Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Djerichov_uchebn_ch2_1_64

.pdf
Скачиваний:
18
Добавлен:
29.03.2015
Размер:
3.6 Mб
Скачать

Федеральное агентство по образованию

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

В. Б. ДЖЕРИХОВ

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Часть II

Масла и смазки

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2009

1

УДК662.75 (076.5)

Рецензенты: д-р воен. наук, проф., засл. деят. науки РФ С. П. Николаев (ВКА им. А. Ф. Можайского); канд. техн. наук, доц. О. А. Барков (НОУ «Центр менеджмента “Бастион”»

Джерихов, В. Б.

Автомобильныеэксплуатационныематериалы: учеб. пособие. Ч. II. Масла и смазки / В. Б. Джерихов; СПб. гос. архит.-строит. ун-т. – СПб., 2009. – 256 с.

ISBN 978-5-9227-0135-8

Изложены сведения по смазочным материалам, которые используютсяпри эксплуатации и ремонте автомобильной техники.

Рассмотрены физико-химические свойства и эксплуатационные качества смазочных материалов и предъявляемые к ним технико-экономические требования.

Предназначено для студентовочного и заочного обучения по специальностям: 190601 – автомобилииавтомобильноехозяйство; 190603 – сервистранспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт); 190701 – организация перевозок и управление на транспорте (автомобильный транспорт); 190702 – организацияи безопасностьдвижения; 080502 – экономика и управление на предприятии (автомобильный транспорт).

Табл. 50. Ил. 63. Библиогр.: 10 назв.

Рекомендовано Редакционно-издательским советом СПбГАСУ в качестве учебного пособия

ISBN 978-5-9227-0135-8

© В. Б. Джерихов, 2009

 

© Санкт-Петербургский государственный

 

архитектурно-строительный университет,

 

2009

ВВЕДЕНИЕ

Основная роль смазочных материалов заключается в том, чтобы уменьшить износ трущихся деталей в узлах и механизмах машин и при этом снизить затраты энергии на преодоление сил трения.

Смазочныематериалыподразделяютсянасмазочныеиспециальные. Большую группув смазочных материалах составляют масла, которые в зависимости отсвоей вязкостиделятся на следующие классы: моторные, для бензиновых и дизельных двигателей внутреннегосгорания; трансмиссионные и осевые; индустриальные; турбинные; компрессор-

ные; электроизоляционные; приборные; технологические и др.

По методамочистки масламогут быть: неочищенные, полученные непосредственно при перегонке нефти; выщелочные; масла кислотнощелочной, кислотно-контактной, селективной и адсорбционной очистки; масла гидрокрекинга.

Все смазочные, моторные и дистиллянтные масла получают методомвакуумнойразгонкиизмазута, т. е. получаютизнефтянойфракции, остающейся после отгона топливных фракций.

Принцип получения масел заключается в том, что мазут перерабатываютпомаслянойсхемедистиллятнойперегонки, ипослеэтогополучают три фракции:

первая, с температурой кипения от 300 до 400 °C, – это легкие дистилляты масла;

вторая, с температурой кипения от 400 до 450 °C, – это средние дистиллятные масла;

третья, стемпературой кипенияот450 до 500 °C, – это тяжелые масла.

Всемасла, применяемыевкачествемоторных, называютбазовыми маслами.

Высококачественные масла получают перегонкой мазута с последующей конденсацией отдельных фракций или их смесей. При вакуумнойперегонкеполучаютбазовыедистиллятныемасла, аоставшийсягудрон или полугудрон применяют для получения остаточных масел.

2

3

Для получения масел, отвечающих требованиям ГОСТ, их очищают, т. е. удаляют из них смолы и кислоты, а также нестабильные и серосодержащие соединения.

Для получения низкотемпературных кондиционных свойств масел проводят депарафинизацию и деасфальтизацию.

Дистиллятныемаслаобладаютхорошимивязкостно-температурны- ми свойствами, и у них имеется высокая термоокислительная стабильность, так как метод их получения не предусматривает наличия в них нестабильных ненасыщенных соединений. Однако в этих маслах мало нефтяных смол-продуктов термоокислительной конденсации, которые были бы способны образовывать прочную масляную пленку на поверхностях деталей.

