Общие вопросы

Смазывание поверхностей трения деталей машин не­обходимо для уменьшения сил трения, интенсивности изнашива­ния и нагревания деталей, а также для предохранения поверх­ностей от коррозии во время остановки машины. Кроме того, смазочный материал оказывает демпфирующее и охлаждающее действие. Потоком смазочного материала отводится как теплота, возникающая при трении, так и теплота от нагретых частей ма­шины, например, в паровых турбинах, двигателях внутреннего сгорания, насосах для перекачки горячих жидкостей. Потоком масла выносятся также из зоны трения продукты изнашивания.

Роль смазочного материала в охлаждении и очистке поверх­ностей трения значительна даже при бедной, но возобновляю­щейся при работе смазке. Трение при смазывании хотя бы та­кими маловязкими жидкостями, как керосин или вода, меньше, а износ — существенно меньше, чем при трении без смазочного материала. При трении чугуна по чугуну на машине Амслера с удельной нагрузкой 1,25 МПа и одинаковой скорости скольжения В. П. Гречиным были получены следующие результаты: коэффи­циент трения при смазывании минеральным маслом 0,02, кероси­ном 0,06, водой 0,22, без смазывания 0,6; суммарный массовый износ пары образцов в относительных единицах составлял соот­ветственно 1; 1,9; 17,2 и 437.

Демпфирующее действие смазочного материала заключается в снижении динамичности переменной нагрузки и в уменьшении поперечных и продольных колебаний при переходе через крити­ческую частоту вращения валов. Одновременно под влиянием мас­ляного слоя возможен рост вибрации роторных машин, нару­шающей нормальную их работу.

Смазочные материалы могут быть жидкие (масла, вода, сер­ная кислота высокой концентрации в некоторых машинах хими­ческой промышленности и другие жидкости), в виде эмульсии, газообразные, пластичные и твердые (тальк, графит, дисульфид молибдена и др.) [43, 44].

11. 2. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Физико-химические характеристики смазочных мате­риалов (СМ)—это регламентированные стандартами показате­ли для оценки качества. Такими показателями являются: плот­ность номинальная (при заданной температуре), вязкость номи­нальная (определяется обычно при температуре 50 или 100°С); температура вспышки — наинизшая температура вспышки паров нагреваемого СМ при приближении пламени в условиях обычно­го давления; температура застывания — наивысшая температу­ра, при которой масло теряет текучесть по определенному до­пуску (масло после наклона стандартной пробирки под углом 45° остается неподвижным в течение 1 мин); кислотное число (КОН) —число миллиграммов едкого калия, требующегося для нейтрализации 1 г СМ; коксуемость — отношение (в процентах) массы кокса к навеске испытуемого СМ; зольность—наличие в СМ несгораемых веществ; содержание механических примесей; со­держание воды; содержание водорастворимых кислот и щелочей; коррозионное воздействие на железные и медные пластинки; со­держание серы; содержание растворителей — фенола, крезола, нитробензола и фурфурола, применяемых при селективной очист­ке СМ.

За исключением вязкости, все показатели либо косвенно и ограниченно характеризуют поведение СМ в эксплуатации, либо служат для контроля их качества при производстве, транспорти­ровании и хранении. Проанализируем эти характеристики.

Уменьшение плотности сопровождается понижением вязкости и температуры вспышки. Последняя служит показателем испа­ряемости и огнеопасности СМ. Температуру вспышки необходи­мо учитывать в случае возможного контакта СМ с горячим па­ром, газом, металлом. Температура вспышки должна быть выше температуры смазываемой поверхности. Температура застыва­ния не характеризует полной потери подвижности СМ, так как те­кучесть сохраняется до температуры, которая на 15—20°С ниже температуры застывания (определяется по ГОСТу). Косвенно по этой температуре можно судить о смачиваемости СМ поверх­ности трения.

Кислотное число характеризует содержание кислот в СМ. Во­дорастворимой кислотой в СМ может быть серная кислота как остаток после кислотной очистки. При отсутствии водораствори­мых кислот кислотность СМ обусловлена нафтеновыми кисло­тами, и кислотное число в этом случае характеризует содержа­ние в СМ именно этих кислот. Увеличение кислотного числа СМ позволяет судить о степени его окисления. Наличие водораст­воримых кислот и щелочей в СМ не допускается вследствие их разъедающего действия на металлы. Щелочь в СМ может оказаться после очистки. Следует отметить, что в СМ двигателей внутреннего сгорания могут попасть органические кислоты, как, например, уксусная, муравьиная.

Коксуемость, как показатель качества СМ, определяет сте­пень его очистки и склонность к образованию отложений.

