2020-10-11
151
| Основные функции СМ | Принцип действия | Результат действия | |
| 1 | 2 | 3 | |
| Снижение коэффициента трения | Замена сильного внешнего трения между сопрягаемыми телами малым внутренним трением в смазочном слое. | Повышение КПД, снижение саморазогрева, улучшение условий работы подшипника в целом. | |
| Уменьшение износа | Создание износостойких вторичных структур (например, фторидов металла) на поверхностях трения за счет физико-химического взаимодействия поверхности трения с компонентами противоизносных присадок. | Повышение долговечности узла трения. Обеспечение возможности использования менее дорогостоящих материалов в паре трения. | |
| Предотвращение схватывания | Разделение поверхностей трения тонким, но прочным граничным слоем, сформированным (в виде «молекулярного ворса») поверхностно-активными веществами, содержащимися в антизадирных присадках, вводимых в смазочные масла и пластичные смазки. | Обеспечение безотказной работы ответственных узлов трения с высокими удельными нагрузками, а также обеспечение возможности форсирования режимов эксплуатации. | |
Продолжение табл. 1.2
| 1 | 2 | 3 |
| Предотвращение коррозии | Создание тонкой беспористой эластичной пленки ингибирующими веществами, содержащимися в антикоррозионных присадках, вводимых в смазочные масла и пластичные смазки. Пленка изолирует поверхность от контакта с электролитом (пассивная защита) | Повышение долговечности пар трения, работающих в агрессивных средах. Устранение условий для появления коррозионно-механических видов изнашивания. |
| Демпфирование колебаний | Диссипация (рассеивание) энергии динамической нагрузки (ударной, вибрационной) за счет совершения ими работы на неупругую деформацию вязкого смазочного слоя. | Снижение коэффициента динамичности узла трения и повышения его долговечности при усталостных формах изнашивания |
| Управление температурным режимом работы узла трения | Охлаждение при перегреве. Забор тепла из зоны трения движущимся потоком жидкого или газообразного СМ с последующей его отдачей в атмосферу или в специальный охладитель (радиатор). Нагрев при переохлаждении. Предварительный подогрев масла перед эксплуатацией узла трения специальными нагревателями, вводимыми в масляную ванну. | Обеспечение оптимального температурного диапазона эксплуатации узла трения. Предотвращение последствий перегрева и переохлаждения подшипника. Обеспечение надежного функционирования системы смазки. |
Продолжение табл. 1.2
| 1 | 2 | 3 | |
| Промывка поверхностей трения | Отделение от поверхности трения и диспергирование (измельчение) крупных частиц грязи поверхностно активными веществами, содержащимися в моющих присадках, вводимых в смазочные масла. | Предотвращение образования нагаров, шламов и лаков, ухудшающих теплоотвод и создающих условия для заклинивания подшипника. Предотвращение засорения фильтров крупными частицами. | |
| Удаление частиц износа | Транспортировка механических частиц потоком масла от поверхностей трения к фильтрам, задерживающим твердые частицы и пропускающим масло. | Предотвращение возникновения вторичного абразивного изнашивания поверхностей трения | |
| Формирование несущего слоя | Создание давления в смазочном слое за счет возникновения гидродинамического эффекта в масляном клине (гидродинамическое или эластогидродинамическое трение) или подачи смазочного материала под давлением в зону трения (гидростатическое или газостатическое трение) | Снижение (вплоть до полного исключения) изнашивания, минимизация потерь на трение | |
Продолжение табл. 1.2
| 1 | 2 | 3 |
| Уплотнение зазоров (герметизация стыков) | Заполнение зазоров между сопрягаемыми поверхностями адсорбированным слоем смазочного материала, не препятствующего относительному перемещению, но исключающего транспортировку агрессивных компонентов внешней среды через уплоняемый стык. | Обеспечение требуемой компрессии в поршневых системах. Обеспечение работоспособности уплотнений. Предотвращение загрязнения смазочного материала компонентами внешней среды. |
Классификация смазочных материалов
По агрегатному состоянию различают газообразные, жидкие (смазочные масла), пластичные (консистентные смазки) и твердые смазочные материалы [15].
Газообразные СМ используются в газостатических подшипниках, в которых газ или смесь газов подается в зону трения под давлением, компенсирующим внешнюю нагрузку. При этом в качестве СМ чаще всего используют воздух (трение на воздушной подушке), реже водород или хладон, обладающих меньшей, чем воздух, вязкостью, что обеспечивает более низкое трение в газовом подшипнике.
В рецептуру товарных сортов смазочных масел входит очищенное базовое масло (основа) и тщательно сбалансированная (с учетом назначения СМ) композиция присадок и (или) добавок, улучшающих те или иные свойства основы. Преимущества жидких СМ: возможность централизованного обеспечения циркуляции, очистки, охлаждения (или прогрева), а также контроля качества СМ при эксплуатации. Недостаток – возможность вытекания СМ из узла трения через неплотные стыки и испарения при высоких температурах.