В остаточных маслах такие соединения присутствуют, и они обладаютвысокоймаслянистостью, ноприэтомунихплохиенизкоивязко- стно-температурные свойства.

Пластичные смазки обладают структурной вязкостью, которая зависит не только от температуры, но и от нагрузки, т. е. отградиента скорости сдвига отдельных ее слоев и частичек относительно друг друга. Прочностные свойства являются одним из наиболее важных эксплуатационных свойств пластичных смазок. Они зависят от типа и концентрации загустителя, химического состава и свойств дисперсионной среды, количества и свойств поверхностно-активных веществ в смазках.

Исходя из вышеизложенного, автор в данном пособииособое внимание уделил основам производства, свойствам и методам их оценки, зарубежнымклассификациямпокачествуиназначению автомобильных моторных, трансмиссионныхмаселипластичныхсмазок, атакжетребованиям мировых автопроизводителей.

Учебное пособие предназначено для студентов автомобильно-до- рожного факультета, изучающихдисциплину«Эксплуатационные материалы».

Автор с благодарностью примет отзывы, пожелания, замечания, критику и предложения на предлагаемую работу.

Глава1. ВИДЫСМАЗОЧНЫХМАТЕРИАЛОВ

ИИХКЛАССИФИКАЦИЯ

1.1.Роль смазочных материалов, их виды и требования к ним

Влюбой машине есть узлы трения, для работы которых используются различные смазочные материалы. Они определяют надежность машины и являются такими же конструкционными материалами, как металлы, из которых изготовлены машины.

Срок службы любой машины зависит: 1) от качества смазочных материалов;

2) технологии изготовления трущихся сопряжений, т. е. от свойства металлов, чистоты обработки, величины зазоров и т. д.;

3) совершенства конструкции.

Вусловияхэксплуатацииавтомобилянаегодолговечностьвлияют температура, запыленность воздуха, агрессивность среды, скоростной

инагрузочный режимы. Поэтому, чтобы уменьшить потери энергии на трение и снизить износ работающих деталей, применяются различные смазочные материалы.

Благодарясмазываниюузловимеханизмовпотеринапреодоление сил трения снижаются в десятки и сотни раз. При современных скоростях инагрузкахузлысопряжения двигателяи трансмиссиибез смазывания разрушились бы в течение нескольких секунд из-за задиров, заклинивания, распыливанияисвариваниядеталейвследствиевыделениябольшого количества теплоты.

Таким образом, основная роль смазочных материаловзаключается: 1) в уменьшении интенсивности износа трущихся деталей; 2) снижении затрат энергии на преодоление сил сопротивления

в узлах трения; 3) отводе тепла от трущихся сопряжений, чтобы не допустить их

перегрева; 4) защите рабочих поверхностей деталей от коррозии, возникаю-

4

5

щей в результате воздействия воды, кислорода, кислот ит. д.;

5)препятствиипрорывурабочейсмесиипродуктовсгораниявкартердвигателя, т. е. вулучшениикомпрессиицилиндропоршневойгруппы;

6)обладаниихорошимимоющимисвойствами, прикоторыхулучшаются условия работы двигателей;

7)защите поверхностей деталей от образования на них смолистолаковых отложений нагаров, ухудшающих теплоотдачу деталей и т. д.

Таким образом, основное назначение смазочных материалов заключается в обеспечении нормального функционирования систем, в которых обязательно должны находиться смазки или масла.

Конструктивное и технологическое оформление узлов трения,

атакже условия их работы в процессе эксплуатации разнообразные. По этой причине одни и те же смазочные материалы не могут быть использованы для всех трущихся поверхностей. Для смазывания сборочныхединицсовременногоавтомобиляиспользуютсядодесятивидовсмазочных материалов (в двигателе, в коробке передач, в рулевом управлении, в балках заднего и переднего мостов, в ступицах колес и т. д.).

Смазочные материалы классифицируются по агрегатному состоянию, природе сырья и способам их получения.

