9.3. Методысмазыв ания и смазочныематериалы

этом покрытие образуется в результате «размазывания» материала вставки по поверхности. Такой прием можно также использовать длязубча тыхпередач , если в качествевставки пр именить шестерню свободногоход а, изготовленнуюиз твердосмаз очногоматериала .

При тяжелых режимах работы смазочные масла могут удерживаться в зоне контакта магнитным полем, но для этого масло должно содержать коллоидные (высокодисперсные) намагниченные частицы, поглощающие достаточный объем масла и втягивающиеся в зону контакта под действием магнитного поля. Анало-

гичный прием можно использовать в случае твердого смазочного материал, если его подают в зону трения в виде порошка, содержащегонамагнивключенияные .

9.3.2. Виды смазочных материалов

Основные виды смазочных материалов, разработанных в России, и большинство их зарубежных аналогов, характеристики их эксплуатационных свойств и функциональное назначение приведены в справочнике [37]. Новые, экспериментальные разработки отражены в специализированнойлитературе , например [5, 48, 49].

Жидкие смазочные материалы (масла). Эти смазочные материалы различают по составу базового масла, функциональномуназначениюмасла и составуприсадок .

В зависимости от состава базового масла различают три класса материалов: нефтяные, синтетические и жировые. Наиболее широко распространены нефтяные масла. У них относительно низкая стоимость (исходный продукт — мазут), они достаточноуниверсальны посвойствам .

Синтетические масла требуют более сложной химико-техн о- логической переработки исходного сырья, поэтому они имеют высокую стоимость. В качестве базовой основы в них используют сложные эфиры, силиконы, полигликоли и др. Преимуществом этих маселявляется более широкий температурный диапазон использования (–60…+400 °С), меньшая, чем у нефтяныхмасел , зависимость вязкостиот температуры , пожаробезопасность.

Применение синтетических масел ограничено их относительно высокой стоимостью и целесообразно в тех случаях, когда

185

Глава 9. Основытриботехник и

Наиболее часто синтетические масла применяют в автомобильных агрегатах( двигателях, трансмиссиях) благодаря широкому диапазону значений эксплуатационной температуры. Так, полиэфирные масла имеют температурный диапазон применения от –60 до+120 °С, полиальфаолефины — от –20 до+160 °С, силиконовые масла — от –70…+200 °С. В этой области эффективнее использование масел, производимых такими фирмами, какMobil, Castrol, Shell идр.

Жировые масла имеют в основе возобновляемые ресурсы— растительные и животные масла. Однако они склонны к окислению, имеют низкую термическую стабильность и относительно высокую стоимость. Компоненты этих масел используют, в основ-

Трансмиссионные масла (ТМ) предназначены для смазывания механических передач, редукторов, коробок скоростей и т. д. Основныегру ппы трансмиссионных маселимеют следующие характеристики: группа 1 — минеральные масла без присадок, применяемые в цилиндрических, конических и червячных передачах, работающих при контактных напряжениях в диапазоне 900…1600 МПа и температуре масла в объеме до 90 °С; группа 2 — минеральные масла с противоизносными присадками, используемые в цилиндрических, конических, спирально-конических и гипоидных передачах, которые работают при контактных напряжениях до 2100 МПа и температуре масла в объеме до 150 °С; группа 3 — минеральные масла с противозадирными присадками умеренной эффективности, применяемые в цилиндрических, конических, спирально-кониче - ских и гипоидных передачах, которые работают при контактных напряжениях до 2500 МПа и температуре масла в объеме до 150 °С, и т. д. ( всего пять групп).

Обозначение трансмиссионных масел состоит из букв ТМ и цифр, соответствующих группе масел и классу вязкости, т. е. значению кинематической вязкости при 100 °С, мм2/с. Например, ТМ-3-18 — трансмиссионное масло, группа 3 (противозадирные присадки умеренной эффективности), кинематическая вязкость при 100 °С равна 18 мм2/с.

186

9.3. Методысмазыв ания и смазочныематериалы

Примерзарубежного аналога — Castrol SAF-X, полностьюсинте - тическоемасло для ведущих мостовавтомобилей ; при 10 °Скинема - тическая вязкость составляет 25 мм2/с , при 40 °С— 182 мм2/с .

Гидравлические масла представляют собой рабочие жидкости для гидравлических систем, основная функция — передача механической энергии с изменением значения или направления сил, действующих на входе и выходе гидросистем, гидроприводов, гидропередач. Гидравлические масла подразделяют на 10 классов вязкости, различаемых по среднему значению кинематической вязкости при 40 °С, и на группы А, Б, В. Группы различаются по допускаемым значениям давления и объемной температуры, что обеспечивается наличием соответствующих присадок. Например, МГ-22А— масло гидравлическое без присадок, вязкость при 40 °С составляет 22 мм2/с, используется в шестеренных и поршневых насосах при давлениидо 15 МПа и температуре до 80 °С.

