Глава 1. Смазка

1.1. Терминология. Виды смазки.

Наиболее эффективным средством снижения величины коэффициента трения и износа в узлах трения машин является применение специальных материалов, получивших название “Смазочные материалы”.

Операция по введению смазочного материала в контакт трущихся поверхностей используется термин «смазывание»

При введении смазочного материала между трущимися поверхностями реализуются различные механизмы взаимодействия, определяемые свойствами смазочного материала, свойствами трущихся поверхностей, кинематическими и силовыми условиями на контакте.

Действие смазочного материала на поверхности трения, приводящее к снижению трения и скорости изнашивания обозначается термином “смазка”.

В ряде случаев в технической литературе , в которой не рассматриваются вопросы смазки и смазочных материалов, все вышеперечисленные термины заменяются термином «смазка», что является неверным и не соответствует требованиям ГОСТ

Различают два вида:

- жидкостная смазка;

- граничная смазка.

Синонимами этих терминов являются жидкостное трение и граничное трение.

При одновременном возникновении между трущимися поверхностями жидкостной смазки и граничной смазки действие смазочного материала определяют термином “смешанная смазка”.

Жидкостная смазка имеет несколько режимов:

- гидродинамический;

- гидростатический,

- эластогидродинамический.

При обозначении режимов жидкостной смазки допускается опускать термин “жидкостная”, т.е. гидродинамическая смазка, гидростатическая смазка, эластогидродинамическая смазка.

Внешнее различие режимов смазки может определяться толщиной пленки смазочного материала, разделяющегося трущиеся поверхности. С этой целью введен так называемый коэффициент толщины пленки .

(1.1)

где - толщина пленки смазочного материала,

- шероховатости поверхностей.

При - наиболее вероятна граничная смазка;

- смешанная смазка;

- эластогидродинамическая смазка;

- гидродинамическая и гидростатическая смазка.

1.2. Гидродинамическая жидкостная смазка

Реализуется жидкостная смазка только при полном разделении трущихся поверхностей слоем жидкого смазочного материала. Обеспечить такое разделение можно, зная закономерности механизма взаимодействия смазочного материала и трущихся поверхностей.

Один из таких механизмов реализуется в подшипниках скольжения при смещении трущихся поверхностей – это режим гидродинамической смазки.

На рис.1.1 представлена схема нагружения подшипника скольжения в режиме жидкостной смазки.

Между валом и подшипником скольжения формируется слой смазочного материала с толщиной в месте максимального сближения. Разность между радиальным зазором и минимальной толщиной слоя смазочного материала определяет эксцентриситет оси вала относительно оси подшипника. Величина эксцентриситета зависит от величины нагрузки Р на подшипник и частоты вращения вала . Для характеристики подшипника скольжения используется относительный эксцентриситет .

Величина эксцентриситета зависит от величины нагрузки Р на подшипник и частоты вращения вала . Для характеристики подшипника скольжения используется относительный эксцентриситет .

В слое смазочного материала возникают напряжения, эпюры которых представлены на рис.1.1.

Рис. 1.1. Схема нагружения подшипника скольжения и несущего масляного слоя в подшипнике:

а – отсутствие вращения вала; б – вращающийся вал

Величина номинального давления находится из зависимости

, (1.2)

где и - диаметр и длинна подшипника.

Величина максимального давления

Величина слоя смазочного материала в соответствии с гидродинамической теорией жидкостной смазки зависит от:

- частоты вращения вала ;

- номинального давления ;

- относительного диаметрального зазора ;

- вязкости смазочного материала .

Положение центра вала определяется безразмерным параметром . С ростом этого параметра центр вала перемещается к центру подшипника по траектории, близкой к полуокружности диаметром, равным радиальному зазору . В качестве величины диаметра использована относительная величина – относительная толщина масляного слоя

. (1.3)

При бесконечно большой величине параметра центр вала совпадает с центром подшипника. При этом , клиновидность зазора исчезает, а давление в масляном клине должно быть равным нулю. Такое состояние может наступить при отсутствии внешней нагрузки.

С уменьшением параметра толщина масляного слоя уменьшается, вытекание масла, нагнетаемого в эту область насосным действием вала, затрудняется, давление в масляном слое повышается, теоретически до бесконечности. Реально отклонение от цилиндричности, шероховатость, наличие загрязнения в смазочном материале ограничивают несущую способность подшипника.

При гидродинамической смазке относительный эксцентриситет и относительная минимальная толщина являются функциями безразмерного числа Зоммерфельда

. (1.4)

Существует оптимальное значение, , при котором режим гидродинамической жидкостной смазки наиболее устойчив.

Выше этого значения небольшие изменения нагрузки ведут к значительному смещению центра вала, которые легко переходят в циклические вихревые движения.

Взаимосвязь между числом Зоммерфельда и относительной минимальной толщиной смазочного слоя может быть выражена следующими зависимостями для различных значений отношения длины к диаметру подшипника :

(1.5)

. (1.6)

Для этих случаев оптимальный относительный зазор

. (1.7)

Предельное значение относительного зазора, при котором еще реализуется гидродинамическая жидкостная смазка:

. (1.8)

Ограничение на реализацию режима гидродинамической смазки накладывает и величина безразмерного параметра Рейнольдса

; (1.9)

где - минимальный слой смазочного материала, мм;

- средняя скорость жидкостной пленки, мм/с;

- кинематическая вязкость смазочного материала, мм²/с.

При Re > 1900 ламинарное течение смазочного материала переходит в турбулентное, что ведет к нарушению режима жидкостной смазки.