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

методами было установлено, что толщина граничных слоев во много раз превышает толщину первого слоя адсорбированных молекул, который практически равен по толщине длине одной молекулы. Более правильно говорить о полимолекулярности граничного слоя. Разу­ меется, что первый граничный слой связан с поверхностью металла более прочно. На рис. 67 показан только один слой. На прочность граничного слоя оказывает большое влияние температура. С повы­ шением температуры силы адсорбции ослабляются, цельность пленки адсорбированных молекул нарушается, смазывающая способность масла снижается.

При граничном режиме смазки происходит надежное разделение трущихся деталей тонкой масляной пленкой, имеющей особые прочно­ стные свойства. Вопросы уровня вязкости масла отходят на второй план, и маловязкое масло с поверхностно-активными присадками по смазочному действию оказывается близким маслу высоковязкому.

Трение в отсутствие смазки. Трущаяся пара в этих условиях ра­ ботает при «масляном голодании». В зонах контакта трущихся поверх­ ностей возникают высокие температуры, граничные пленки не могут предотвратить схватывания и сваривания металла в точечных зонах контакта, в результате чего могут образоваться натиры, задиры. Этот вид смазки рассматривается как аварийный режим.

§ 3. ВЯЗКОСТНЫЕ СВОЙСТВА

Вязкостные свойства являются одним из главных эксплуатацион­ ных качеств масла для двигателей.

Вязкость (внутреннее трение) — свойство жидкости оказывать со­ противление относительному перемещению слоев.

Величина вязкости обычно выражается в единицах вязкости динамической (пуазы, сантипуазы) или кинематической (стоксы, сантистоксы).

Перевод одних единиц в другие проводится по формуле

где v — кинематическая вязкость, Ст, см2/с; т] — динамическая вязкость, Пз, г/см-с; d — плотность масла, г/см3.

Сотая часть пуаза называется сантипуаз (сПз), а стокса — сантистокс (сСт).

Вязкость масла зависит от внешних условий — температуры и давления.

Зависимость вязкости масла от давления. В современных двигате­ лях удельные давления в подшипниках коленчатого вала достигают 150—200 кгс/см2, а в подшипниках поршневого пальца даже 600— 700 кгс/см2. Давление на единицу площади пары кулачок — толкатель и в зубчатых передачах достигает еще больших величин — 15 000— 30 000 кгс/см2.

150

С повышением давления вязкость масла возрастает в следующих размерах:

Зависимость вязкости масла от температуры. С понижением темпе­ ратуры вязкость масла резко возрастает до полной потери текучести. Увеличение вязкости масла создает большие трудности при зимней эксплуатации автомобилей (при холодных пусках двигателя, операциях заправки маслом и т. д.).

Вязкостно-температурные свойства масла обычно определяют пря­ мыми измерениями с помощью лабораторных приборов — вискози­ метров. Для более точного определения пусковых качеств масел целе­ сообразно определять вязкость при низких температурах на установ­ ках, моделирующих пару вал — подшипник. Так называемая «мотор­ ная вязкость» позволяет с большей точностью прогнозировать воз­ можность пуска двигателя при низких температурах.

Для характеристики вязкостных свойств масла иногда используют показатель индекс вязкости (ИВ). Этот показатель характеризует степень изменения вязкости масла в зависимости от температуры.

Для определения индекса вязкости масла необходимо знать его вязкость при 50 и 100° С. Расчет ведется по специальным таблицам или графикам. В табл. 44 показаны вязкостные характеристики масел для двигателей. Низкотемпературные свойства загущенных масел намного лучше аналогичных качеств у масел обычного способа производства.

151

Так, вязкость масла АСЗп-10 при температуре минус 30° С в 7 раз меньше, чем у масла Дп-11, хотя уровень вязкости масел при 100°С у них примерно одинаков.

Причиной хороших низкотемпературных свойств у загущенных масел является то, что эти масла получены из глубокодепарафинированных масляных фракций по новому способу производства, суть которого заключается в следующем.

