Фрикционные свойства
Трение (friction). Для передвижения сопряженных поверхностей необходима сила для преодоления трения. Эта сила называется силой трения (frictional force). Сила трения зависит от нагрузки, т.е. от силы, прижимающей поверхности одну к другой и от свойств поверхностей. Каждый материал обладает постоянной величиной трения, которая называется коэффициентом трения (friction coefficient]. При рассмотрении вопроса трения в узлах и механизмах автомобилей основным является наружное трение твердых тел в местах соприкосновения (примером внутреннего трения является вязкость масел). По характеру взаимного передвижения трущихся тел, различают трение качения (rolling friction) трение скольжения (sliding friction). Сила трения скольжения зависит от нагрузки и коэффициента трения. Причиной трения качения является деформация поверхностей тел.
Коэффициент трения качения во много раз (около 10) ниже коэффициента трения скольжения. Трение можно уменьшить разделением поверхностей тонким слоем жидкого или пластичного смазывающего материала.
Расход энергии на преодоление трения составляет значительную часть общего расхода энергии, поэтому возможностям уменьшения трения уделяется большое внимание, введение в моторное масло присадок, повышающих липкость или модификаторов трения приводит к уменьшению коэффициента трения и усилению адсорбционной пленки на трущихся поверхностях деталей, что позволяет применять масла с пониженной вязкостью уменьшать расход топлива на преодоление трения.
Фрикционные свойства масел являются важными в нескольких случаях. Во первых, Ісло должно уменьшать трение трущихся поверхностей и их износ. Кроме этого, на автомобилях устанавливаются механизмы, работа которых основана на трении - сцепление, тормоза и другие фрикционные элементы. В системах тормозов и сцепления сила трения пользуется, соответственно, для торможения автомобиля и для предачи крутящего момента двигателя к трансмиссии. Для работы фрикционных механизмов большое трение .обходимо, и чем оно больше, тем эффективнее их работа. Обычно на автомобилях уста-тавливают сцепление и тормоза «сухого типа», для которых сила сцепления поверхностей (тент в основном от фрикционных свойств трущихся поверхностей. В автоматической коробке передач и других гидромеханических механизмах применяются сцепление, тормоза и замедлители, в которых масло является рабочей средой. В этом случае сила сцепления поверхностей зависит от фрикционных свойств масла.
Противоизносные свойства
Эти свойства заключаются в способности смазочных материалов снижать процесс изнашивания трущихся деталей за счет образования на них граничного слоя, препятствующего непосредственному контакту трущихся поверхностей. Изнашивание деталей проходит в результате механического, абразивного, гидроабразивного, коррозионно-механического и окислительного воздействия на трущиеся поверхности и отделения материала поверхности твердого тела при трении с постепенным изменением размеров и форм тела.
Изнашивание (wear, attrition) - процесс разрушения и отделения материала с поверхности трения, сопровождаемый изменением размеров и формы.
Износ (wear) - результат изнашивания, это разрушение твердых тел с отщеплением от поверхности частиц вещества материала.
Задир (scoring, scuffing) - образование в результате схватывания различимой невооруженным глазом борозды с оттеснением материала как в стороны, так и по направлению скольжения.
Задирное изнашивание (scoring, scuffing) - разрушение поверхности при недостаточном смазывании, в результате чего на поверхности образуются отдельные царапины, задиры (score, scoring).
Схватывание при трении (seizure) - приваривание, сцепление, местное соединение двух твердых тел пары трения под действием молекулярных сил. В местах схватывания исчезает граница между соприкасающимися телами, происходит сращивание металлов.
Узел схватывания - это местное соединение поверхностей, образующееся при трении в результате схватывания. Необходимой предпосылкой для образования узла схватывания на поверхности трения является разрушение смазочной пленки.
Заедание, залипание, заклинивание (sticking, scuffing, seizuring) - наиболее яркая форма проявления схватывания, в результате которого может произойти полное заклинивание деталей. Заедание наблюдается в тяжелонагруженных подшипниках скольжения, зубчатых зацеплениях, шарнирных соединениях, в деталях цилиндропоршневой группы двигателя и т.п.
Изнашивание при заедании (seizure wear) проявляется в условиях высоких нагрузок, когда смазка выдавливается с поверхностей трения и возникает сухое трение. Поверхности нагреваются от сильного трения выше температур плавления и свариваются (friction welding). При трении металл вырывается и может привариваться к другому месту. Такой износ наблюдается в гипоидных передачах, где поверхности шестерней скользят под большой нагрузкой в направлении, продольном линии контакта..
Абразивное изнашивание (abrasive -wear, abrasion)} - механическое изнашивание поверхности, вызываемое наличием в масле твердых частиц. Абразивные частицы имеют достаточную твердость и обладают способностью резания (царапанья). В роли твердых абразивных частиц могут выступать пыль, продукты износа, нагар, зола.
Влияние мелких абразивных частиц на изнашивание. Если размер частиц не превышает 5 мкм, то они, имея большую развитую поверхность, адсорбируют на себе продукты окисления масла, что может снизить интенсивность изнашивания деталей. Мелкие частицы выполняют функции противоизносных и антифрикционных присадок, препятствуя непосредственному контакту поверхностей трения.
Усталостное изнашивание (fatigue wear) - это разновидность механического изнашивания, при котором от усталости металл выкрашивается с поверхности трения. Усталостное изнашивание обычно проявляется в подшипниках качения и на профилях зубьев шестерней.
Эрозионно-механическое изнашивание (erosive wear) - изнашивание, вызываемое совместно механическим и химическим или электрохимическим воздействием на поверхности трения. Коррозия ускоряет механическое изнашивание. По своему механизму эрозионно-механическое изнашивание бывает окислительным и питтингоэрозионным.
Окислительное или коррозионное изнашивание (corrosive wear, oxidative wear) - механическое изнашивание, вызываемое химической реакцией поверхности металла с кислородом или другой окисляющей средой. Примером такого изнашивания может служить изнашивание стенок цилиндра дизельного двигателя и вкладышей подшипников коленчатого вала при применении сернистого топлива.
Влияние шероховатости поверхности на трение и изнашивание. Сила трения между поверхностями трения зависит от их шероховатости, свойств материала, покрытия и других факторов. Чем ровнее поверхности трения, тем меньше механическое и тем больше молекулярное трение, и наоборот. С другой стороны, на мелкошереховатой поверхности лучше удерживается масло.
Поверхности гильз быстроходных мощных дизельных двигателей обработаны хо-нингованием. В результате такой финишной обработки на поверхности остаются следы инструмента глубиной около 3 мкм, в которых удерживается масло, что способствует постоянной смазке поверхностей цилиндров. Скапливание в кольцевых канавках отложений приводит к полированию стенок цилиндров (bore polishing) до зеркального блеска (рис. 2.9). С гладкой поверхности кольца стирают масляную пленку что приводит к нарушению смазывания и увеличению расхода масла. Во всех европейских спецификациях на эфирные масла для мощных дизельных двигателей ограничивается максимальная стеополировки цилиндров.
Рис. 2.9. Полирование и износ стенок цилиндра дизельного двигателя