Автомобильные эксплуатационные материалы. Рекомендации для подготовки студентов к экзамену, зачету. Учебное пособие

• модификаторы – малорастворимые присадки, наполнители и другие – улучшают функциональные свойства смазок.

7.1.1. Базовые масла в смазках

Базовые масла – это основная часть смазки (70…96 %), образующая дисперсионную среду. Для этого могут применяться различные масла, такие как минеральные, синтетические, растительные. У каждого из них свои свойства, от которых зависят свойства смазок.

Например:

1.Минеральное базовое масло повышает нагрузочную способность, липкость, лучше защищает от коррозии, повышает водостойкость, лучше подавляет вибрацию, шум, но имеет плохие низкотемпературныесвойства.Такоемаслоприменяетсявсмазках,которыми смазываются тихоходные, но сильно нагруженные механизмы.

2.Синтетическое базовое масло – дорогое масло, используется

только в тех случаях, когда смазки на основе минеральных масел не удовлетворяют эксплуатационным требованиям. Смазки на основе синтетических масел обладают лучшей окислительной способностью, высоко- и низкотемпературными свойствами, повышенной стойкостью к загрязнениям и агрессивным веществам. Синтетические базовые масла могут иметь эфирную и силиконовую основу. Смазки на основе эфирных масел в первую очередь производятся для высоких скоростей работы узлов и при низких температурах, когда требуется обеспечить стойкость к органическим растворителям и нефтепродуктам. Смазки на силиконовых маслах обладают хорошими свойствами при низкой температуре, но у них плохие смазывающие свойства и они не пригодны для смазывания поверхностей трения скольжения «сталь по стали».

3. Растительное базовое масло касторового происхождения все шире используется при производстве смазок. Это обусловлено экологическими проблемами. Смазки открытых частей ходовой части и трансмиссии автомобилей попадают в окружающую среду и пагубно влияют на ее состояние. Натуральные растительные масла на почве хорошо усваиваются насекомыми и микроорганизмами. Синтетические эфирные масла на почве разлагаются с помощью микрогрибков, а минеральные масла разлагаются трудно. Поэтому предпочтительными для производства наиболее экологически безвредных смазок являются растительные масла.

61

7.1.2. Загустители пластичных смазок

Загустители (дисперсная фаза) – это мягкие, мылообразные органические вещества. Их смешивают с базовыми маслами для повышения густоты до необходимого уровня, в зависимости от конкретного применения смазки. Чаще всего загустителями являются соли металлов и жидких органических кислот, которые называют мылами. Загустители определяют свойства смазок и являются основой для их характеристик.

Например, волокнистая структура загустителя обусловливает густоту, консистенцию и механическую стабильность смазки, а химическая структура – стойкость к высокой температуре и другие химические свойства.

Доля загустителя в смазке составляет 4…20 %.

В качестве загустителей применяют простые, смешанные и комплексные мыла металлов Ca, Li, Na, Ba, Al, а также твердые углеводороды, полимеры и другие вещества.

Кальциевые и литиевые мыла изготавливаются на основе гидроксистеариновой кислоты.

Для высококачественных смазок применяют модифицированные загустители из мыла жирных кислот и сульфоната кальция.

7.1.3. Присадки и наполнители пластичных смазок

Присадкивводятвсмазкидляулучшенияихсвойствврастворенном виде (функциональные присадки), или они могут быть в смазке в виде взвесей, т. е. в виде мелких частиц (наполнителей). Присадки выполняют следующие функции:

•улучшаютантифрикционные,противоизносные,противозадирные свойства смазок;

•способствуют их адгезии к смазываемым поверхностям;

•повышают термическую и коллоидную стабильности;

•уменьшают коррозию и ржавление.

Подборприсадокприизготовлениисмазокосуществляетсясучетом их назначения. Например, присадки, повышающие липкость, необходимые для смазывания шарниров, вредны для быстроходных подшипников, так как липкая смазка выдавливается с трудом, что ведет к перегреву.

62

Функциональные присадки улучшают химическую стабильность, термостойкость,защитныеисмазочныесвойства,аполимерныеподнимают индекс вязкости, адгезию, уменьшают износ и трение.