Пр и садки к с мазочным- маслам. Для улучшения эксплуата­ционных свойств минеральных масел применяют специальные добавки к ним, называемые присадками. Присадки к маслам должны в них хорошо растворяться, не выпадать в виде осад­ка, не задерживаться на фильтрах смазочной системы и не осе­дать на поверхностях трения. По назначению присадки бывают: антифрикционные — для стабилизации сил трения или снижения их в условиях граничного трения; противоизносные — для умень­шения интенсивности изнашивания поверхностей; противозадир-ные — для предотвращения и смягчения процесса заедания по­верхностей; вязкостные — для улучшения вязкостно-температур­ных характеристик масел; депрессорные —для понижения темпе­ратуры застывания масел; противоокислительные (ингибито­ры)— для замедления окисления масла кислородом воздуха; применение их понижает корродирующие свойства масел; анти­коррозионные—для уменьшения коррозионного действия масел на металлы; моющие — для уменьшения углеродистых отложе­ний на деталях двигателей; противопенные — для предотвраще­ния вспенивания масел и для быстрого разрушения пены; много­функциональные— для улучшения одновременно нескольких свойств масел.

Пла с тичные с мазочные ма т ер и алы являются коллоидными системами. Они легко деформируются под внешним воздейст­вием. Пластические свойства зависят от температуры. Пластич­ные СМ представляют собой минеральные масла, загущенные мылами, т. е. солями растительных, животных и синтетических жирных кислот. В зависимости от состава мыла пластичные СМ разделяются на кальциевые, натриевые, кальциево-натрие-вые, алюминиевые, магниевые и др.

Кальциевые СМ в воде не растворяются; при плавлении те­ряют содержащуюся в них свободную и связанную воду и на­чинают распадаться на масло и мыло; кальциевые СМ не могут длительно работать при температуре 55°С и выше без попол­нения.

Натриевые пластичные СМ более термостойки, но не влаго­стойки. Они легко растворяются в воде, выделяя свободные жир­ные кислоты и щелочи, вызывающие коррозию металла, и об­разуют легко смываемую с поверхностей трения эмульсию. Каль-циево-натриевые СМ целесообразно применять в условиях повы­шенной температуры и влажности. В последние годы промыш­ленность выпускает литиевые смазки (литолы), имеющие высо­кие антифрикционные свойства.

Основными качественными характеристиками пластичных СМ являются температура каплепадения, пенетрация и содержа­ние механических примесей.

Температура каплепадения — это температура падения пер­вой капли СМ, нагреваемого в капсуле прибора в строго опре­деленных условиях. Температура каплепадения служит услов­ной характеристикой термостойкости СМ. Для СМ, содержащих мыла, она должна быть на 15—20°С выше предполагаемой рабо­чей температуры узла трения.

Пенетрация выражается в градусах и представляет собой глубину погружения стандартного конуса в испытуемый СМ за 5 с, выраженную в сотых долях сантиметра. Пенетрация харак­теризует степень пластичности СМ. Чем выше число пе-нетрации, тем меньше пластичность. По числу пенетрации при­ближенно можно судить о прокачиваемости СМ через трубопро­воды.

Твердые с мазочные ма т ериалы (ТСМ) под механическим воздействием расщепляются и образуют на поверхности тре­ния тонкую пленку, которая разделяет поверхности трения и имеет низкий коэффициент трения. Такими свойствами обладают графит, дисульфид молибдена и другие вещества. Коэффициент трения ТСМ равен 0,05—0,15. Недостатком ТСМ является бо­лее низкий отвод теплоты от поверхностей трения, чем у жидких масел, а также малая долговечность. Пополнение ТСМ часто сопряжено с трудностями конструкционного и эксплуатационно­го характера. Однако в некоторых узлах, работающих в усло­виях вакуума, единственным способом смазывания является при­менение ТСМ [43, 44].

При использовании ТСМ необходимо, чтобы сопряженные по­верхности трения имели необходимые антифрикционные свойст­ва (прирабатываемость, отсутствие склонности к задирам и схва­тыванию).

ТСМ применяют в виде порошков, карандашей, твердых сма­зочных полимерных пленок и брикетов.

Ряд твердых смазочных полимерных пленок (в виде суспен­зий) разработан Л. Н. Синтерюхиной с сотрудниками во ВНИИНП. Их наносят распылением или погружением детали в суспензию. Отверждение производят при температуре 120—300°С в течение 2—3 ч. Смазочные покрытия применяют только при трении без СМ; в жидкостях они отслаиваются.

В агрессивных газах и парах применяют антифрикционные покрытия в виде фторопластовых лаков и суспензий, разрабо­танных в НПО «Пластполимер». Наиболее распространенными являются антифрикционные лаки ВА Ф-31, ФБФ-74Д, фторо­пластовая композиция ФК-33 и др. Эти композиции состоят из по­рошка фторопласта ЧД или ЧДП и связующего типа БФ. Сус­пензии и лаки наносят кистью, распылителем или погружением.