Пластичные смазки отличаются от смазочных масел добавлением еще одного компонента – загустителя (до 30% от объема смазки), в качестве которого чаще всего используют различные мыла (литиевые, кальциевые, алюминиевые, стронциевые и др.), но могут использоваться и ультрадисперсные порошки антифрикционных материалов (ультрадисперсный фторопласт) и даже парафин. Загуститель играет роль молекулярного «каркаса», удерживающего масло внутри. Это позволяет смазке создавать на поверхностях трения толстые слои и хорошо удерживаться на них даже в случае действия достаточно высоких центробежных сил. Недостатки – сложность обеспечения циркуляции и очистки пластичных смазок, трудность его закачки (набивки) в узлы трения, что требует их доступного расположения в машине.
Твердые СМ – материалы со слоистой структурой со слабой молекулярной связью между слоями. К таким материалам относятся слюда, графит, дисульфид молибдена, трисульфид молибдена, диселенид молибдена, дисульфид вольфрама и др. В группу твердых СМ также относят полимерные материалы с малым коэффициентом внешнего трения и образованные ими покрытия (фторопласт – 4, эпилам и т.п.). При высоких удельных нагрузках роль твердых СМ могут играть покрытия пластичных металлов (серебро, медь, олово и др.), способных к высоким степеням пластических деформации в поверхностных слоях без образования трещин. Ультрадисперсные порошки твердых СМ вводят в жидкие и пластичные СМ в качестве антифрикционных добавок.
По происхождению смазочные материалы разделяют на растительные масла, животные жиры, минеральные (на основе нефти), синтетические и полусинтетические [15].
Смазочные материалы растительного и животного происхождения являются абсолютными рекордсменами по длительности применения (почти 2000 лет). Они известны с античных времен. Их главные достоинства – простота получения и экологичность – до сих пор поддерживают к ним интерес.
Наиболее применяемыми в настоящее время являются минеральные масла, полученные на основе перегонки мазута (дистиллятные) и гудрона (остаточные). Относительная дешевизна и приемлемые смазочные свойства обеспечивают им конкурентные преимущества на рынке СМ на протяжении последних 200 лет.
Синтетические СМ – рекордсмены по эксплуатационным характеристикам (впрочем, по стоимости тоже). Их производство не требует нефти. В зависимости от используемой основы они делятся на полиалкингликолевые, полисилоксановые, фторуглеродные, хлорфторуглеродные и др. Синтетические СМ характеризуются: высоким индексом вязкости - от 160 до 175 (стабильностью вязкости при изменениях температуры); термической стабильностью, небольшими высокотемпературными отложениями, низкой испаряемостью, высокими противоизносными и антифрикционными характеристиками, хорошими противоокислительными и диспергирующими свойствами.
Промежуточное положение практически по всем показателями между чистыми нефтяными или синтетическими маслами занимают полусинтетические смеси, содержащие до 30% синтетических масел.
По назначению выделяют следующие основные группы смазочных масел: моторные, трансмиссионные, индустриальные, гидравлические, турбинные, трансформаторные, компрессорные и приборные. Названия (говорящие сами за себя) очерчивают область применения СМ. Некоторые группы масел являются взаимозаменяемыми, но это скорее исключение из правила.
Моторные (картерные) масла занимают первую строчку в рейтинге по объемам производства и ассортименту. Они предназначены для смазывания узлов трения двигателей внутреннего сгорания и в зависимости от типа двигателя, для которых они предназначены, делятся на масла для карбюраторных двигателей, дизельных двигателей и универсальные масла. Моторные масла должны обладать стойкостью к воздействию высоких температур и характеризуются относительно большим содержанием моюще-диспергирующих присадок, предотвращающих закоксовывание поверхностей трения продуктами собственного разложения.
Трансмиссионные масла используются для смазывания механических, гидромеханических и гидростатических передач. Они подвержены при эксплуатации сильным механическим воздействиям и отличаются относительно высоким содержанием противозадирных присадок.
Помимо этого, смазочных материалы могут быть классифицированы по типу смазываемых механизмов, вязкости, классу консистенции, гигроскопичности, стойкости к вымыванию водой, уровню эксплуатационных свойств, сезону эксплуатации и др.
1.4.4. Классификация присадок к смазочным материалам
История создания и применения присадок к смазочным материалам берет свое начало в 20-е годы прошлого столетия и с тех пор развивается под натиском неуклонно возрастающих требований к эксплуатационным свойствам СМ[12].
