Выбор смазочных материалов

Выбор смазочного материала для смазки машин и механизмов зависит от многих условий, главными из которых являются: рабочий режим (нагрузка, скорость, температура), особенности рабочего и технологического процесса, конструкция подшипников и трущихся поверхностей. Имеют значение и место установки (внутри помещения или на открытом воздухе), а также влажность, наличие паров, агрессивных газов и другие условия.

Обычно завод-изготовитель указывает для каждой машины сорт применяемого масла или смазки, исходя из нормальных условий эксплуатации, но иногда в силу специфических местных условий и рабочего режима приходится заново подбирать сорта масел и смазок. Выбор смазочных материалов производится также в следующих случаях: для вновь проектируемых и изготовляемых машин, для импортного оборудования, для машин после модернизации, для действующего оборудования при резком изменении рабочего режима или температуры.

Задача правильного выбора состоит в том, чтобы выбранный смазочный материал создавал между трущимися поверхностями прочный масляный слой необходимой толщины, который разделял бы эти поверхности, уменьшал трение и предотвращал износ, заменяя трение рабочих поверхностей трением слоев смазки. Этот масляный слой не должен выдавливаться из зазоров при данной рабочей температуре, скорости и давлении. Кроме того, масло должно предохранять трущиеся поверхности от коррозии и предупреждать их нагрев. Сам смазочный материал не должен при этом окисляться под действием металла и воздуха, высыхать с образованием твердых пленок и не должен оказывать вредного действия на кожу рук, органы дыхания и зрения у обслуживающего персонала.

Для обеспечения прочного масляного слоя масло должно обладать достаточной вязкостью. Поэтому вязкость является основным свойством, определяющим выбор масла для различных условий применения.

Выбор масел по степени очистки производится в зависимости от их целевого назначения. Так, для гидросистем и циркуляционной смазки масло должно быть высокоочищенным, а для проточной, ручной смазки или смазки погружением в масляную ванну может быть применено масло меньшей степени очистки, например выщелоченное.

Консистентные смазки для обеспечения прочного смазочного слоя должны быть устойчивыми против выжимания из зазоров между трущимися поверхностями, не плавиться и не вытекать при максимальной рабочей температуре, обладать хорошей прокачиваемостью. Поэтому для консистентных смазок основными свойствами, определяющими их выбор, является температура каплепадения и число пенетрации.

Кроме этих основных свойств, мази также должны обладать и другими качествами: так, при влажной среде быть влагостойкими – смазки кальциевого основания, при высокой температуре быть тугоплавкими – натриевого основания.

Основными факторами, влияющими на работоспособность смазочных материалов, являются: нагрузка (удельное давление), скорость, температура, состояние трущихся поверхностей, расположение трущихся пар, характер движения и нагрузки, способ и место подвода смазки. Чем больше удельное давление, тем более вязким и маслянистым должно быть применяемое масло. При больших удельных давлениях и недостаточной вязкости может происходить выжимание смазки, разрыв смазочного слоя, в результате чего жидкостное трение может перейти в полужидкостное и даже в полусухое и вызвать быстрый износ деталей.

Скорость относительного перемещения трущихся частей или дружная скорость в м/сек влияет на выбор смазочного материала. Чем больше скорость, тем меньше должна быть вязкость масла. При увеличении скорости движения увеличивается расклинивающее действие масла и проникновение его в зазор между трущимися поверхностями, например между направляющими стола и станины, между цапфой вала и подшипником. Для высокооборотных станков применяют обычно маловязкие масла; если же они вызывают повышенный износ, а высоковязкие масла приводят к перегреву и большим потерям энергии на преодоление трения, то в этом случае рекомендуется применять маловязкие масла с присадками, повышающими их маслянистость.

При больших скоростях движения трущихся деталей применение консистентных смазок без постоянной принудительной их подачи под давлением не рекомендуется, так как смазка вытесняется из зазоров и вновь не пополняется, вследствие чего происходит нагрев и повышенный износ трущихся частей. При числах оборотов выше 2500 – 3000 в минуту под действием центробежных сил усиливается расслоение консистентной смазки с выделением масла и загустителя, который затем затвердевает и вызывает заедание подшипников.

Для одновременного учета удельного давления р и скорости J на практике часто пользуются произведением этих величин. В технических справочниках обычно приводятся таблицы рекомендуемых значений pJ. Если, например, в результате модернизации станка произошло в целом увеличение величины pJ, то следует соответственно увеличить вязкость масла или улучшить его подачу – подавать под давлением.

Для смазки жидкими маслами подшипников качения, имеющих диаметр d мм и число оборотов п в минуту, при факторе скорости dn до 400 000 и работе их при нормальных температурах и нагрузках обычно рекомендуется применение подачи жидких масел под давлением или без него, в зависимости от конструктивного решения системы смазки. При факторе скорости свыше 600 000 в большинстве случаев рекомендуется капельная смазка или смазка масляным туманом. Для подшипников, работающих в широком температурном интервале (от – 55 до +250°) и при высоких скоростях, когда фактор скорости dn находится в пределах от 500 000 до 1000000, рекомендуется применять жидкую смазку распылением. Температура рабочих поверхностей и окружающей среды является одним из факторов, определяющим выбор смазочного материала, при ее повышении вязкость масла уменьшается, консистентные смазки могут расплавляться и вытекать, смазочный слой становится все более тонким, что может привести к усиленному износу трущихся поверхностей.