Наполнители(графит, сажа, дисульфид молибдена, сульфид цинка, тальк, медь и другие металлы) вводятся в смазки в виде порошка. Они создают в зонах интенсивного трения сухую смазку и работоспособны до температуры 300…400 °C. Например, порошок меди улучшает смазочные свойства, порошки цинка и свинца улучшают уплотнительные свойства смазок в резьбовых соединениях, а политетрафторэтилен может быть использован в качестве твердой смазки, при этом у него наименьший коэффициент трения по сравнению с другими наполнителями. Он сохраняет мягкость при температуре до 200 °C, а прочность и химические свойства – до 300 °C. Твердые наполнители придают смазкам запасные свойства в зонах предельного и смешанного трения. Они защищают поверхности от выкрошивания при недостаточном смазывании.

Обычно твердые смазки применяются в узлах трения при малых скоростях и высоких нагрузках. При высоких скоростях они неэффективны.

Таким образом, загуститель в смазке образует волокнистую дисперсную фазу, волокна которой переплетаются между собой и, соединяясь структурными связями, создают определенную пространственнуюструктурукаркаса,впитавшуювсебямасло.Отструктуры каркаса и длины волокон зависят механические свойства смазки: густота, структурная и рабочая стабильность, вытекание масла из узлов трения.

7.2. Свойства пластичных смазок

Пластичные смазки обладают механическими, термическими, смазывающими, водостойкостными и другими свойствами, которые характеризуют их работоспособность и стабильность.

7.2.1. Механические свойства смазок

Основными характеристиками этих свойств смазок являются: консистенция, тиксотропия, предел текучести, давление течения, а также динамическая, механическая и структурные стабильности. Дадим определения этим характеристикам.

63

Консистенция смазки – это условная мера механической прочности и твердости. Она выражается в числах пенетрации, устанавливаемых американской системой NLGI.

Пенетрация (лат. penetratio – проникание) – это мера проникновения конусного тела в смазку, употребляемая для характеристики консистенции (густоты) смазок.

Тиксотропия – это способность коллоидной дисперсной системы восстанавливать структурные связи, разрушенные механическим воздействием. (Смазка начинает течь под действием силы растяжения и сдвига, которая разрывает структурные связи. Когда сила перестает действовать, структурные связи восстанавливаются. Это основной принцип действия смазки.)

Предел текучести – способность смазки сохранять свою форму в открытых соединениях, на вращающихся валах и на вертикальных поверхностях деталей. Внешняя сила сдвига, под действием которой смазка начинает переходить из твердого состояния в пластичное, называется пределом текучести. При температуре +20 °C предел текучести бывает от 10 до 150 ГПа, а при −20 °C достигает 600...1000 ГПа. Но когда предел текучести достигает максимальной величины 1400 ГПа, температура считается минимальной рабочей температурой смазки.

Давление текучести смазки устанавливается при двух температурах: +20 °C и −20 °C – и является основным показателем температурных свойств смазки.

Динамическаявязкостьсмазки–этосоотношениемеждунапряже- нием сдвига и скоростью деформации при установленной температуре. Она зависит от вязкости базового масла и влияет на подвижность и распределение смазки, а также на потери трения во время работы.

Механическая стабильность – это способность смазки сохранять консистенцию и механические свойства при долговременном воздействии деформации сдвига. Количественно механическая стабильность выражается изменением пенетрации после механического утомления, т. е. интенсивного перемешивания.

Механическая стабильность смазки зависит от попадания в нее воздуха, в результате чего смазочные свойства ее ухудшаются. Это явление оценивается как склонность смазки к «взбиванию с воздухом».

Водостойкость смазки определяется перемешиванием с 20 % дистиллированной или синтетической морской воды. После пере-

64

мешивания определяется пенетрация. Густота водостойких смазок изменяется незначительно.

Структурная стабильность – это способность смазки сохранять начальную консистенцию и текстуру в течение определенного времени и под влиянием разных факторов: температуры, испарения, окисления, загрязнения, перемешивания, а также способность смазки возвращаться в начальное состояние по окончании действия этих факторов.

7.2.2. Термические свойства смазок

При высокой температуре пластичные смазки разжижаются и могут вытекать из подшипников, сползать с поверхностей под действием силы тяжести или разбрызгиваться под действием центробежных сил. Показателями термических свойств смазок являются: температура каплепадения, интервал рабочей температуры, минимальная рабочая температура смазки.

Температура каплепадения – это температура, при которой смазка из пластичного твердого состояния переходит в жидкое и появляется первая капля из отверстия при стандартных условиях испытания. Эта температура – не прямой показатель рабочей температуры, но по ней можно установить верхнюю допустимую температуру нагрева смазки. Максимальная рабочая температура должна быть на

15…20 °C ниже.