Присадками (additives) называют вещества, вводимые в базовое масло для улучшения его свойств в период срока службы (эксплуатации, хранения, транспортировки). Практически все товарные СМ содержат одну или несколько присадок с общим массовым содержанием до 25%. При использовании композиции присадок должна быть достигнута их полная совместимость (compatibility) и синергетическое взаимодействие (synergism), что часто является результатом упорного поиска и немалого труда ученых-химиков и трибологов, создающих новые рецептуры СМ. Введение в готовый СМ какого-то нового химически активного вещества может привести к непредсказуемым последствиям и требует тщательной проверки.
Присадки могут вводиться по отдельности или в виде готовой композиции - пакета присадок (концентрат присадок, разведенных в смазочном материале). Пакет присадок состоит из нескольких (до 15 наименований) сбалансированных присадок различного назначения.
По эксплуатационному действию присадки делятся на следующие основные группы.
Антиокислительные присадки - повышают устойчивость масел к окислению под действием высоких температур и кислорода воздуха. Присадки (фенолы, амины) на ранних этапах прерывают цепную реакцию окисления масла за счет деактивации перекисей с образованием неактивных соединений.
Антикоррозионные присадки и ингибиторы коррозии - защищают металлические поверхности трения от коррозии. Присадки нейтрализуют кислоты (например, карбоновые кислоты, образующиеся при окислении СМ), образуют защитную пленку (препятствующую контакту поверхности с электролитами) и связывают влагу.
Моюще-диспергирующие присадки (детергенты и дисперсанты)- снижают образование отложений, нагара, кокса и т.п. Присадки могут оказывать нейтрализующее (нейтрализация кислых продуктов для предотвращения ускоренного разложения СМ), солюбилизирующее (поглощение смазочным материалом частиц грязи с образованием коллоидного раствора), диспергирующее (измельчение частиц загрязнений), стабилизирующее (предотвращение коагуляции и выпадения в осадок сажистых частиц) и собственно моющее действие (создание двойного электрического слоя, препятствующего образованию отложений).
Депрессорные присадки (депрессанты) - снижают температуру застывания масел. Действие присадки (алкилнафталины, алкилфенолы) основано на подавлении роста и срастания кристаллов парафина – основной причины потери подвижности СМ, желирования и застывания при низких температурах. Депрессанты вводятся в масла в количестве 0,05-1,0%.
Вязкостные (загущающие) присадки – улучшают температурно-вязкостные показатели масла. Присадки (полиизобутилен, полиметакрилаты, сополимеры олефинов (этилена, пропилена, бутилена) и др.) повышают индекс вязкости, за счет того, что при низких температурах молекулы присадки находятся в «скрученном» (сжатом) состоянии и мало влияют на вязкость, а при высоких - вязкостные присадки «раскручиваются» (разжимаются) и повышают вязкость масла, компенсируя потерю вязкости самого масла при повышении температуры.
Антипенные присадки - предотвращают вспенивание масел. Присадки (полиметилсилоксан, полидиметилсилоксан, полиэтилсилоксан и др.) снижают поверхностное натяжение на границе раздела «воздух – масло», что приводит к облегчению выделения пузырьков воздуха из СМ. Это в свою очередь предотвращает повышенную окисляемость СМ и нарушение прокачиваемости СМ в системах смазки.
Противозадирные присадки (Extreme Pressure, ЕР-присадки) – присадки, защищают поверхности трения деталей при работе в условиях высоких нагрузок, давлений и температур. Присадки (осерненные жиры, осерненные непредельные углеводороды, дисульфиды, полисульфиды, бис-(алкиларилтио) –алканы, эфиры тиоугольных кислот, дитиолтионы, хлорированные парафины, хлорированные ароматические и олефиновые углеводороды хлорированные ациклические углеводороды и др.) формируют на поверхностях трения прочный граничный слой, предотвращающий образование мостиков сварки между ними.
Приработочные присадки - ускоряют процессы приработки пар трения. Присадки (растворенная или коллоидная сера, полисульфиды и др.) обеспечивают в процессе приработки повышенный износ при предотвращении схватывания поверхностей. Используются ограниченное время в только процессе обкатки узлов трения.
Противоизносные присадки (Anti Wear, AW - присадки) - снижают интенсивность изнашивания. Присадки (маслорастворимые соединения фосфора, мышьяка и сурьмы) формируют на поверхностях трения прочную износостойкую пленку.
Антифрикционные присадки – снижают потери на трение. Примерами таких присадок служат кислородсодержащие соединения с активными полярными группами, маслорастворимые молибденсодержащие продукты, дисперсии в маслах твердых смазок (графит, дисульфид молибдена, соединения бора) и др.
Восстанавливающие присадки – обеспечивают частичное восстановление изношенных поверхностей при трении. Присадки разделяются по материалу образуемых защитных пленок на металлоплакирующие (ультрадисперсные порошки пластичных металлов); полимерные (как правило, на основе политетрафторэтилена) и металлокерамические.