Смазочные материалы бывают:

поагрегатномусостоянию– жидкие(масла), пластичные(смазки), твердые или сухие;

природесырья– нефтяные(минеральные), животные, растительные, синтетические;

способам получения – дистиллятные и остаточные. Автомобильнаятехникаразличногоназначениясдвигателямивнут-

реннегосгоранияявляетсяосновнымпотребителемсмазочныхматериалов, так как современные отечественные изарубежные автомобили требуют использования высококачественных масел и смазок.

И хотя в настоящее время отечественная нефтеперерабатывающая промышленность выпускает широкий ассортимент смазочных материалов, который отвечает высоким требованиям современной автомобильной техники, их все-таки недостаточно, поэтому на российском рынке присутствуютсмазочныематериалыпрактическивсехзарубежныхфирмпроизводителей. Например, только моторныхмаселна нашемрынкенасчитывается более 100 наименований.

Ксожалению, имеющаяся информация о смазочных материалах

восновномноситрекламныйхарактер. Поэтомупотребителюпоройбы-

ваеттрудноразобратьсявобилииноменклатурымаслаисмазок, особеннопринедостаткеилиотсутствиипрофессиональныхзнанийинавыков, а также при трудностях с пониманием иностранных языков и спецификой маркировки масел.

Междутем для грамотной эксплуатации автомобилей и продления срокаихслужбыбудущиминженерамподбиратьииспользоватьсмазочныематериалы следуетосознанно, таккак экономиянаних можетобходиться дороже.

Вто же время цены на нефтепродукты, а значит, и на смазочные материалы быстро растут. Это связано с совершенствованием методов переработки нефти, с использованием нетрадиционных способов получения синтетических смазочных материалов, что повышает их качество

ирасширяет возможности применения.

Вотдельных случаях типдвигателя или ходовой части автомобиля требует разработки специальных видов масел. Например, для смазки шестерен с гипоидным зацеплением, которое применяется в главных передачах заднеприводных автомобилей, требуются трансмиссионные масла с особыми свойствами.

Важнуюрольвпроизводствесмазочныхматериаловиграютприсадки, содержание которыхв современных маслах может превышать20 %.

За последние годы совершенствование конструкции автомобилей

иулучшениекачествамоторныхмаселпозволилиснизитьрасходтоплива в среднем на 10–15 % и увеличить ресурс двигателей на 30–40 %, в результате чего уменьшились затраты на ремонт и запасные части. Приэтомсрокслужбымаселвозросвполторараза, аихрасходснизился в 2-3 раза.

Смазочныематериалы, применяемыедляавтомобилей, делятся: на моторные масла для двигателей внутреннего сгорания; трансмиссионные масла для агрегатов трансмиссии; пластичные смазки для использования в негерметизированных узлах трения (например в шкворнях, пальцах и листах рессор, подшипниках ступиц колес и т. д.); масла для гидравлических систем приводов дополнительных специальных уст-

ройств, которые расширяют функциональное использование базового автомобиля, т. е. для автомобилей самосвалов или автомобилей коммунального назначения.

Наибольшее применение в эксплуатации автомобилей находят жидкие смазочные материалы (масла) и мазеобразные продукты (пластичные смазки). И первые, и вторые могут быть минерального

6

7

и органического происхождения.

Минеральные (нефтяные) смазочные материалы являются основной группой выпускаемых смазочных масел (более 90 %). Их получают при соответствующей переработке мазута.

Органические смазочные материалы (растительные и животные масла) обладают высокой смазывающей способностью, но имеют плохуюстойкостькдействиюповышеннойтемпературы. Поэтомувчистом виде они не используются, а добавляются к минеральным для улучшения смазывающих свойств.

Какорганические, так и минеральные масла имеют существенный недостаток: они работают в узком диапазоне температур. При температуре ниже –20 °C масла застывают, а при нагревании выше 150–200 °C масла испаряются и окисляются.

Синтетические смазочные материалы лишены недостатков, которымиобладаюторганическиеиминеральные смазочныематериалы, наоборот, они обладают хорошими эксплуатационными свойствами. Их получают из различного исходного сырья многими методами:

1)каталитической полимеризацией жидких и газообразных углеводородов нефтяного и ненефтяного сырья;

2)синтезом кремнийорганических соединений – полиселиконов;

3)получением фторуглеродистых масел и т. д.

