Файл: Эксплуатационные свойства и применение горючего, смазочных материалов и специальных жидкостей учебное пособие..pdf

А Н Т И Ф Р И К Ц И О Н Н Ы Е С В О Й С Т В А М А С Е Л

Значение антифрикционных свойств. Под антифрикционными свойствами масел понимают их способность снижать затраты энер­ гии на преодоление трения в машинах и агрегатах.

При взаимном относительном перемещении поверхностей всег­ да возникают силы, направленные в сторону, противоположную движению и тормозящие это движение; эти силы получили назва­ ние сил трения.

Различают трение скольжения и трение качения.

По наличию и состоянию смазочного слоя между трущимися поверхностями различают следующие виды трения: сухое, гранич­ ное и жидкостное (рис. 66). В определенных условиях может воз­ никать промежуточный вид трения: полусухое, полужидкое.

Рис. 66. Виды трения:

а-сухое, 6 —граничное, в—жидкостное.

Всякое трение приводит к понижению коэффициента полезного действия машин, агрегатов и механизмов. Энергия, затрачиваемая на преодоление трения в машинах, может достигать больших ве­

245

личин. В современном автомобиле на преодоление трения расхо­ дуется около 20% мощности, развиваемой двигателем; в поршне­ вом авиационном двигателе и мощном форсированном дизеле — 8—9%; в воздушно-реактивном двигателе— 1,5—2%.

Трение является причиной износа и заедания деталей машин. Чем больше трение, тем интенсивнее изнашивание и, следователь­ но, короче срок службы машины или агрегата, меньше надежность их работы и выше эксплуатационные расходы.

Затраты энергии на трение. Основными факторами, определяю­ щими затраты энергии на трение в узлах, являются вид и природа трения и антифрикционные свойства смазочного материала.

Наибольшие затраты на преодоление трения наблюдаются при сухом трении. Величина силы сухого трения зависит от природы и степени обработки трущихся поверхностей, наличия окисных и адсорбционных пленок, нагрузки на трущиеся поверхности и ско­

Коэффициент трения для металлов и пластмасс находится в пределах 0,1—0,5. Он уменьшается при повышении твердости тела и чистоты обработки его поверхности. Наличие окисных пленок приводит к уменьшению коэффициента трения в силу ослабления адгезионных сил.

Коэффициент трения движения меньше коэффициента трения покоя. Это обусловливается тем, что при движении под воздейст­ вием тепла и химических процессов происходит изменение свойств поверхности, приводящее к уменьшению трения.

Трение между взаимно перемещающимися поверхностями мо­ жет быть уменьшено одним из следующих способов:

— между относительно перемещающимися поверхностями вво­ дят геометрически правильные, хорошо обработанные тела качения (так, например, шариковые и роликовые подшипники);

— между трущимися поверхностями создают и поддерживают устойчивую смазочную пленку (жидкую или пластичную).

Трение качения меньше трения скольжения. Коэффициент тре­ ния в подшипниках качения без смазки составляет 0,001—0,005, тогда как коэффициент трения скольжения при жидкостном тре­ нии лежит в пределах от 0,005 до 0,01.

Сила трения качения выражается следующим уравнением:

246

Величина коэффициента трения качения зависит от материала и состояния поверхностей и радиуса катка.

Граничное трение в основном подчиняется законам сухого тре­ ния. так как оба эти явления развиваются в поверхностных слоях. Однако затраты энергии на трение при граничном трении в 5—• 10 раз меньше, чем при сухом. Уменьшение затрат энергии в обла­ сти граничного трения обусловливается наличием слабых сило­ вых полей между слоями молекул адсорбированного смазочного вещества.

го органические соединения серы и хлора, происходит только при повышенных температурах. Наименьший коэффициент трения на­ блюдается у масла, содержащего органические соединения серы и хлора, а также жирные кислоты.

Наибольшее снижение затрат энергии достигается при жидкост­ ном трении, когда сила трения в основном зависит от внутреннего трения между слоями смазочного материала.