Берется маловязкая (3—4 сСт при 100° С) масляная основа, обла­ дающая хорошими низкотемпературными свойствами, но из-за малой вязкости при 100°С неспособная обеспечить работу двигателя, и за­ гущается до необходимого уровня вязкости при 100° С (6—14,0 сСт) с помощью полимерных вязкостных (загущающих) присадок. Поэтому эти масла называются загущенными. Для стабилизации полимерной присадки от разрушения (деструкции) и для придания маслу необхо­ димых эксплуатационных свойств в него вводятся присадки.

Таким образом, загущенному маслу малую вязкость при низких температурах придает маловязкая основа, а высокую вязкость при по­ ложительных температурах — полимерная присадка.

В качестве полимерных присадок используют полиизобутилеи, полиметакрилат (табл. 45) и некоторые другие маслорастворимые полимеры молекулярного веса от 9000 до 30 000.

Т а б л и ц а 45

Приоритет в создании загущенных масел на специальной масляной основе, отличающихся исключительно хорошими низкотемпературными свойствами, принадлежит Советскому Союзу (Е. Г. Семенидо).

Принцип действия полимерных (вязкостных) присадок. Существует несколько взглядов о загущающем эффекте полимерных присадок. Однако общепринятым является следующее объяснение. На вязкость раствора влияет размер и форма макромолекулы полимера, взаимодей­

152

макромолекул и как следствие «раеворачивания» их клубков в линей­ ные конфигурации усиливается взаимодействие макромолекул по всей их длине с молекулами растворителя. В этом случае объем макро­ молекул становится больше, внутреннее трение возрастает.

Этим объясняется факт меньшей зависимости загущенного масла от температуры при 100—150° С по сравнению с незагущенными мас­ лами (рис. 69). Эта особенность загущенных масел имеет положитель­ ное значение при смазке деталей машин и механизмов.

В заключение следует указать еще на одну особенность загущен­ ных масел — на их способность временно снижать вязкость в зонах

V .

у А b v

153

с высокими градиентами скорости сдвига1: пары вал — подшипник, цилиндр —поршень. В табл. 46 приведены скорости сдвига, которые наблюдаются в двигателях внутреннего сгорания. На рис. 70 показан характер изменения вязкости загущенного масла с увеличением скорости сдвига.

Причины этого явления следует искать в изменении формы макро­ молекул в полях с высокими градиентами скорости сдвига и в частич­ ном или полном нарушении связи макромолекул с растворителем.

При уменьшении градиента скорости сдвига (например, после прохождения загущенным маслом узких отверстий маслосистемы, подшипника двигателя и т. д.) вновь восстанавливается форма макро­ молекулы и ее связь с растворителем. Вязкость загущенного масла принимает прежнее значение. Явление временного снижения вязкости ничего общего не имеет с необратимым падением вязкости при деструк­ ции (разрушении) полимерной присадки.

Это свойство загущенных масел имеет большое прикладное зна­ чение. В условиях гидродинамической смазки пары вал — подшип­ ник на загущенном масле при высоких оборотах вязкость при прохож­ дении масла через подшипники будет меньше, чем на обычном. Однако это не повлияет на формирование масляного клина, который при боль­ ших оборотах будет достаточно надежным и для масла малой вязкости.

В этом случае потери на трение в двигателе будут меньше. Эконо­ мия топлива при работе на загущенных маслах составляет, как пра­ вило, не менее 5%.

Выбор оптимального уровня вязкости масла для двигателей. Для смазки двигателей внутреннего сгорания используют масла вязкостью от 5—6 до 20 сСт при 100° С. Применение масел меньшей вязкости может привести к нарушениям смазки, а более вязких — к повышен­ ным потерям на трение и большему нагарообразованию. В автомобиль­ ных карбюраторных двигателях используются обычно масла с вязко­ стью 6, 8 и 10 сСт при 100° С, в дизельных двигателях мощных тягачей,

1 Скоростью сдвига называется отношение скорости течения масла к вели­ чине зазора между смазываемыми поверхностями. Размерность величины— с-1.

154