Индустриальные масла используют в станках, прессах, прокатных станах и другом металлообрабатывающем оборудовании. Различают 18 классов вязкости по среднему значению кинематическойвя зкости при 40 °С, четыре группы по назначению (Л, Г, Н, Т) и пять подгрупп по условиям эксплуатации( А, В, С, D, Е). Например И-Л-А-10 — индустриальное масло для легко нагруженныхузлов с вязкостью 10 мм2/с при 40 °С.

Моторные масла предназначены для смазывания поршневых двигателей внутреннего сгорания легковых и большегрузных автомобилей, судовых и тепловозныхдизелей . Ихразличают по кинематической вязкости при 100 °С, наличию загущающей присадки, степени форсированности двигателя и типу двигателя (бензиновый или дизельный). Класс вязкости всесезонного масла указывается дробью, в которой максимальное значение дается в знаменателе. Например, М-5з/12-Г1 — моторноевсесезонное масло классавязко - сти 5з/12 c загущающей присадкой, предназначенное для карбюраторных высокофорсированных двигателей. Группу масел обозначают русской буквой, удаленность которой в алфавите от начала означает степень форсированности, а числовой индекс соответствует типу двигателя (1 — бензиновый, 2 — дизель). В конце обозначения могут быть приведены буквенные индексы, уточняющие область применения. Например, М-14-Г2 (цс) — моторное масло классавязкости 14 длявысокофорсированных дизелей , циркуляционное, судовое.

187

Глава 9. Основытриботехник и

Пример зарубежного аналога— Mobil 1, полностью синтетическое масло для бензиновых двигателей и дизелей легковых ав-

томобилей; при 100 °С кинематическая вязкость равна13,5 мм2/с,

при 40 °С— 71 мм2/с.

Класс авиационных масел составляют масла для смазывания поршневых двигателей (например, МС-20 — авиационное масло с кинематической вязкостью при 100 °С не менее 20 мм2/с ), и для турбореактивных двигателей (например, МК-8 — масло для турбореак-

тивных двигателей с кинематической вязкостью при 50 °С не менее

8 мм2/с ).

Для турбореактивных двигателей предусмотрены отечественные синтетические масла, например синтетическое углеводород-

ное масло с комплексом высокоэффективных присадок ИПМ-10,

Турбинные масла предназначены для смазывания высокооборотных подшипников и подпятников скольжения турбин, турбокомпрессорных машин и т. п. Например, Тп-22с— турбинное масло с присадками, кинематическая вязкость 22 мм2/с при 50 °С, селективнойочист ки.

Электроизоляционные (трансформаторные) масла использу-

ют в качестве жидких изоляторов, не рекомендуются для смазыванияузло втрения .

Компрессорные масла применяют для смазывания поршневых и ротационных компрессоров. По признакам уровня нагнетаемого давления и температуры нагнетания их подразделяют на четыре группы. Например, К3-10 — компрессорное масло с композицией присадок для поршневых и ротационных компрессоров с температурой нагнетания до200 °С, средняя кинематическая вязкость при 100 °С составляет 10 мм2/с.

Присадки. Стандартные присадки бывают следующих типов: противоизносные, антифрикционные, противозадирные, антиокислительные, моющие, диспергирующие, антипенные, загущающие. Кроме того, существуют многофункциональные присадки, объединяющие в себе ряд свойств. Так, присадки ДФ-11, ДФБ, А-22 обладают антиокислительными, противокоррозионными, противоизносными и антифрикционными свойствами; их используют в моторных, трансмиссионных, индустриальных маслах в разной концентрации в зави-

188

9.3. Методысмазыв ания и смазочныематериалы

симости от группы масел. Еще более универсальными являются пленкообразующие присадки, которые выполняют роль противоизносных, противозадирных, антифрикционных, моющих и антиокислительных присадок. Это происходит в силу того, что процесс пленкообразования предотвращает контакт деталей, на местах образования пленки не могут образовываться смолистые отложения, для устранения которых используют моющие присадки, при этом сокращается объем контактирования базового масла с поверхностями деталей, что снижает интенсивность процесса окисления масла. Типичной пленкообразующей присадкой является МКФ-18. Более подробно виды и действие пленкообразующих присадок описаны в работах

[48, 49, 51].

Пластичные, твердые и пленкообразующие смазоч-

ные материалы. Пластичные смазочные материалы (ПСМ), или смазки, имеют гетерогенную структуру и состоят из жестк ого высокомолекулярного каркаса и жидкой основы, выбираемойразработ чиком из вышеперечисленных масел. Различают антифрикционные, консервационные и уплотнительные виды ПСМ. Для смазывания используют антифрикционные сорта, предусмотрено 18 подгрупп ПСМ в зависимости от области применения. Наиболее распространенные типы узлов трения, в которых используются ПСМ, — подшипники качения, тяжело нагруженные шарниры, цепные передачи. Примерпластичн ойсмазки — Литол-24.

Твердые смазочные материалы (ТСМ) предназначены для экс-

тремальных условий (вакуум, высокие температуры и т. п.). Для разработки ТСМ используютматериалы , обладающие анизотропией механических свойств: низким сопротивлением деформации в одном направлении, в котором при эксплуатации происходит перемещение контактирующих поверхностей. К ним относят графит, дисульфиды некоторых металлов (например, молибдена), мягкие металлы и сплавы (олово, баббит), слоистые силикаты и т. п.

