Металлоплакирующие смазочные материалы (СМ)

Металлоплакирующие СМ. — это материалы, содер­жащие (по массе от 0,1 до 10%) присадки: порошки металлов, сплавов и их окислов, соли и комплексные соединения металлов, металлоорганические соединения. При использовании металло-плакирующих СМ реализуется эффект безызносности, который проявляется в том, что на трущихся деталях в процессе работы узлов трения формируется тонкая, трудно поддающаяся окисле­нию, защитная самовосстанавливающаяся металлическая плен­ка из введенных в СМ присадок. Толщина пленки составляет от нескольких атомных слоев до 1—2 мкм.

Металлоплакирующие СМ применяют в тяжелонагруженных узлах трения качения и скольжения в самолетах, автомобилях, двигателях внутреннего сгорания, прокатного металлургическо­го оборудования, шпинделях зачистных машин, текстильном, швейном и обувном оборудовании и др.

Использование металлоплакирующих СМ позволяет повы­сить долговечность узлов трения (в 2—3 раза), снизить потери на трение (на 30—200%) и тем самым повысить КПД машин и оборудования, уменьшить расход смазочных материалов (в 2—3 раза), увеличить период между смазочными работами (до 3 раз).

Наибольшее распространение получили металлоплакирую­щие СМ, образующие медную сервовитную пленку.

Повышенная эффективность металлоплакирующих СМ обус­ловлена следующими факторами: наличием контакта поверхно­стей трения через пластически деформирующийся мягкий и тон­кий слой металла; большей реализацией эффекта Ребиндера; переносом частиц износа с одной поверхности трения на другую и удержание частиц в зоне контакта электрическим полем; защи­той поверхностей трения от проникновения водорода.

Однако не все смазочные материалы, содержащие различ­ные мягкие металлы, можно отнести к металлоплакирующим материалам, дающим эффект безызносности. Для реализации этого эффекта необходимо наличие активной смазочной среды, обеспечивающей протекание физико-химических процессов, ко­торые «самоорганизуют» образование защитной пленки, содер­жащей металл вводимой присадки. СМ для резьбовых соедине­ний и уплотнительные СМ, хотя и содержат порошки пластич­ных металлов (меди, свинца, цинка), не создают эффекта бе­зызносности. Здесь порошки в зазорах окисляются и препятствуют окислению резьбы. Мягкие оксиды (например, меди) об­легчают свинчиваемость.

11. 4. ВЫБОР СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Выбор СМ производится для вновь проектируемых машин, для машин после их модернизации и для действующего оборудования при изменении условий эксплуатации. Выбор зависит от многих условий, основными из которых являются: кон­струкция узла трения, рабочий режим (нагрузка, скорость, температура), особенности рабочего и технологического процесса, внешняя среда (температура воздуха, его влажность, запылен­ность, наличие агрессивных газов и т. п.), квалификация обслу­живающего персонала и удобство обслуживания механизма, тре­бования надежности и экономические факторы.

Поскольку выбор СМ начинается с оценки целесообразности применения минерального масла или пластичного СМ, то прежде всего сравним эти виды СМ.

Преимущества смазочных масел по сравнению с пластичны­ми СМ следующие: более высокая стабильность и чистота; бо­лее низкий коэффициент внутреннего трения; лучшая работоспо­собность при высоких скоростях скольжения, при повышенных и при низких температурах; возможность фильтрации; возмож­ность контроля за состоянием масла и его подачей; простота добавки и смены масла; возможность сбора отработанного масла и его регенерации. Особенно важным преимуществом является охлаждающее действие масел. ____Недостатки смазочных масел: повышенные утечки через неплотности в разъемах корпусов и соединений маслопроводов; не­обходимость применения сложных уплотнений; повышенная пожароопасность.

Преимущества пластичных СМ: хорошая работоспособность при малых скоростях скольжения и высоких давлениях, при дей­ствии ударных и знакопеременных нагрузок, при частых оста­новках, а у специальных СМ — и при высоких температурах; возможность работы сопряжений при больших зазорах; хорошее удерживание в корпусах; хорошее заполнение зазоров в узлах трения и неплотностей корпусов подшипников, что препятствует загрязнению поверхностей трения.

Однако в пластичных СМ возможно их расслоение, рас­плавление и вытекание при длительной работе в условиях по­вышенных температур. Смена СМ требует таких трудоемких процессов, как разборка и промывка механизмов. Конструктив­ные возможности при решении задач подвода пластичного СМ более ограничены.

Вопрос о выборе СМ при конструировании смазочной сис­темы одной или нескольких однотипных кинематических пар решается относительно просто.

Пластичные СМ применяют в парах скольжения тихоходных механизмов, в открытых зубчатых передачах и подшипниках качения, а также там, где можно избежать усложнения кон­струкции узла, связанного с использованием жидкого СМ. Одна­ко при высоких скоростях скольжения или частотах вращения при использовании пластичного СМ возникают большие потери на трение, что повышает температуру СМ. Кроме того, при вы­соких частотах вращения происходит отбрасывание СМ от ра­бочих поверхностей. Внутреннее трение повышается также при низких температурах; это может вызвать заклинивание и нару­шение нормального функционирования узла. Пластичные СМ при использовании в приборах и механизмах управления могут не удовлетворять требованиям их чувствительности. Примене­ние этих СМ не всегда возможно в узлах, не допускающих раз­борки и рассчитанных на длительную эксплуатацию. Все эти обстоятельства ограничивают область применения пластич­ных СМ.

В отношении жидких СМ отметим следующее: для механизмов, работающих в теплых помещениях, приме­нимы масла со сравнительно высокой температурой застывания; чем меньше вязкость масла, тем меньше внутреннее трение; при сравнительно узком температурном интервале работы механизма масла могут иметь крутую вязкостно-температурную характеристику; это качество имеет важное значение, поскольку возможности получения масел с пологой характеристикой огра­ничены;

маловязкие масла в случае нарушения плотности стыков и соединений дают большие утечки и легко разбрызгиваются;

нагрузочная способность масел повышается с увеличением их вязкости.

Малые потери на трение при смазывании маловязкими жид­костями повышают КПД механизма, а также снижают темпе­ратуру нагрева деталей, что иногда существенно, как, например, в станках для отделочных операций. Так, подшипники скольже­ния шпинделей шлифовальных станков смазывают смесью мине­рального масла с керосином или даже чистым керосином.

Критериями выбора СМ и способа смазывания для подшип­ников качения являются: 1) значение наибольшего контактного напряжения, как характеристика нагрузки, и 2) параметр йп {й — диаметр вала, мм; п — частота вращения, об/мин), как по­казатель быстроходности. С увеличением нагрузки и рабочей скорости СМ приобретает значение для теплоотвода. Вязкость СМ, применяемого для смазывания подшипников, должна соот­ветствовать нагрузке: чем меньше нагрузка, тем меньше должна быть вязкость для максимального снижения потерь на трение и предупреждения чрезмерного нагрева подшипника. С увеличе­нием скорости вязкость СМ должна снижаться. С учетом темпе­ратурного фактора вязкость должна выбираться такой, чтобы при эксплуатационной температуре рабочая вязкость СМ не ока­залась недостаточной.

Применение масел с противозадирньши присадками для подшипников качения нецелесообразно, так как при наличии се­параторов из медных сплавов такие масла вызывают коррозию и, кроме того, некоторые присадки стимулируют изнашивание и выкрашивание рабочих поверхностей тел качения и колец.