Смазка и спецжидкости, применяемые при эксплуатации машин

Наименьший износ трущихся пар наблюдается при жидкостном трении. Трения поверхностей, например, шейки (цапфы) вала и вкладыша подшипника предотвращает масляный клин, который образуется между ними при вращении вала. В этом случае изнашивание происходит в результате трения смазки о металлическую поверхность. Смазка уменьшает энергетические потери на трение и охлаждает трущиеся поверхности. Механизм изнашивания при этом обуславливается механическим разрушением окисной пленки, образующейся на поверхности трения. Интенсивность изнашивания в данном случае минимальная и поэтому всегда надо стремиться к созданию условий жидкостного трения, если это позволяют конструктивные особенности механизма.

С точки зрения гидродинамической теории смазки процесс жидкостного трения состоит в следующем. В подшипнике скольжения пространство между цапфой вала и кольцом подшипника заполнено маслом, причем в состоянии покоя цапфа находится в нижнем положении (рис. а).

Рис. 1. Положение вала в подшипнике:

а – в покое; б – в процессе вращения; R – реакция опоры; е – эксцентриситет.

При вращении вала смазка, приобретая определенную скорость, постепенно отжимает цапфу по ходу вращения влево и подклиниваясь под неё, приподнимает цапфу. В результате цапфа будет постепенно смещаться влево и вверх, как бы выплывать. Ось цапфы при этом будет перемещаться по траектории, близкой к полуокружности и при n= ∞ совпадет с осью подшипника. гидродинамическое давление смазки, развивающиеся вследствие движения в пространстве между цапфой и подшипником, уравновешивает внешнее давление на цапфу поскольку площади поперечных сечений этого пространства различны в радиальном направлении, щель приобретает форму клина. При движении смазки отдельные её слои перемещаются с различными скоростями по отношению друг к другу, поэтому возникает жидкостное трение. Закон жидкостного трения можно представить следующей формулой:

где F- сопротивление трения, Н

- абсолютная вязкость, Па с

Q – площадь трущихся поверхностей, м²

- относительная скорость скольжения, м/с

h – толщина слоя смазки, м

На основании этого закона и ряда экспериментов получена формула, устанавливающая условия, при которых обеспечивается всплытие цапфы:

где h_min – толщина слоя масла в самом тонком месте, мм

n – частота вращения вала, об/мин

d – диаметр цапфы, мм

l –длина цапфы, мм

S – наибольший зазор в состоянии покоя, мм

P – удельная нагрузка на вал, Па

При увеличении значений µ и n цапфа всплывает. Это подтверждается тем, что жидкостное трение надежно обеспечивается в скоростных машинах (турбины, быстроходные станки).

Для нормальной работы деталей, как это следует из формулы, главное значение имеют величина первоначального зазора и качество смазки. Осуществить постоянство условий для обеспечения жидкостного трения невозможно, т.к. при запуске машины цапфа переходит из нижнего положения в верхнее при полужидкостном трении, что приводит к изнашиванию сопряженной пары. Такое положение возникает при изменениях режима работы машины и особенно при её перегрузке, когда снижается скорость вращения n и увеличивается нагрузка P.