Пленкообразующие смазочные материалы — материалы, со-

держащие пленкообразующие присадки. Пример пленкообразую-

9.3.3. Выбор смазочного материала и системы смазывания

Выбор смазочного материала строго регламентирован нормативными документами, включая технические условия и технологические инструкции. Об этом свидетельствует маркировка сма-

189

Глава 9. Основытриботехник и

зочных материалов, которая отражает свойства и область применения материала[37]. Нарушение нормативных документов в даннойобласти может привести к отказамтехники . То же относится и ксистемамсмазы вания.

Однако существует ряд ситуаций, в которых конструктор или представительэксплуа тирующейорганизации должны выбратьсма - зочный материал и систему смазывания. Это происходит при разработке новой конструкции, использовании новых конструкционных материалов, изменении условийэк сплуатации и при необходимости повышения надежности изделий машиностроения. В этих случаях изменения также должны быть основаны на опыте работы и общепринятых научныхположениях , вто мчисле на расчетах и результатахиспытаний .

Рассмотрим процедуру выбора смазочного материала на примере редуктора общего назначения. Исходными данными для подбора служат силовые и кинематические параметры редуктора и контактные напряжения в сопряжениях редуктора. Должен также быть известен температурный режим работы редуктора, который определяется из условий эксплуатации, передаваемой и рассеиваемой мощности редуктора, расчетного КПД редуктора и КПД отдельных передач и узлов, теплопроводности корпуса редуктора и условийохлаждения .

Первый этап выбора состоит в определении вида смазочного материала и выборе его группы по условиям эксплуатации. Поскольку для подобных редукторов используют трансмиссионные масла, группу выбирают исходя из условийработы в соответствии с приведенным выше примером (масло ТМ-1). В тех случаях, когда условия работы более легкие, чем это оговорено в справочнике, например, напряжение менее 900 МПа, выбор можно прово-

показателем при выборе смазочного материала служит толщина смазочной пленки на поверхностях деталей, которая должна быть выше минимально допускаемой, исходя из микрогеометрии рассматриваемых деталей( см. п. 9.2). Для характеристики минимально допускаемой толщины смазочной пленки устанавливают коэффициентзапаса толщиныпленки Gh hmin

Поскольку основными видами контакта в зубчатом редукторе является качение или качение с проскальзыванием, расчет прово-

190

9.3. Методысмазыв ания и смазочныематериалы

дят на основе полученных ранее данных по геометрии и контактным напряжениям в передачах или подшипниках качения, а также с учетом температурного режима, влияющего на вязкость масла.

Для условий качения двух цилиндров средняя толщина смазочной пленки[44]

где R R1R2 R1 R2 — приведенныйрадиус кривизны цилиндров ;

— динамическая вязкость; — пьезокоэффициент вязкости; v— скорость относительного перемещения катящихся тел; p0 — максимальное давление в зоне контакта по Герцу; E— приведенный модульупругос тиконтактирую щихматериалов .

Для других условий контактирования минимальная толщина смазочнойпленк иопределена в работах[44, 47, 51].

При невозможности обеспечить необходимую толщину смазочного слоя с помощью вязкостных свойств переходят к выбору группы масел с использованием противоизносных и противозадирныхприсадок .

Выбор системы смазывания обусловлен режимом эксплуатации и, в первую очередь, скоростью движения смазываемых по-

верхностей, которая определяет скорость стекания с них масла. При небольших скоростях используют метод погружения, в соответствии с которым в нижнюю часть редуктора как резервуара для маслапогружают зубчатыеколеса не менее чемна половину высо-

ние. В этом случае необходимо регулировать объем подаваемого масла, который определяется необходимым расходом смазочного материала в зоне трения.

Дополнительно отметим, что система циркуляционного смазывания может включать устройства для очистки масла от загрязнений и продуктов изнашивания, например систему фильтров, как двигавнутреннегоеле сгорания .

Важным элементом системы смазывания служат уплотнения. Эти детали обеспечивают герметичность редуктора, т. е. предот-

вращают вытекание масла из редуктора и попадание загрязнений внутрь корпуса. Уплотнение выбирают в зависимости от давления

191

Глава 9. Основытриботехник и

масла внутри редуктора и скорости движения деталей. Конструктисполнвные енияуплотнприведеныний в работе [1].

Существенный аспект проектирования узла, содержащего уплотнение, — конструктивное оформление деталей или элементов деталей, сопряженных с уплотнением. Кинематический тип подобного узла представляет собой аналог радиального или упорного подшипника скольжения. Принципиальным отличием является то, что гидродинамический режим смазки для такого узла маловероятен. В связи с этим сопряженный с уплотнением вал локально упрочняют и подвергают шлифованию, что снижает интенсивность изнашивания вала при попадании абразива или продуктов изнашивания в область стыка уплотнения с валом.