущиеся поверхности, т.е. трение между твердыми телами заменяется трением между частицами жидкости. При этом в 10 - 15 раз снижаются затраты мощности на преодоление трения, резко уменьшаются износ и нагрев деталей, узел трения выдерживает более высокие нагрузки. Работа узла трения, а следовательно, машины в целом становится более продолжительной, надежной.
Образование масляного слоя между трущимися поверхностями при заданной нагрузке зависит от скорости их относительного перемещения и вязкости масла.
Надежность масляного слоя, а следовательно несущая способность подшипников с повышением частоты вращения вала и вязкости масла уменьшается.
Коэффициент жидкостного трения составляет 0,001- 0,01, а минимальная толщина масляного слоя при жидкостном трении для автотракторных двигателей равна 4 -6 мкм.
В ряде случаев двигатель может кратковременно работать в неблагоприятных условиях (резкое возрастание нагрузки, значительное снижение частоты вращения вала, перегрев двигателя, чрезмерное понижение вязкости масла), при которых гидродинамический слой масла нарушается, и жидкостное трение переходит в граничное. При этом между трущимися поверхностями остается очень тонкий слой масла. Пленка масла на металлической поверхности прочно удерживается силами межмолекулярного взаимодействия. Оно зависит от смазывающей способности масла и физико-химических свойств поверхностей трения. Толщина слоя масла составляет 0,1 - 1,0 мкм. Коэффициент трения составляет 0,01 - 0,1.
Все смазочные масла обладают смачиваемостью, т.е. способностью растекаться тонким слоем на поверхности металла. Эта способность зависит от внутренних сил сцепления. В данном случае силы взаимодействия между металлом и частицами масла больше силы молекулярного взаимодействия между частицами масла. Смазывающая способность масла имеет очень важное значение во многих случаях эксплуатации ДВС: во время пуска или при прогреве двигателя.
Полужидкостной смазкой называют такой режим трения, когда наряду с жидкостной имеет место и граничная смазка (например, при пуске и остановке двигателя, неустановившейся нагрузке, резком изменении скорости). Полужидкостное трение будет наблюдаться при высоких удельных нагрузках и рабочих температурах, низкой вязкости масла, нарушении герметичности деталей, недостаточном поступлении масла, попадании в него абразивных и механических примесей.
Определить марку моторного масла, если известны следующие данные: =11,2 сСТ, индекс вязкости 95, щелочность 6,0 мг/г, зольность - 1,15%, температура вспышки 223 0 С, температура застывания ‑ (-19 0 С). В каких двигателях и в какое время года можно использовать данное масло?
1.По условию задачи, используя справочные данные, устанавливаем марку масла. Это моторное масло марки ___________
2.По кинематической вязкости, индексу вязкости и температуре застывания можно заключить, что масло __________
Данное масло можно использовать ________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Тема 6. Сведения о трении, износе и видах смазочных материалов
6.2 Виды изнашивания поверхностей деталей
Изнашивание (износ) - это процесс, взаимосвязанный с трением, который происходит в результате целого ряда различных явлений, возникающих при перемещении сопряженных трущихся поверхностей. Принято различать следующие виды изнашивания: механическое (абразивное), молекулярно- механическое и коррозионно-механическое.
Механическим называют изнашивание, образующееся при сопряжении рабочей поверхности с достаточно твердыми телами, которые могут царапать ее или резать.
Молекулярно- механическое изнашивание характеризуется вырыванием частиц рабочих поверхностей в результате их налипания и наволакивания, а также переносом металла с поверхности одного сопряженного тела на поверхность и в приповерхностный слой другого.
Коррозионно-механический износ наблюдается, когда трущиеся поверхности находятся в агрессивной среде, которая химически действует на них, в результате чего наряду с механическим происходит коррозионный износ. При этом продукты химического взаимодействия (оксиды) отделяются при трении или смываются смазочным маслом.
При эксплуатации автомобилей и других самоходных машин изнашивание деталей носит более сложный, комплексный характер, Например, изнашивание гильз цилиндров двигателя и поршневых колец происходит под действием абразива (дорожная или почвенная пыль), продуктов сгорания топлива, образующих агрессивную среду (серная кислота и т.п.), а также высокой температуры, давления и кислорода воздуха. Для этой группы деталей сочетаются закономерности всех трех видов износа.
Изучая характер изнашивания трущихся поверхностей, следует учитывать попадание в смазочное вещество влаги, пыли, продуктов изнашивания, органических кислот и другие явления.
6.3 Виды смазочных материалов и предъявляемые к ним требования
Читайте также: