Файл: Гуреев, А. А. Автомобильные эксплуатационные материалы учебник.pdf

Масло для двигателей должно:

иметь вязкость, обеспечивающую надежную смазку двигателя при всех рабочих температурах с наименьшими потерями на трение; обладать соответствующими низкотемпературными свойствами для облегчения пуска двигателя в зимнее время, особенно в северных

районах; иметь хорошие моющие и диспергирующие свойства. Этим дости­

гается необходимая чистота цилиндро-поршневой группы и других деталей двигателя;

обладать достаточно высокими противоокислительными свойствами для торможения процессов окисления масла в двигателе и тем самым для уменьшения накопления в работавшем масле продуктов окисления, составляющих основу всех нагаров и отложений;

защищать от коррозии подшипники из цветных металлов и от ржавления остальные детали двигателя;

уменьшать износ трущихся деталей; препятствовать прорыву газов из камеры сгорания в картер путем

заполнения зазоров между поверхностями цилиндров двигателя и поршневыми кольцами. Этим уменьшается попадание продуктов сгора­ ния в картер при работающем двигателе, а при пуске создается в ци­ линдрах лучшая компрессия;

удовлетворять требованиям техники безопасности (не содержать токсичных компонентов).

Кмаслу предъявляются также и некоторые другие требования,

втом числе и требования экономического характера (доступная цена). Высокие требования к качеству масел для двигателей удовлетво­

ряются выбором хорошей масляной основы (базового масла), в кото­ рую добавляется комплекс присадок.

В современные масла вводят присадки следующих типов: вязкостные (полимерные) для увеличения вязкости масла, улуч­

шения вязкостно-температурной характеристики и повышения индек­ са вязкости масла. Вводятся в количествах от 0,5 до 8%;

депрессорные для понижения температуры застывания масла. Вводятся в количествах до 1%;

моющие и диспергирующие для уменьшения отложений лака, нагара и осадков на деталях двигателей и для устранения пригорания поршневых колец. Являются солями органических кислот, алкилфенолов и некоторых полимеров. Вводятся в количествах от 3 до 10%; противоокислительные для торможения процессов окисления масла. Благодаря им уменьшается пригорание поршневых колец и понижают­ ся коррозионные свойства масла. Вводятся в количествах от 0,5 до 2%; противоизносные для снижения износов трущихся деталей. При­ садки содержат серу, фосфор, реже хлор. Вводятся в количествах от

0,5 до 2%;

противопиттинговые для снижения задиров трущихся пар, рабо­

146

противокоррозионные для подавления коррозии цветных и черных металлов. Вводятся в количествах до 1%;

противоржавейные для борьбы с коррозией в условиях кратко­ временного и длительного хранения техники, в которых возможно образование влаги на деталях. Вводятся в количествах от 1 до 5%; противопенные для уменьшения склонности масла к пенообразованию. Относятся к кремнийорганическим полимерам. Вводятся

в количествах не более 0,002—0,005%; многофункциональные для придания маслу сразу нескольких

функциональных свойств (моющих, противоокислительных, противоизносных и др.). Действующее начало присадки представляет слож­ ное вещество, в состав которого входят алкильные радикалы, сера, фосфор, кислород, металлы (обычно барий или кальций). Многофунк­ циональные присадки могут состоять и из смеси отдельных присадок —• моющих, противоокислительных и др. Вводятся в масло в количествах до 8%.

§ 2. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТРЕНИИ И ИЗНОСЕ

Процессы трения и износа определяются как свойствами трущихся поверхностей, так и качеством масла.

На рис. 65 схематично показаны поверхностные слои металличе­ ской детали. Относительно однородный металл детали вблизи поверх­ ности имеет зону 2 деформированного металла, отличающегося по своим физическим свойствам от качества первичной объемной струк­ туры 1 металла в глубине детали. Над слоем деформированного метал­ ла находится оксидная пленка 3, состоящая из окислов металла, об­ разующихся при химическом взаимодействии металла с кислородом воздуха. Толщина этой пленки составляет, как правило, несколько десятков ангстрем (1А = 10~8 см). На поверхности оксидной пленки в зависимости от условий находятся адсорбционные слои 4 газов, воды, молекул масла и содержащихся в нем присадок.

Из вышесказанного видно, что поверхность трущихся деталей имеет сложное строение. Формирование адсорбционных слоев определяется законами физической и химической адсорбции, а также химическим

147

разделяют на три основных типа: гидродинамический режим смазки, граничный режим смазки, трение в отсутствии смазки.

Гидродинамическим режимом смазки называют режим, при кото­ ром трущиеся детали надежно разделены смазочным маслом (толщина слоя не менее 0,1 мкм).

Рассмотрим пару трения вал —подшипник, типичную для этого ре­ жима смазки. В состоянии покоя шейка вала лежит на поверхности вкладыша подшипника. Как только вал начинает вращаться, моле­ кулы масла, прилипшие к поверхности вала, увлекают за собой близ­ лежащие молекулы масла и между валом и нижней частью подшипника образуется своеобразный «масляный клин». С увеличением скорости вращения вала давление масляного клина становится большим (по­ вышается несущая способность масляного слоя) и вал займет место ближе к центру подшипника (рис. 66).

Создателем гидродинамической теории смазки является выдаю­ щийся русский ученый Н. П. Петров, предложивший для расчета силы трения концентрически расположенного вала в подшипнике фор­ мулу (упрощенный вариант)

гдеТ — сила жидкостного трения, кгс; г| — абсолютная вязкость масла, кг-с/м2;

5 — площадь соприкосновения трущихся тел, м2;

пропорциональна вязкости масла, скорости перемещения и величине поверхности трения и обратно пропорциональна толщине смазочного слоя, т. е. величине радиального зазора между валом и подшипником.

Гидродинамический режим смазки обладает важной способностью к саморегулированию в определенных пределах: с увеличением час­ тоты вращения вала увеличивается сила трения и, следовательно, возрастает выделение тепла.

Температура смазочного слоя возрастает, а его вязкость падает, что приводит к уменьшению силы трения. Таким образом, в узле трения возникает новый оптимальный для данных условий темпера­ турный режим смазки.

Рис. 66. Изменение слоя масла между валом и подшипником в за­ висимости от частоты вращения вала:

148

Особо следует отметить, что в уравнение силы трения не входит коэффициент, характеризующий химическую природу масла и наличие в масле присадок.

Поэтому, если узел трения работает в гидродинамическом режиме, главной характеристикой смазочного масла в отношении противоизносных свойств является только его вязкость. Но поскольку масло выполняет не только функции смазки двигателя, но и функции обеспе­ чения высокой чистоты деталей, защиты от коррозии и другие функции, в него и вводится целый комплекс присадок для придания маслу этих важных качеств.

Граничный режим смазки. Если при гидродинамическом режиме смазки трущиеся детали разделены слоем масла толщиной более 0,1 мкм и химическая природа масла и введенные в масло присадки не оказывают влияние на процессы трения, то при граничном режиме смазки их влияние является определяющим.

При граничном режиме смазки, при котором трущиеся детали раз­ делены смазочной пленкой толщиной менее 0,1 мкм, процессы трения связаны в основном с прочностью адсорбционных пленок смазочного материала на поверхности металла. Физические свойства масла в объ­ еме и свойства тонких масляных пленок различны. Тонкие пленки, подчиняясь законам поверхностного натяжения и адсорбции, приобре­ тают упругие свойства и характеризуются рядом других особенностей твердого тела.

Рассмотрим упрощенную схему строения масляных пленок (рис. 67). Адсорбционная пленка построена из многих ориентированных молекул полярных веществ, содержащихся в масле (сернистых сое­ динений, органических кислот, спиртов, введенных присадок и т. д.).

с поверхностью металла, при этом остальная неполярная часть моле­ кул располагается перпендикулярно к поверхности.

В объеме же масла все молекулы имеют хаотическое расположение. При изучении строения граничных масляных пленок капиллярно­ химическим, рентгеноструктурным, электронографическим и другими

Рис. 67. Схема строения граничной пленки: а — при статическом положении; б — при трении поверхностей металла;

1 —ытилл, 2 —адсорбированный слой молекул

14)