Основные эксплуатационные свойства пластичных смазок и их влияние на работу агрегатов, механизмов машин

 

Оценка свойств смазок связана с рядом трудностей, из которых к числу наиболее серьезных относится большая чувствительность структуры, образованной загустителем, к воздействию внешних факторов. Эти трудности усугубляются неизбежностью нормирования и измерения для каждой смазки параметров, принятых для характеристики, как твердых тел, так и жидкостей.

К основным свойствам пластичных смазок относятся:

- температурные свойства;

- механические свойства;

- защитные свойства.

Смазка может частично или полностью потерять свою работоспособность от воздействия целого ряда факторов и, в первую очередь, от чрезмерного повышения температуры, приводящей к разрушению структуры смазки и выделению жидкой фазы.

Показателем, условно отражающим среднюю температуру плавления смазки, является температура каплепадения.

Температурой каплепадения называется температура, при которой из стандартного прибора в процессе нагревания падает первая капля смазки (рисунок 6.2).

 

 

 

1 – стакан; 2 – стеклянная емкость с отверстием; 3 – стеклянная муфта;

4 – вода или глицерин; 5 – пробка; 6 – термометр

 

Рисунок 6.2 – Прибор для определения температуры каплепадения

 

По температуре каплепадения, которая, в основном, зависит от вида загустителя и в меньшей степени от его концентрации, принято разделять смазки на низкоплавкие (Н), среднеплавкие (С) и тугоплавкие (Т), таблица 6.1.

 

Таблица 6.1 – Классификация смазок по температуре каплепадения

Класс смазок	Загуститель	Температура каплепадения, 0"С
УН – универсальная низкоплавкая УС – универсальная Среднеплавкая	Твердые углеводороды Кальциевые масла	до плюс 65   плюс 65... 100

 

Температура каплепадения характеризует возможность вытекания смазки из разогретого узла трения.

Для предупреждения вытекания смазки ее температура каплепадения должна превышать температуру трущихся деталей не менее, чем на 10⁰С для низкоплавких и на 15⁰С для средне- и тугоплавких смазок.

По температуре каплепадения легче, чем по какому-либо другому показателю, можно определить класс смазки по тугоплавкости.

Механические свойства пластичных смазок характеризуются, в основном, тремя показателями:

- пенетрацией;

- пределом прочности;

- вязкостью.

Пенетрацией называется условный показатель, численно равный выраженной в десятых долях миллиметра глубине погружения конуса стандартного прибора за 5 секунд при плюс 25⁰С.

Пенетрация характеризует густоту (консистентность) смазок и определяется на специальном приборе – пенетрометре (рисунок 6.3). Чем глубже погружается конус, тем смазка мягче и тем больше число пенетрации.

Пенетрация условно характеризует способность смазки сопротивляться выдавливанию из узла трения, а также определяет легкость подачи смазки в узел трения.

Чем больше показатель пенетрации, тем меньше сопротивляемость смазки выдавливанию.

При понижении числа пенетрации увеличиваются потери мощности на трение в механизме и затрудняется введение смазки в узел трения.

При оценке влияния пенетрации на работу механизмов необходимо учитывать, что значение данного показателя изменяется в зависимости от температуры.

При понижении температуры показатель пенетрации уменьшается, а при повышении – увеличивается, так как смазка становится менее густой.

Поэтому для зимнего периода эксплуатации берут смазки с большим значением пенетрации (250–350 единиц), чем для лета (150–250 единиц).

Недостаточность пенетрации, как показателя механических свойств смазок, состоит в том, что по ней нельзя оценить работоспособность смазок.

Однако, нормированием пенертации можно объяснить необходимостью контролировать нефтезаводами единообразие выпускаемой продукции.

 

1 – стакан с испытуемой смазкой; 2 – конус; 3 – стопор; 4 – штатив; 5 – шток; 6 – шкала;    7 – шестерня; 8 – стрелка; 9 – рейка

 

Рисунок 6.3 – Схема пенетрометра

 

Пределом прочности пластичной смазки называется минимальное напряжение сдвига, при котором происходит разрушение ее структурного каркаса, образованного загустителем, в результате перемещения одного слоя смазки относительно другого.

Предел прочности характеризует способность смазок удерживаться на вертикальных и наклонных поверхностях, а также в узлах трения и не сбрасываться с вращающихся деталей под действием центробежных сил.

Предел прочности, в основном, зависит от содержания загустителя в смазке, его свойств и температуры.

При увеличении концентрации загустителя он возрастает, а при повышении температуры сильно уменьшается.

наиболее высокий предел прочности имеют литиевые смазки.

Для большинства пластичных смазок предел прочности нормируют при плюс 50⁰С.

Определяют предел прочности смазок двумя способами.

1) Капиллярным – с использованием стандартного пластометра.

Предельное напряжение сдвига (предел прочности смазки) τ, Па, определяют по формуле:

,

(6.1)

где Р – давление, при котором происходит сдвиг смазки в капилляре, Па;

r – радиус капилляра, м;

l – длина капилляра, м.