Созданные на основе фтора и хлора смазочные материалы применяютсявсамыхответственныхузлахтрения, т. е. там, гдедругиесмазочные материалы удовлетворительно работать не могут. Однако широкое применение синтетических смазочных материалов ограничено их высокой стоимостью.

К мазеобразным продуктам относятся пластичные смазки – это продуктысложногосостава. Ихполучаютзагущениемминеральныхмасел. Для смазывания узлов трения используются твердые вещества, такие как графит, дисульфид молибдена и т. д. Они особенно необходимы в вакуумной среде, при работе в очень низких и высоких температурах. Пластичные смазки подразделяются на антифрикционные, консервационные, уплотнительные и т. д. Классификация, область применения и назначение различных масел показаны в табл. 1.

Таблица 1

Классификация, областьпримененияиназначениеразличныхмасел

Названиемасла

 

Назначение

 

 

Область применения

 

Для

бензиновых

авто-

В системах смазки двигателей

 

мобильных двигателей

различного уровня форсирова-

 

 

 

 

 

ния (легковые и грузовые ав-

 

 

 

 

 

томобили)

 

 

 

 

Для

дизельных двига-

В

системах

смазки средне-

Моторное

телей

 

 

и

высокофорсированных ди-

 

 

 

 

 

зельных двигателей тракторов

 

 

 

 

 

и большегрузных автомобилей

 

Для авиационных дви-

В системах поршневых и газо-

 

гателей

 

 

турбинных двигателей самоле-

 

 

 

 

 

тов и вертолетов

 

 

 

Для смазывания зубча-

В

трансмиссиях

тракторов

Трансмиссион-

тых передач, шесте-

и автомобилей. В гидромеха-

ное

ренчатыхредукторов

нических передачах

 

 

Для

использования

В

гидросистемах

навесного

Гидравлическое

в гидравлических при-

и

подъемного

оборудования

 

водах систем

управле-

тракторов и автомобилей

 

ния

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общего назначения

В узлах и механизмах про-

 

 

 

 

 

мышленного оборудования

 

Для скоростных

меха-

В

скоростных

металлорежу-

 

низмов

 

 

щих станках, центрифугах, се-

Индустриальное

 

 

 

 

параторах

 

 

 

Для

гидросистем

про-

В

гидравлических

системах

 

мышленного

оборудо-

металлорежущих станков, ав-

 

вания

 

 

томатических линий

 

 

Для

зубчатых

передач

Для цилиндрических, червяч-

 

промышленного

обо-

ных, конических передач про-

 

рудования

 

 

катных станов, тяжелых стан-

 

 

 

 

 

ков, конвейеров

 

 

 

Для

вакуумных

насо-

В зубчатых вакуумных насо-

Специального

сов

 

 

 

сах

 

 

 

назначения (син-

 

 

 

 

 

Для смазки цилиндров

В

нагретых

частях

паровых

тетические масла

 

 

 

 

машин

 

 

 

с присадками)

 

 

 

 

Турбинные

 

 

Для смазывания и охлаждения

 

 

 

 

 

подшипников

и

турбоагрега-

 

 

 

 

 

тов

 

 

 

8

9

Окончаниетабл. 1

Название масла

Назначение

 

Область применения

 

Для поршневых и ро-

Для

смазывания

цилиндров,

 

тационных компрессо-

клапанов

и других деталей

 

ров и для компрессо-

компрессоров высокого и низ-

Компрессорное

ров холодильных ма-

кого давления. Для смазыва-

 

шин

ния деталей компрессоров, ко-

 

 

торые непрерывно соприкаса-

 

 

ются с холодильным агентом

 

 

(аммиак, фреон и т. д.)

 

Конденсаторные

Для

изоляции

токонесущих

Электроизоляци-

 

частей и отвода теплоты от

Трансформаторные

онные (жидкие

 

приборов

электрооборудова-

Кабельные

диэлектрики)

 

ния

 

 

 

Приборные

Приборные

Для смазывания сталей раз-

 

 

личных приборов, КИП

1.2. Понятия о трении и износе. Виды изнашивания поверхностей деталей

Сопротивление относительному перемещению двух тел в зонах соприкосновенияих поверхностей по касательнымк ним называют внешнимтрением. Основноеназначениесмазочныхматериаловзаключается в том, чтобы уменьшить потери на трение и снизить износ рабочих поверхностей деталей.

