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

фипиенты динамической и кинематической вязкости являются аб­ солютными величинами и определяются с помощью специальных приборов — вискозиметров. Они используются при различных гид­ равлических расчетах и нормируются в стандартах для смазочных масел. Условная вязкость — условная величина и выражается в градусах условной вязкости.

Вязкость масла при /00°с,сст

Рис. 70. Зависимость изнашивания пор­ шневых колец автомобильного карбюра­ торного двигателя от вязкости масла.

Одно из основных значений вязкости заключается в том, что ее величина определяет возможность создания жидкостного трения в узлах, т. е. условий, при которых снижаются затраты энергии на преодоление трения и детали предохраняются от изнашивания. От вязкости зависят также подача масла к узлам, охлаждение от­ носительно перемещающихся поверхностей и предохранение их от загрязнения.

При работе двигателя (агрегата) на масле с большей вязко­ стью меньше изнашивание деталей (рис. 70). Масло с большей вязкостью более надежно уплотняет детали цилиндро-поршневой группы и предотвращает прорыв газов в картер двигателя, а так­ же сальники и прокладки крышек картеров различных агрегатов, вследствие чего расход масла будет меньше (рис. 71).

Однако при использовании высоковязких масел проявляются чих недостатки: возрастают потери мощности на трение,затрудня­ ется циркуляция масла в системе смазки, ухудшается отвод тепла.

Особенно сильно проявляется влияние вязкости при пуске дви­ гателя. Многочисленными исследованиями было доказано, что око­ ло 60—70% износа основных деталей приходится на период пуска. Это обусловливается в основном недостаточной подачей холодного масла к узлам трения из-за повышенной вязкости (рис. 72).

251

Надежный пуск двигателя может быть осуществлен только при определенной величине вязкости масла, которая для различных

типов двигателей находится в пределах 80—100 стоксов. Правиль­ ный подбор этой величины определяет в значительной степени на­ дежную работу узлов трения машин и механизмов. Поэтому вели­ чина вязкости масла используется при расчетах режима работы узлов трения.

Рис. 72. Зависимость изнашивания автомо­ бильного карбюраторного двигателя от вяз­ кости масла при пуске.

Величину коэффициента динамической вязкости, обеспечиваю­ щую жидкостное трение в подшипниках качения при определен­ ных условиях работы, находят по формуле

252

й] — коэффициент, учитывающий размерность величин. Температуру смазочного слоя £м в подшипнике в зависимости

от вязкости масла можно определить по формуле

Лучшее уплотнение зазоров между деталями машин в сальниниках, уплотнительных прокладках достигается при большой вяз­ кости смазочного масла.

Однако при использовании высоковязкого масла возрастают затраты энергии на трение в подшипниках, шестеренчатых переда­ чах и других агрегатах машин и механизмов.

Особенно сильно сказывается влияние вязкости на слив, налив и перекачку масла по трубопроводам на складах и базах, при за­ правке машин. Повышенная вязкость создает большие гидравли­ ческие потери, приводит к снижению к. п. д. насосов и падению их производительности.

Из рассмотренного вытекает, что влияние вязкости масла на обеспечение нормальной эксплуатации машин сказывается по-раз- кому. Для обеспечения жидкостной смазки, уплотнения деталей, снижения расхода нужны масла с повышенной вязкостью, а во всех других случаях маловязкие масла дают лучший эффект в работе. Поэтому для каждой конкретной машины или агрегата, исходя из условий их работы, применяют масло оптимальной вязкости, которую устанавливают на основе расчета основных узлов трения.

В стандартах на смазочные масла, как правило, нормируется минимальная величина вязкости при определенной температуре.

Для смазочных масел важна не только величина вязкости при какой-то определенной температуре, но и характер изменения вяз­ кости при изменении температуры. Зависимость вязкости масел от температуры определяется в основном их фракционным и угле­ водородным составом. Вязкость легких дистиллятных масел в мень­ шей степени изменяется при изменении температуры, а остаточ­ ных— в большей. Масла, содержащие большое количество алка­ новых углеводородов, обладают пологой вязкостно-температурной кривой, а масла с большим содержанием полициклических цикла- но-ароматических углеводородов — наиболее крутой.

Характер зависимости вязкости различных масел от темпера­ туры показан на графике (рис. 73).

253

Масла, имеющие пологую вязкостно-температурную кривую, обладают лучшими эксплуатационными свойствами. Они обеспечи­ вают легкий пуск и более надежную работу двигателей и машин.

Рис. 73. Зависимость вязкости различных масел от температуры

У—авиационное; 2~автомобильное летнее; 3 —автомобильное зимнее; 4—веретенное.

Для выражения зависимости вязкости от температуры исполь­ зуются эмпирические формулы (см. главу 5). Однако гораздо удоб­ нее пользоваться номограммой с логарифмической сеткой (рис. 74), позволяющей определять вязкость масел при любой температуре, если известна ее величина при других температурах.

Пример расчета. Вязкость масла v20=327 сст и v100= 11,8 сст. Найти вязкость при 0 и 50°С. Соеди­ няем прямыми линиями вязкости с соответствующими температурами. Через найденную точку пересечения проводим прямые, идущие от отметок 0 и 50°С на шкале температур до шкалы вяз­ костей. На последней читаем: vo=-1650 сст, >^=62 сст.

Вязкостно-температурные свойства автотракторных и дизель­ ных масел характеризуются отношением кинематической вязкости при 50° С к вязкости при 100° С. Чем меньше это отношение, тем лучше вязкостно-температурные свойства масла.