2) Предел прочности смазок можно определить и с помощью ротационного пластовискозиметра, принципиальная схема которого представлена на рисунке 6.4.

1, 2 – цилиндры, 3 – испытуемая смазка, 4 – динамометр

 

Рисунок 6.4 – Принципиальная схема ротационного пластовискозиметра

 

При этом способе предел прочности (напряжение сдвига) τ, Па, определяют по формуле

(6.2)

где Р ‑ сила, измеренная на радиусе R ₂, Н;

L ‑ длина рабочей части цилиндра, м;

R ₁ ‑ радиус внутреннего цилиндра, м.

Если в прибор ввести масло и начать вращать наружный цилиндр, то в масле возникает напряжение сдвига (τ), которое быстро достигает определенного значения (τ _ycт) и остается постоянным в течение любого срока при неизменных условиях опыта.

Иная картина получается при испытании смазки в том же приборе. С началом вращения наружного цилиндра напряжение, как и в предыдущем опыте растет, но до значительно большей величины.

При определенной деформации (γ _П4) напряжение достигает своего максимального значения (τ _max=τ_П4), которое и принимают за предел прочности смазки (τ _П4).

Дальнейшее формирование (при постоянной скорости деформирования сдвига (D=const)) вызывает разрушение каркаса загустителя и начинается течение смазки, идущее при непрерывно уменьшающемся напряжении сдвига (τ).

Когда деформация (γ) достигает определенного значения (γ _уст) снижение напряжения сдвига заканчивается, и оно затем неограниченно долго остается постоянным (установившемся).

Таким образом, мы видим, что показатель качества в виде предела прочности количественно отражает одно из важных свойств смазок, которое роднит их с твердыми телами.

Прочностные свойства пластичных смазок играют важную роль при эксплуатации автомобильной техники.

Смазки, применяемые для автомобильной техники, при плюс 50⁰С имеют предел прочности 100–250 Па (1–2,5 кгс/см²).

Очень высокий предел прочности не желателен, так как такие смазки плохо увлекаются движущимися поверхностями и не обеспечивают их нормальную смазку.

Вязкость – оценка текучести смазки.

Вязкость пластичных смазок изменяется не только в зависимости от температуры, но также и от скорости деформации (D) слоев.

Поэтому для смазок введено понятие «эффективная вязкость», то есть вязкость, связанная с воздействием на них нагрузки.

При течении масел, не содержащих твердой фазы, обнаруживается прямо пропорциональная зависимость между напряжением сдвига τ и скоростью деформирования D, аналитически выражающаяся уравнением Ньютона

 

,

(6.3)

где η – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом динамической вязкости.

При течении же смазок, которые имеют каркас из загустителя, в величину напряжения сдвига (τ _уст), кроме сопротивления, вызванного относительным перемещением слоев масла, включаются еще три составляющих:

- сопротивление разрыва связей между частицами каркаса загустителя;

- сопротивление механического зацепления друг за друга обломков каркаса;

- сопротивление, связанное с обтеканием маслом самого каркаса и его обломков.

Эти дополнительные сопротивления нарушают прямо пропорциональную зависимость между напряжением сдвига τ со скоростью деформирования D и обуславливает появление эффективной динамической вязкости.

Опыт показывает, что с ростом скорости деформирования эффективная вязкость (η_эф) уменьшается, приближаясь к вязкости содержащегося в ней масла.

Таким образом, по величине эффективной вязкости можно судить о затратах энергии на относительное перемещение смазываемых деталей, на прокачивание смазок по трубам и смазочным каналам.

Пластичные смазки как колоидные системы обладают также тиксотропными свойствами.

Тиксотропией называется способность смазки восстанавливать структуру после механического воздействия.

Тиксотропные свойства проявляются в том, что сопротивление смазок уменьшается при воздействии нагрузки и самопроизвольно восстанавливается после прекращения ее действия.

Тиксотропные свойства смазок характеризуют их механическую стабильность.

Чем быстрее протекают тиксотропные превращения, тем лучше сохраняются пластичные свойства смазок.

Защитные свойства смазок характеризуют их способность предохранять от коррозии поверхности металлов.

Коррозионные свойства смазок определяют, в основном, наличием свободных кислот и щелочей в составе смазки, от которых полностью освободиться в процессе получения смазок невозможно.

Коррозионные свойства смазок проверяются с помощью металлических пластинок.

Пластинки погружают в испытуемую смазку и выдерживают в ней при определенной температуре (100±2⁰С) необходимое время (3...5 часов).

После такого испытания поверхности пластинок должны быть чистыми, без следов коррозии.

Многие смазки обладают способностью создавать на поверхности металлов прочный защитный слой, препятствующий проникновению коррозионных веществ к металлу.

Защитные свойства смазок зависят от типа загустителя и наличия присадок.