Взаимное перемещение трущихся поверхностей двух деталей характеризуется двумя различиями: трением покоя и трением движения.

Трениепокоя– этотрениедвухтелприихпредварительномсмеще-

нии.

Трение движения – это также трение двух тел, но находящихся в относительном движении. Трение движения по своему характеру делитсяна трениескольженияи трение качения, а по наличию смазочного материала делится на граничное и жидкостное трение. Если смазочный материалотсутствует, тотакоетрениеназываютсухимтрениемилитрением без смазки. При такомтрении дополнительнаяэнергия тратитсяна преодоление:

1)взаимного механического защемления неровностей (шероховатостей) трущихся поверхностей при их относительном перемещении;

2)сил молекулярного притяжения;

3) сваривания отдельных острых выступов поверхностей трущихся пар в условиях высоких удельных давлений и значительного выделениятепла.

Еслипри движениисоприкасающихсятелихскоростивточкахкасания различны, то возникающее трение являетсятрением скольжения. Сила трения скольжения F зависит от коэффициента трения f и величины нормальной нагрузки Р:

F = f Р (формула Амонтона),

гдеf – коэффициент трения, которыйзависит отвидатрущихсяматериалов и качества обработки их поверхностей и составляет 0,1…0,8, а при трении медных изделий – 1,3.

Еслипри движениисоприкасающихсятелихскоростивточкахкасания одинаковы по величине и направлению, то такое трение является трением качения, которое примерно на порядок меньше силы трения скольжения несмазанных поверхностей. Это свойство используется в подшипниках качения, когда шарик или ролик соприкасаются с поверхностью в точке или по линии. Однако такие подшипники применяются невезде, таккаквреальныхмеханизмахпреобладаеттрениеспроскальзыванием, что значительно увеличивает коэффициент граничного трения, который обычно составляет 0,08…0,15.

Трениекаченияспроскальзываниемвозникаетприодновременном качении и скольжении соприкасающихся тел.

При отсутствии смазки между поверхностями двух твердых тел возникает сухое трение(рис.1, а).

Когда поверхности трения разделены малым слоем смазки толщиной менее 0,1 мкм, не превышающем высотымикронеровностей(шероховатости) поверхности, товозникаетграничноетрение. Приэтомвеличина силытрениязависит отприроды исостояниятрущихсяповерхностей (рис. 1, б).

Режим граничного трения очень неустойчив и характеризует пределработоспособности узлатрения. Еслиграничныйслойразрушается, а нагрузка превышает силы сцепления смазочного материала с рабочей поверхностью детали, товместе контакта возникаетсухое трениеи, как следствие, появляются задиры, заклинивания, выплавление антифрикционного слоя вкладышей коленчатого вала.

10

11

а)

б)

в)

Γ2

hmin

Γ1

г)

Рис. 1. Виды трения по наличию смазочного материала:

а– трение без смазки; б – граничное трение; в – жидкостное трение;

г– смешанное трение

Толщина и прочность граничного слоя масла при трении рабочих поверхностей деталей двигателя зависит от химического состава масла

ивходящих в него присадок, химической структуры деталей (баббитовыеилиалюминиевые вкладышиколенчатоговала) исостоянияповерхности трения (шлифования или супершлифования).

Работоспособностьграничного слоямасла независит отеговязкости, аопределяетсявзаимодействиеммолекулярной пленкимасластрущейся поверхностью металла.

Возникающие молекулярные пленки масла бывают физического

ихимического происхождения.

Пленки масла физического происхождения называются адсорбцией, а пленки химического происхождения называются хемосорбцией.

Образование смазочных пленок силами адсорбции обусловлено наличием в смазочных материалах поверхностно-активных веществ (ПАВ), несущихэлектрическийзаряд. К такимвеществамотносятсясоединения, содержащие карбоксильные группы, спирты, различные эфиры, смолы, сернистые соединения. Смазочные материалы, содержащие поверхностно-активные вещества, обладают способностью адсорбировать на поверхностях раздела двух сред: жидкости и твердого тела.

