Файл: Цуркан И.Г. Смазочные и защитные материалы учебник.pdf

Вязкость масла при больших давлениях значительно увеличивает­ ся, и за счет этого рост нагрузки на подшипник вызывает некоторое повышение подъемной силы.

В формуле (15) степень увеличения вязкости с давлением учитыва­ ется величиной у. Теория смазывания, _ учитывающая увеличение вязкости масла при высоких давлениях в контакте трения, получила название эластогидродинамической, или контактно-гидродинамиче­ ской, теории.

Согласно контактно-гидродинамической теории приведенный коэф­ фициент трения качения и минимальная толщина пленки масла h под катящимся роликом описываются следующими выражениями:

(16)

(17)

где сг и с2— постоянные величины.

Из этих соотношений вытекает, что чеіуі больше вязкость масла и величина пьезокоэффициента у, тем толще будет пленка масла под подшипником. С другой стороны, чем толще будет масляный слой, тем на большую площадь распространяется нагрузка и, следователь­ но, уменьшается напряжение на поверхностях трения.

Из контактно-гидродинамической теории также следует, что для образования масляного слоя необходим определенный зазор между роликом и кольцами подшипника. Если этот зазор недостаточен, то образующийся слой масла будет распирать подшипник и вызывать дополнительные напряжения и потери на трение.

1. О химическом составе смазочных масел

Наиболее широко применяемыми смазочными материалами явля­ ются нефтяные (минеральные) масла. Известно, что нефть представляет собой сложную смесь различных химических соединений, широко раз­ личающихся по температурам кипения. Разделить нефть на отдельные соединения, используя их различия по температурам кипения, прак­ тически невозможно, поскольку одной и той же температуре кипения может соответствовать большое количество разных соединений. По­ этому ограничиваются разделением нефти на группы соединений, имею-- щих более или менее близкие температуры кипения (фракции).

Обычно фракции, выкипающие при более низких температурах, обладают и меньшей вязкостью. Самые легкие фракции — бензины (начало кипения около 40° С, конец кипения около 200° С). Трактор­ ные керосины представляют собой фракции с началом кипения около

150° С и концом кипения около 300° С. Далее идут дизельные топлива (200—350° С). Все эти продукты используются как топлива для дви­ гателей. Они имеют очень малые значения вязкости и непригодны для применения в качестве смазочных масел. Примерно с 350° С кипят и выделяются фракции, используемые в качестве смазочных материалов.

Основная масса химических веществ, входящих в состав нефтей, представляет собой соединения углерода и водорода в различных ком­ бинациях, называемых углеводородами. Простейшим углеводородом является метан, относящийся к классу парафиновых углеводородов:

НI

Н—СI— Н или СН4.

н

Усложнение строения парафиновых углеводородов идет по такой

можно достраивать углеводородную цепь, прибавляя каждый раз груп­ пу, состоящую из одного атома углерода и двух атомов водорода.

При нормальных условиях парафиновые углеводороды с числом атомов углерода до пяти являются газообразными веществами. Начиная с шести атомов углерода, парафиновые углеводороды представляют

н

18

Очень распространены в нефтях углеводороды, содержащие так на­ зываемые кольчатые структуры. Один из типов колец представляет со­ бой цепь из пяти или шести атомов углерода, сомкнутую своими кон­ цами:

жать по нескольку колец с присоединенными к ним парафиновыми или изопарафиновыми цепями, например

н ы м и углеводородами. В исходных нефтях они не встречаются и мо­ гут образовываться лишь в процессе переработки нефти, в основном при термическом воздействии, приводящем к разрыву цепей (деструк­ ции), образованию осколков молекул со свободными валентностями (радикалов), либо к появлению новых комбинаций из углерода и во­ дорода, либо к возникновению углеводородов с двойными связями.

Однако двойные связи широко представлены в нефтях и продук­

нием этого типа является бензол

сн

А сн

и л а 6сн 5

ѵсн сн

19

Так же как и нафтеновые, ароматические углеводороды могут со­ держать в молекуле одно или несколько бензольных колец с присоеди­ ненными к ним парафиновыми или изопарафиновыми цепями.

• Кроме соединений чисто углеводородного состава, в маслах со­

нам, но не растворимые в бензоле.

Таким образом, нефтяные масла представляют собой смесь углево­ дородов разного строения и молекулярного веса, содержащих пара­ финовые, изопарафиновые, нафтеновые и ароматические структуры, а также асфальто-смолистых веществ, в которых присутствуют, кроме углеводородных группировок, атомы кислорода, серы и азота.

2. Физические свойства масляных фракций

Жидкие углеводороды нефти (нафтеновые, ароматические, нафте­ но-ароматические с парафиновыми цепями) находятся в масле в пол­ ностью растворенном состоянии (истинный раствор). Парафины высоко­ го молекулярного веса при высокой температуре также являются жидкими и полностью растворяются в смеси других углеводородов. Однако при понижении температуры они выделяются из раствора в виде кристаллических структур и образуют твердую фазу. Выделяющиеся кристаллы парафинов за счет молекулярного притяжения сцепляются друг с другом и создают пространственную кристаллическую сетку (каркас), которая отнимает у жидкой фазы способность перемещаться. В результате этого масло застудневает (застывает). Если масло имеет малую вязкость, то образование прочной кристаллической структу­ ры происходит при достаточно большой концентрации кристаллов па­ рафинов. Если вязкость велика, этот процесс будет проходить и при малом содержании кристаллов.

Очевидно, что способность масла к застыванию при температурах эксплуатации является крайне нежелательным свойством. Чтобы из­ бавиться от этого явления, применяют два способа улучшения масла: 1) в процессе переработки нефти на масла специальными методами удаляют высокомолекулярные парафиновые углеводороды (депара­ финизация); 2) вводят в масло особые вещества, способные препятст­ вовать сцеплению кристаллов парафина, т. е. образованию кристалли­ ческой сетки в масле. Эти вещества называются депрессорными, при­ садками, или депрессаторами. Наиболее распространенной присадкой

20