Чем выше рабочая температура, тем выше должна быть вязкость масла. В этих случаях применяют вязкие масла с высокой температурой воспламенения и малой испаряемостью (цилиндровые), а при низких температурах – маловязкие масла с низкой температурой застывания (веретенное АУ, индустриальное 12 и 20, трансформаторное).

Из консистентных смазок при температурах 70 – 120° обычно применяются тугоплавкие смазки типа консталинов, при температурах 0 – 60° – солидолы, при низких температурах – морозостойкие смазки № 21, НК-30, ЦИАТИМ-201 и др.

Состояние трущихся поверхностей определяет характер трения между ними и обусловливает выбор сорта смазочного материала. Грубо обработанные или вновь изготовленные и неприработавшиеся поверхности требуют применения масла повышенной вязкости. В дальнейшем, после приработки поверхностей, вязкость может быть уменьшена. Увеличение зазора вследствие износа, например, цапфы и разработка отверстия подшипника приводит к возрастанию вибрации вала, усиливает выжимание масла, мешает образованию прочного масляного слоя. Поэтому для изношенных подшипников следует применять масло повышенной вязкости и несколько увеличивать его подачу. Для особо точных механизмов следует применять масла с меньшей вязкостью.

Имеет значение также расположение трущихся пар. Для вертикальных направляющих применяют масла с большей вязкостью. Для подшипников вертикальных валов, во избежание вытекания, предпочтительнее применять не масла, а консистентные смазки.

Должен учитываться при выборе смазочных материалов характер движения и нагрузок. При возвратно-поступательном движении и реверсировании, при наличии толчков, ударов и знакопеременных нагрузок затруднено образование постоянного прочного масляного слоя. В этих случаях следует применять высоковязкие масла с хорошей маслянистостью.

Большое значение для выбора и применения смазочных материалов имеют конструктивные особенности системы смазки: способ и место подвода смазочного материала, тип насоса или масленки, форма и расположение смазочных канавок, количество и режим подачи. Циркуляционная система под давлением с непрерывной подачей масла позволяет применять масла меньшей вязкости, чем при подаче самотеком, разбрызгиванием или при ручной смазке.

При выборе смазочных материалов необходимо прежде всего решить, что целесообразно применять – минеральное масло или консистентную смазку. Обе эти группы имеют свои особенности, поэтому рассмотрим преимущества и недостатки масел и смазок.

Преимущества смазочных масел по сравнению с консистентными смазками:

1) большая стабильность и чистота; 2) низкий коэффициент внутреннего трения; 3) лучшая работоспособность при высоких числах оборотов и большом числе ходов при возвратно-поступательном движении; 4) хорошая работоспособность при высоких температурах; 5) лучшая работа подшипников при низких температурах, так как температура застывания масел обычно ниже, чем у мазей; 6) охлаждающее действие масел; 7) возможность применения фильтров, регулирующих и контрольных устройств для наблюдения за подачей и уровнем масла; 8) простота смены и добавки масла – без разборки механизма – путем слива и залива через соответствующие отверстия; 9) возможность сбора отработанного масла, его регенерации и повторного использования.

Недостатками смазочных масел являются:

1) повышенные утечки через зазоры в разъемах корпусов и неплотности соединений маслопроводов; 2) необходимость применения более сложных уплотнений; 3) более частая доливка; 4) повышенная пожароопасность.

Преимущества консистентных смазок:

1) хорошая работоспособность при малых скоростях и высоких удельных давлениях, а также при высоких температурах, ударных и знакопеременных нагрузках, при частых остановках и включениях; 2) экономичность, длительный срок службы; 3) хорошо сохраняют смазочный слой; 4) хорошо удерживаются в корпусе подшипника; 5) заполняя все свободное пространство корпуса подшипника, смазки препятствуют проникновению в него пыли. Консистентные смазки применяют для смазки подшипников в условиях влажной и пыльной среды, причем для влажной среды следует применять смазки на кальциевой основе, как более влагостойкие; они лучше работают при смазке открытых зубчатых передач и трущихся тихоходных и тяжелонагруженных механизмов.

Недостатками консистентных смазок являются:

1) меньшая стабильность по сравнению с маслами; 2) возможность расслоения, расплавления и вытекания при длительной работе с высокой температурой; 3) худшая работа при низких температурах; 4) необходимость разборки и промывки механизма при смене смазки; 5) возможные затруднения при подводе смазки к смазываемым точкам вследствие меньшего разнообразия конструктивных решений смазочных устройств.

Правильный выбор сорта смазочного материала для всего агрегата в целом затрудняется тем, что отдельные узлы его по своим конструктивным особенностям и режимам работы требуют различных по качеству смазок, а также и тем, что режим агрегата в процессе работы часто меняется. Поэтому выбор сорта смазки производят с ориентацией на наиболее важные узлы агрегата и по наиболее характерному рабочему режиму. Число сортов смазочных материалов при этом следует сводить к минимуму, а разные узлы смазывать одним и тем же маслом за счет подбора режима и регулировки подачи к каждому узлу.