Способность смазочных материалов, содержащих поверхностноактивные вещества, образовывать на смазываемых поверхностях достаточно прочныеслоиориентированныхмолекул, называютмаслянисто-

стью или смазывающей способностью масел. В некоторые масла для улучшения смазывающей способности вводят противоизносные и противозадирные присадки (рис. 2).

Хемосорбированные пленки – это устойчивые химические пленки фосфатов, хлоридов или сульфидов. Они создаются на поверхности металлаблагодаряприсутствиювсмазочныхматериалахсоответствующих химическихэлементов. Большаяскоростьобразованияэтихпленокобеспечивает их быстрое восстановление в местах разрушения граничного слоя. К пленкам этого типа относятся также различные мыла, которые образуются из органических кислот, содержащихся в масле.

Адсорбированные и хемосорбированные пленки, обладая определенной прочностью и стойкостью, защищают поверхности трения от механических и тепловых воздействий, а также препятствуют взаимной адгезии трущихся поверхностей.

Когда смазочный слой полностью отделяет рабочие поверхности, которые перемещаются одна относительно другой, и этот слой имеет толщину, при которой появляются нормальные объемные свойства масла, то такое трение называется жидкостным (см. рис. 1, в).

Коэффициентжидкостноготрениянаходитсявпределах0,003…0,03, что в 50…100 раз меньше, чем при трении без смазки. Сила трения при этомвиде смазкизависиттолькоотвнутренних слоеввсмазочномматериале.

Устойчивостьсмазочногослоя, необходимогодляжидкостноготрения, зависит от следующих факторов:

1)конструкции узла трения;

2)скорости взаимного перемещения трущихся поверхностей;

12

13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f

а)

 

 

 

 

 

 

 

в)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2–3) 10–4 мкм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,2

 

0,1

0

 

1

Бензол

 

Спирт

 

Трихлорэтилен

 

Глицерин

 

Парафины

 

Нефтяныемасла

 

Синтетические масла

 

Графитированныесмазки

 

Органические кислоты

2

 

Рис. 2. Схема структуры поверхностного слоя и шкала маслянистости:

а– монослойполярныхмолекулповерхностно-активныхвеществкарбоксильной группы СООН + на поверхности в микрозоне материала, имеющей положительныйзаряд: 1 – монослойполярныхмолекул; 2 – диполь; 3 – поверхностьметалла; б – общая ориентация полярных и неполярных молекул жидкости в граничном слое толщиной до 1 мкм: 1 – жидкость; 2 – граничная фаза; 3 – адсорбированный слой; 4 – химическиесоединения(хемосорбированнаяграничнаяпленка); 5 – зона деформированногометалла; 6 – металл; в– шкаламаслянистости, илисмазывающей

способности масла: 1 и 2 – минимальная и максимальная маслянистость

3)величиныи равномерностираспределениянагрузкинатрущиеся поверхности;

4)вязкости смазочного материала;

5)площади трущихся поверхностей;

6)величины зазора между трущимися поверхностями;

7) температурного состояния узла трения и другие.

Все эти перечисленные факторы (зависимости) иллюстрируются впроцессе образованиямасляногоклина (слоя) вкоренномподшипнике скольжения коленчатого вала двигателя при его пуске (рис. 3).

h = 0

 

i

 

 

min

h

m

n

h

in

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

Рис. 3. Образование масляного клина при вращении опорной шейки коленчатого вала в подшипнике скольжения; n – число оборотов коленчатого вала

Вращаясь в подшипнике скольжения, шейка вала увлекает находящееся в зазоре масло, и там, где величина зазора hmin меньше, возникает давление, под действием которого шейка вала как бы «всплывает» в заполняющемзазормасляномслое(рис. 3, б). Сувеличениемчастотывращения коленчатого вала «клиновое действие» масляного слоя возрастает, увеличивается величина hmin (рис. 3, в). Шейка вала стремится занять центральное положение в подшипнике (рис. 3, г).