Для многих марок масел стандартами нормируется индекс вяз­ кости. Он является условным показателем, который определяют путем сравнения вязкостно-температурных свойств данного образ­ на масла со свойствами двух эталонов. Индекс вязкости одного из эталонов принят за 100 единиц, а второго — за 0. Для вычисления индекса вязкости используют специальные номограммы (рис. 75). Чем больше индекс вязкости, т. е. чем лучше вязкостно-темпера­ турные свойства, тем более пологой будет кривая зависимости вяз­ кости от температуры.

254

Масла с хорошими вязкостно-температурными свойствами в на­ стоящее время получают глубокой селективной очисткой и добав­ лением вязкостных присадок к маловязким нефтяным маслам. При введении вязкостных присадок в маловязкую масляную осно­ ву вязкость основы возрастает, а вязкостно-температур ны е свойства ее практически не из­ меняются (рис. 76).

. — сн, —с - сн, - с —сн.

сн, сн3

Технический продукт, используемый в качестве вязкостной при­ садки, имеет марку П-20. За границей присадки этого типа выпу­ скают под названиями эксанол, опанол, паратон и др.

Полиметакрилат представляет собой продукт полимеризации эфира метакриловой кислоты и имеет молекулярную массу

5—20 тыс.

Молекулы полиметакрилата имеют следующее строение:

где R — алифатический радикал, имеющий от 4 до 22 атомов угле­ рода.

Внашей стране вырабатывают полиметакрилаты марок В и Д.

Вдругих странах подобные присадки выпускают под названиями поликрилаты, акрелоиды и др.

Полиметакрилаты обладают лучшей загущающей способностью

по сравнению с полиизобутиленами. Их используют обычно при получении моторных и трансмиссионных загущенных масел.'

Виниполы получают путем полимеризации винил-н-бутилового эфира. Технический продукт выпускают с молекулярной массой S—12 тыс. и маркируют ВБ-2. Молекулы винипола имеют следую­ щее строение:

• • — CHj-CH-CHa—СН—СН2- - • •

При изготовлении загущенных масел вязкостные присадки до­ бавляют к масловязкой основе в количестве 3—7%. Механизм дей­ ствия вязкостных присадок заключается в следующем. Большие по размеру молекулы присадки, распространяясь по объему масла, взаимодействуют между собой и тормозят движение малых мо­ лекул углеводородов масла. Это и приводит к повышению вязкости загущаемой основы.

Основным недостатком загущенных масел является деструкция полимера при механическом воздействии в условиях повышенной температуры (выше 100°С).

Для повышения механической стабильности полимеров в масла добавляют специальные вещества. Стабилизирующим действием обладают многие многофункциональные присадки.

На вязкость масел оказывает влияние не только температура, но и давление. Величина давления, которое создается в подшипни­ ках, может сильно повлиять на вязкость. При повышении давления вязкость масел возрастает. Особенно сильно сказывается это влия­ ние для масел с более высоким уровнем вязкости. Вязкость расти­ тельных и животных масел при повышении давления возрастает в меньшей степени, чем минеральных масел одинакового уровня вязкости.

Заметное влияние давления на вязкость масла сказывается при его величине выше 50 кг/см2, а при давлении выше 1000 кг/см2 вяз­ кость его возрастает в 100 раз и более.

Повышение вязкости масла в подшипнике приводит к увеличе­ нию несущей способности масляного слоя.

Застывание масел. При понижении температуры до определен­ ного предела масло теряет подвижность — застывает. Причиной застывания является кристаллизация обычно содержащихся в мас­ лах высокомолекулярных алкановых углеводородов нормального строения и образование кристаллами пространственного структур­ ного каркаса. Образовавшийся структурный каркас связывает углеводороды масла, находящиеся в жидком состоянии, и весь про­ дукт теряет подвижность.

258

Температура кристаллизации циклических углеводородов с бо-. новыми алкановыми цепочками, составляющих основную часть масел, ниже, чем у алкановых. Дистиллятные масла имеют более низкую температуру застывания по сравнению с остаточными.

Показателем, характеризующим подвижность масел при низ­ ких температурах, является температура застывания, т. е. та наи­ высшая температура, при которой масло теряет подвижность при испытании в стандартных условиях.

Застывшее масло невозможно без подогрева слить из цистер­ ны, залить в тару или в систему смазки машин. При застывании масла затрудняется пуск агрегатов в работу и наблюдается повы­ шенный износ смазываемых деталей.

Улучшение подвижности масел при низких температурах до­ стигается путем депарафинизации и добавления депрессаторов — присадок, понижающих температуру застывания. Депрессорными свойствами обладают алкилнафталины, алкилфенолы, диалкилди-

Механизм действия депрессорных присадок заключается в сле­ дующем. Депрессатор обволакивает кристаллы парафина, предот­ вращает их сращивание и образование сплошного структурного каркаса.

Депрессатор оказывает положительный эффект при введении его в масло в количестве не более 1 % и в том случае, если в масле содержатся высокомолекулярные алканы или цикланы.

При введении в масло 0,5 % депрессатора температура его за­ стывания понижается в зависимости от свойств масла и присадки на 20—30° С.

ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА

Значение противоизносных свойств. В узлах трения, работаю­ щих при высоких нагрузках и температурах, с очень большими от­ носительными скоростями сопряженных деталей, а также при ма­ лых скоростях перемещения деталей (пуск и остановка машин),