Интервал рабочей температуры – это температура, при которой смазка может выполнять свои функции и обладать свойствами, заявленными изготовителем. Рабочие условия в зонах трения могут быть обусловлены и другими факторами, поэтому указанные рабочие температуры должны приниматься только как приблизительные. При химическом разложении компонентов смазки свойства ее ухудшаются.

Минимальнаярабочаятемпературасмазкиопределяетсяпониз-

котемпературному моменту вращения подшипников качения.

Принизкойтемпературепластичныесмазкидолжныработатьбез значительного изменения консистенции, липкости и механических свойств. При весьма низких температурах используются смазки на основе силиконового, эфирного базового масла. Давление течения смазок, используемых в подшипниках качения, не должно превышать 1400 ГПа, а температура смазки при этом будет являться минимальной рабочей температурой.

65

7.2.3. Смазывающие свойства смазок

Смазывающие свойства пластичных смазок следует рассматривать шире, чем смазывающие свойства масел, которые уменьшают трение и изнашивание. Смазки также выполняют эти функции, но во время эксплуатации накапливаются продукты износа и другие посторонние загрязнения, которые не должны ухудшать смазывающих свойств смазок и увеличивать изнашивание деталей.

Трение и изнашивание при смазывании пластичными смазками зависят:

•от вязкости базового масла;

•структурных характеристик смазки;

•свойств загустителей и присадок.

Есть два основных вида трения: трение качения в подшипниках колес и трение скольжения в узлах ходовой части.

Если в подшипниках качения использовать густую смазку, то трение возрастает. При высоких скоростях качения густая смазка вызывает потери энергии и перегрев подшипников. Поэтому для смазок подшипников главным свойством является способность подавлять питтинг (т. е. выкрошивание металла на деталях).

К основным смазывающим свойствам пластичных смазок относятся:

•несущая (нагрузочная) способность смазки, когда в нее вводят противозадирные присадки и наполнители;

•коллоидная стабильность, т. е. способность масла не отделяться от загустителя и не вытекать при работе механизмов;

•адгезия (липкость) – это способность смазки прилипать к контактирующим поверхностям;

•подвижность смазки, которая оказывает влияние на стабильность смазывания;

•прокачиваемость, т. е. способность смазки прокачиваться по централизованной системе.

7.2.4.Водостойкость пластичных смазок

Взависимости от способа взаимодействия с водой пластичные смазки бывают водостойкие, адсорбирующие воду, растворимые

вводе.

66

Водостойкие смазки не поглощают воду или поглощают в незначительном количестве и не испытывают ее воздействия на свойства. Вода в смазке выделяется в отдельную фазу, и даже при перемешивании структура и свойства смазки не меняются. Наиболее водостойкими смазками также являются смазки, в которых есть кальциевые, литиевые, алюминиевые мыла на углеводородных загустителях.

Смазки, абсорбирующие воду, поглощают значительное ее количество, но при этом консистенция и свойства смазки меняются незначительно. Они препятствуют накоплению свободной воды в смазке и на поверхностях деталей. Основу этих смазок составляют натриевые мыла.

Растворимые в воде смазки поглощают воду и при этом теряют свою гелиевую структуру и разжижаются. Обычно такие смазки имеют основу натриевых мыл.

Выполняя защитные свойства, смазка должна:

•не вызывать коррозию металла и при этом сохранять поверхности трения от попадания на них воды;

•предотвращать коррозию на поверхностях трения в случае попадания на них воды;

•в случае перемешивания смазки с водой консистенция, структура, липкость ее не должны меняться.

Водостойкость смазки оценивается следующими основными показателями:

•стойкостью смазки к вымыванию водной струей, т. е. способностью смазки сохраняться в подшипниках под воздействием водной струи;

•способностью коррозионной защиты, т. е. подавления ржавления металла в присутствии воды;

•характеристикой водопоглощения, т. е. поведением смазки вследствие перемешивания с 20 % воды.

Таким образом, улучшение водостойкости смазки и подавление коррозии достигается путем применения водостойких компонентов, введением в смазку ингибиторов коррозии.