Максимальная толщина масляного слоя hmin зависит:

1) отконструкцииподшипникаскольжения(наличияупорныхбуртиков, сальниковых уплотнений и др. элементов);

2) от абсолютной вязкости масла;

3) скорости перемещения трущихся поверхностей;

4) величины давления на трущиеся поверхности.

Создатель гидродинамической теории смазки Н. П. Петров вывел формулу, по которой можно рассчитывать силу трения концентрически расположенной шейки коленчатого вала в подшипнике скольжения.

14

15

Вупрощенномвариантесилажидкостноготрениявыглядитследующим образом:

F = Κ Svh ,

где Κ – абсолютная вязкость масла, Н с/м2; S – площадь соприкосновения трущихся тел, м2; v – скорость перемещения трущихся поверхностей, м/с; h – толщина смазочного слоя, м.

Для определения величины минимального зазора в подшипнике установлена следующая зависимость:

hmin = Κ CvP ,

где C – коэффициент, учитывающий конструкцию подшипника; P – давление на трущихся поверхностях.

При этом должна соблюдаться закономерность

hmin 1,5 (1 + 2),

где 1 и 2 – максимальные высоты выступов на поверхностях трения (см. рис. 1, в), обеспечивающиеустойчивоеинадежноежидкостноетрение.

Длялюбыхпартрущихсяповерхностейвязкостьмасладолжнабыть наименьшей, новтожевремяонадолжнаобязательнообеспечиватьжидкостное трение (см. рис. 1, в). Так, для подшипника скольжения опорной шейкиколенчатоговаладвигателяонадолжнабытьболее4…5 мм2/с(сСт).

Однако в реальных условиях эксплуатации может возникнуть гра-

ничное (см. рис. 1, б) и полужидкостное трение.

Полужидкостное трение обычно возникает в следующих случаях:

1)при пуске и остановке двигателя;

2)высоких рабочих температурах и нагрузках;

3)недостаточной вязкости масла и его подаче;

4)попадании в масло механических примесей.

В этих ситуациях масла в зазоре между трущимися парами может оказаться недостаточно для обеспечения жидкостного трения, так как масляный слой может быть частично разрушен. Поэтому в отдельных местах соприкосновения трущихся поверхностей возникает граничное или сухое трение, которое приводит к износам деталей.

Чтобымаксимальноуменьшитьтрениеиизнос, атакжепредотвратить заклинивание трущихсядеталей, необходимо, чтобы масло обладало высокой смазывающей способностью.

Износ трущихся поверхностей – это изменение размеров деталей врезультатеотделенияматериаласповерхноститренияивследствиеостаточной деформации поверхностного слоя.

По характеру разрушения деталей различают следующие виды изнашивания: механическое, молекулярно-механическое и коррозионномеханическое.

Количественной мерой оценки изнашивания является износ, который может выражаться в единицах длины, массы или объема.

Различают скорость изнашивания и интенсивность изнашивания. Скорость изнашивания определяют как отношение значения изно-

са к интервалу времени, в течение которого он возник. Интенсивность изнашивания определяют как отношение значения

износа к величине расстояния (пробега, измеряемого в км), на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы (т/км, м3).

Механическоеизнашивание, возникающее врезультате механических воздействий, подразделяется на абразивное, гидро- и газоабразивное, усталостное, эрозионное и кавитационное.

Абразивное изнашивание становится результатом режущего или царапающего воздействия на поверхности трения относительно более твердыхчастиц, находящихсявсвободномилизакрепленномсостоянии. Даже незначительное количество абразивных частиц ведет к очень быстромуизнашиваниютрущихсяповерхностейдеталейавтомобиля(например, песок, попавший в тормозные барабаны или картер сцепления).

Гидроабразивное, как и газоабразивное изнашивание, является ре-

зультатомвоздействиянадеталитвердыхчастиц, увлекаемыхжидкостью или газом. Такие загрязнения, как твердые продукты износа, частицы нагара, пыль и другие, попадая в двигатель, вызывают интенсивное изнашивание поверхностей трения деталей, систем смазки и питания.

Усталостное изнашивание – это следствие повторного деформирования микрообъемов материала, из-за которого возникают трещины и происходит отделение частиц. Усталостное изнашивание может происходить как при трении качения (например в галтелях поворотного кулакабалкипереднегомоста), такипритрениискольжения(подшипники скольжения коленчатого вала двигателя).