При гидродинамическом режиме смазки молекулы углеводо­ родов и других веществ, содержащихся в масле, благодаря силам адсорбции прочно удерживаются на трущихся поверхностях. Про­ межуточные слои масла перемещаются в зазоре между трущими­

теорию смазки, сущность которой заключается в следующем. При вращении шейки вала (рис. 68) адсорбированные на ней слои мас­ ла увлекают основную его массу. Между шейкой вала и нижним вкладышем подшипника развивается гидродинамическое давление

247

и образуется масляный клин. Под действием его шейка вала при­ поднимается и между относительно перемещающимися поверхно­ стями образуется зазор, заполненный маслом. Минимальный за­ зор между валом и подшипником смещается в сторону вращения вяля.

Рис. Ь8 . Механизм образования масляного клина в под­ шипниках скольжения.

При повышении числа оборотов шейки вала возрастает гидро­ динамическое давление в слое масла и минимальный зазор увели­ чивается.

Базируясь на законах Ньютона о трении в жидкостях и своих исследованиях работы подшипников скольжения, профессор !i. П. Петров предложил формулу для выражения силы трения при жидкостном трении

где р — коэффициент динамической вязкости смазочного масла; и —линейная скорость вращения шейки вала;

S — поверхность трения; h —толщина слоя масла.

248

Из формулы видно, что сила трения прямо пропорциональна вязкости масла, скорости относительного перемещения смазывае­ мых деталей и величине поверхности трения и обратно пропорцио­ нальна толщине слоя масла.

Минимальная толщина масляного слоя выражается следующим уравнением:

где Р — нагрузка на шейку вала;

kK— коэффициент нагруженности подшипника.

При жидкостной смазке характер режима трения определяется коэффициентом надежности работы подшипника, который равен

' ч п т к р

Практика эксплуатации машин и теоретические исследования показали, что подшипники скольжения будут работать при жид­ костном режиме, если X = 1,5—2.

Минимальная величина коэффициента трения будет при ис­ пользовании маловязкого масла. Однако при понижении вязкости уменьшаются несущая способность и минимальная толщина мас­ ляного слоя.

Идеальная жидкостная смазка будет в том случае, когда фак­ тическая толщина масляного слоя равна минимальной критиче­

нагрузки на подшипник приводит к повышению температуры, сни­ жению вязкости масла и уменьшению толщины масляного слоя. В результате уменьшается число оборотов и тепловыделение в под­ шипнике, а это в свою очередь, приводит к понижению температуры и повышению вязкости масла.

Показатели антифрикционных свойств. Антифрикционные свой­ ства смазочных масел характеризуются вязкостью и пластич­ ностью, проявляющейся при низких температурах.

Структурно-механические свойства смазочных материалов мо­ гут быть достаточно хорошо выражены с помощью графика

249

(рис. 69). По характеру перемещения слоев под действием внешних сил смазочные материалы могут быть отнесены к одной из групп: ньютоновская и неньютоновская жидкости, идеально пластичное и квазипластичное тела.

тел начинается после то­ го, как напряжение сдвига превысит минимально допустимое, на­ зываемое пределом прочности. Квазипластичное вещество течет с постепенно нарастающей скоростью.

Для оценки реологических свойств смазочных материалов, яв­ ляющихся при положительных температурах ньютоновскими жид­ костями, используется один показатель — вязкость, а у дисперс­ ных систем — три показателя: модуль упругости, напряжение сдви­ га и эффективная вязкость.

Вязкость и вязкостно-температурные свойства. Вязкостью, или внутренним трением, называют свойство жидкости, проявляюще­ еся в сопротивлении относительному перемещению ее слоев под действием внешних сил.

Величина вязкости смазочного масла зависит от его группового углеводородного и фракционного состава.

Нефтяные масла состоят из алкановых, циклановых, аромати­ ческих и циклано-ароматических углеводородов и частично их про­ изводных, содержащих серу, кислород и азот. Носителями вязко­ сти масла являются циклические, в основном циклановые, углево­ дороды. При увеличении числа циклов, а также количества, длины и разветвленности боковых цепей углеводородов возрастает их вязкость. Вязкость возрастает также при повышении молеку­ лярного веса углеводородов одного класса.

При утяжелении фракционного состава масел их вязкость по­ вышается.

Вязкость смазочных масел оценивается коэффициентами динамической, кинематической, а иногда и условной вязкости. Коэф-

250