7.2.5.Химическая стойкость пластичных смазок

иих совместимость

Главными оценочными показателями смазок являются:

67

•стойкость к окислению, т. е. способность подавлять окислительные реакции при повышенной температуре и при доступе кислорода воздуха;

•характеристика долговечной работы в подшипниках каче-

ния колес, т. е. оценка окислительной, термической, механической и структурной стабильности смазки в высокотемпературных условиях испытания, вызывающих ускоренное старение. При испытаниях смазки должны сохранять свои свойства от 40 до 80 ч;

• биологическая разлагаемость, т. е. быстрое разложение в окру-

жающей среде с образованием безвредных соединений, что обеспечивает экологическую безопасность.

При обслуживании автомобиля возникает вероятность смешивания различных смазок. Некоторые смазки смешиваются между собой без ухудшения свойств. Другие смазки не смешиваются, в результате чего последствия могут быть непредсказуемыми. Смеси смазок могут образовывать смолы, твердость, разжижаться и т. д. Поэтому всегда следует руководствоваться рекомендацией изгото-

вителей, которая гласит: разные сорта смазок не смешивать!

Совместимость смазок на основе минеральных масел с термопластиками является инертной, а вот специальные синтетические смазки, наоборот, оказывают воздействие на них. Поэтому при оценке совместимости пластиков и смазок необходимо учитывать продолжительность контакта и температуру.

Смазки на основе эфирных масел более агрессивны к эластомерам, чем смазки на основе минеральных. Эфирные масла вызывают набухание или усадку эластомеров. Поэтому не каждая смазка может быть пригодна для работы в контакте с эластомерами. Требуется проводить проверочные испытания.

Таким образом, пластичные смазки представляют собой трехкомпонентную коллоидную систему, состоящую из базового масла (дисперсной среды), загустителя (дисперсной фазы) и модификаторов (малорастворимых присадок и наполнителей). Каждая из этих составных частей выполняет свою специфическую функцию, т. е. загуститель придает смазке густоту, масло смазывает поверхности трения, а присадки улучшают их функциональные свойства. Благодаря такой структуре смазки обладают прекрасными адгезионными свойствами, т. е. они выделяют из себя масло постепенно и длительное время удерживаются в узлах трения, в которых жидкие масла удерживаться не способны.

68

Базовыми маслами смазок являются минеральные, синтетические и растительные, от свойств которых зависят свойства пластичных смазок, обладающих стойкостью к вибрациям, стабильностью, липкостью к поверхностям, подвижностью, прокачиваемостью, а также уменьшающих трение и изнашивание деталей в узлах и механизмах.

Контрольные вопросы

1.Из чего состоят пластичные смазки и какое они имеют предназначение?

2.Какими эксплуатационными свойствами обладают пластичные смазки?

3.Как подразделяются пластичные смазки по назначению?

4.Что такое температура каплепадения? От чего она зависит?

5.Что такое консистенция смазки?

6.Что такое пенетрация?

7.Что такое тиксотропия?

8.Что такое предел текучести?

9.Что такое давление течения?

10.Что такое динамическая вязкость смазки?

11.Что такое механическая стабильность смазки?

12.Что такое структурная стабильность смазки?

13.Что такое водостойкость смазки, как она определяется?

14.От каких факторов зависят трение и изнашиваемость деталей при смазывании их пластичными смазками?

69

Раздел III Специальные технические жидкости

Наряду с топливами, маслами и смазками в современных автомобилях широко используются различные технические жидкости. Они выполняют свои функции в системах охлаждения двигателей, тормозных системах и гидроприводах сцеплений, подвесках автомобилей, аккумуляторных батареях и др. В зависимости от назначения

исвойств жидкости делятся на охлаждающие, тормозные, амортизаторные, пусковые, промывочные и электролиты.

Требованияккачествужидкостейдовольножесткие,многообразные и специфичные. Для приготовления их используют многочисленные химические синтетические соединения: гликоли, углеводороды, спирты, глицерин, эфиры и др. В определенных комбинациях

иконцентрациях эти вещества составляют технические жидкости, обладающиенеобходимымифизико-химическимииэксплуатацион- ными свойствами.

Глава 8 Охлаждающие жидкости

Детали двигателя внутреннего сгорания – блок цилиндров, головка блока, поршневая система – при работе двигателя сильно нагреваются. Чтобы обеспечить нормальный тепловой режим работы двигателя, его необходимо охлаждать. Наиболее часто двигатели бываютс жидкостнымисистемамиохлаждения,у которыхпринудительная циркуляция охлаждающей жидкости. Через систему охлаждения отводится 25…35 % от количества тепла, выделяющегося при сгорании топлива.

Эффективность и надежность системы охлаждения в значительной степени зависят от качества применяемой охлаждающей жидкости.

70