Эрозионноеизнашиваниенаблюдаетсяпривоздействиинаповерхность трения жидкости или газа. Наиболее часто этот вид изнашивания

16

17

встречаетсяна поверхностях деталейохлаждающейи выпускнойсистемыдвигателя. Разновидностьюэрозионногоизнашиванияявляетсяэлектроэрозионноеизнашиваниеповерхностиврезультатевоздействияразрядовприпрохожденииэлектрическоготока. Наиболеечастоотэлектроэрозионного изнашивания подгорают контакты замка зажигания, прерыва- теля-распределителя, тяговогорелестартера, электроприводанасосаохлаждающей жидкости и т. д.

Кавитационноеизнашиваниевозникаетвусловияхкавитации, т. е. процесса «схлопывания» пузырьков газа вблизи поверхности трения, создающего местное повышение давления или температуры. При кавитационном изнашивании наружные поверхности гильз цилиндров двигателяпокрываются«кратерами» или мелкими«воронками», образовавшимися от разрывов пузырьков.

Молекулярно-механическое изнашивание (изнашивание при заклинивании) являетсярезультатомсовместногодействиямеханическогоизнашивания с молекулярными илиатомными силами. В этом случае происходит глубинное вырывание материала, местное соединение (схватывание) двух твердых тел, перенос металла с одной поверхности трения надругуюивоздействиевозникающихнеровностейнасопряженнуюповерхность.

Заклинивание двигателя становится следствием схватывания, как правило, коренного либо шатунного подшипников скольжения коленчатого вала из-за нарушения жидкостного трения. Возникающее при этом повышение температуры приводит к выплавлению антифрикционного сплава(баббитовогоилиалюминиевого) вкладышей. Приэтомантифрикционный слой заполняет зазор между трущейся поверхностью вкладышаишейкойколенчатоговала, чтоприводиткзаклиниваниювала. Задиры на стенках гильз цилиндров двигателей возникают при нарушении подвижности или разрушении поршневых колец.

Коррозионно-механическое изнашивание возникает в результате механического воздействия на трущиеся поверхности, сопровождаемого химическим или электрическим взаимодействием материала со средой. Коррозионные разрушения в этом случае развиваются при воздействии на трущиеся поверхности таких агрессивных веществ, как химическиактивные газы, кислотныепримеси смазочныхматериаловидругие. Приэтомизнашивание вызывается, главнымобразом, химическойреакциейматериалаповерхноститренияскислородомилиокисляющейокружающейсредой(напримерокислениевыводоваккумуляторнойбатареи).

Выводы

Навозникновениекакого-либовидаизнашиванияиповышениеего интенсивности влияют:

1)свойстваматериаловповерхностейтрениядеталей(баббит, алюминий, закаленная стальи т. д.);

2)свойства и качества смазочных материалов;

3)способы подвода смазкик трущимсяповерхностям(разбрызгиванием, под давлением, самотеком);

4)давление и место подачи смазочного материала к трущимся поверхностям (расположение масляного канала относительно трущихся поверхностей);

5)форма и размеры поверхностных неровностей (шероховатость)

итрущихся поверхностей (овальность, конусность);

6)характер приложения нагрузки (динамический, статический, знакопеременный);

7)скорость относительногоперемещениятрущихся тел и ее изменение во времени (разгон автомобиля, торможение двигателем);

8)температурный режим работы двигателяи, как следствие, пары

трения;

9)присутствие механическихи химическихпримесей, влагивместе контакта и полнота удаления продуктовизнашиванияиз зоны трения;

10)качество топлива;

11)режим работы и климатические условия эксплуатации автомобиля и т. д.

12) в целом срок службы любого механизма зависит: от качества смазочных материалов; свойства металлов; чистоты обработки деталей; величины зазоров;

совершенства конструкции механизма.

Контрольныевопросы

1.В чем заключается основная роль смазочных материалов?

2.Как классифицируются смазочные материалы?

3.Как подразделяются смазочные материалы, которые применяются при эксплуатации автомобилей?

18

19