Лабораторная работа 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ СМАЗОЧНОГО МАСЛА

Цель: Целью работы является определение вязкости масла при температурах 100, 50 и 20 °С, необходимых для построения вязкостно-температурной характеристики масла, оп­ределение значения ₅₀/₁₀₀, определение индекса вязкости и определение группы вязкости, к которой принадлежит данное масло.

Общие сведения

Вязкость является одним из основных параметров, характеризующих эксплуатационные свойства масла, поэтому большинство масел маркируется по их вязкости. Это прежде всего связано с обеспечением жидкостного трения для образования необходимого смазочного слоя между трущимися поверхностями и предотвращения непосредственного их контакта.

Данному требованию будет удовлетворять масло с большей вязкостью. Но, с другой стороны, увеличение вязкости масла ведет к повышению непроизводительных потерь мощности двигателя на трение и как следствие — к падению его к.п.д. Поэтому вязкость масла должна быть минимальной, но достаточной для создания жидкостного трения.

Кроме того, вязкость определяет низкотемпературные свойства масла, т. е. способность обеспечивать легкий запуск двигателя зимой и надежную подачу масла из картера к наиболее ответственным деталям в период пуска и прогрева двигателя. Вязкость масел при понижении температуры возрастает, а при повышении снижается.

Эти выводы подтверждает показанная на рис. 19.12 зависимость изменения момента М сопротивления вращению и частоты вращения n коленвала двигателя от динамической вязкости _n моторного масла. Большое значение имеет здесь характер изменения вязкости масла с изменением температуры. При эксплуатации двигателей весьма важно, чтобы в диапазоне рабочих температур масло имело высокую, обеспечивающую жидкостное трение, вязкость, а при сравнительно низких температурах запуска — меньшую вязкость, чтобы ослабить момент сопротивления при прокручивании коленвала и обеспечить соответствующую прокачиваемость масла в системе смазки. Поэтому зависимость вязкости от температуры является его важнейшей эксплуатационной характеристикой.

Вязкостно-температурные свойства масел оценивают индексом вязкости. Индекс вязкости (ИВ) представляет собой относительную величину, которая показывает степень изменения вязкости конкретного масла в зависимости от температуры в сравнении с эталонными маслами.

На практике при вычислении ИВ обычно пользуются номограммами. Для этого необходимо знать кинематическую вязкость испытуемого масла при 50 и 100 °С. По точке пересечения значений этих вязкостей на номограмме в области прямых индексов вязкости определяют искомый показатель испытуемого масла. Отношение ₅₀/₁₀₀ характеризует крутизну вязкостно-температурной кривой в диапазоне прогретого масла. Для моторных масел, предназначенных к применению зимой и в северных регионах, ₅₀/₁₀₀ < 4. Крутизну ВТХ выражают также температурным коэффициентом вязкости (ТКВ), который определяют при температуре 0— 100° С:

(19.12)

Для зимних масел ТКВ_0-100 < 22; для всесезонных < 25; для летних < 35—40.

Особенно быстро вязкость изменяется при низких температурах. Чем более полого протекает вязкостно-температурная кривая, называемая вязкостно-температурной характери­стикой масла, т.е. чем меньше изменяется вязкость при изменении температуры, тем лучше будут эксплуатационные качества масла.

Вязкостно-температурные свойства масел нормируются по стандарту величиной кинематической вязкости при 100 °С и максимально допустимым отношением кинематической вязкости при 50 °С к кинематической вязкости при 100 °С, а для зимних масел — предельными значениями вязкости при О °С.

Для автотракторных масел также имеет значение изменение вязкости при увеличении давления, причем заметное возрастание наблюдается при давлениях более 0,5 МПа. Чем выше давление и больше исходная вязкость, тем сильнее изменение вязкости. В интервале температур от 20 до 100° вязкость увеличивается в соответствии с табл. 19.8.Для подсчета изменения вязкости с возрастанием давленz-используется формула Г.А;Морозова ;

g_pg₀a^р (L9.13)

где g_p — вязкость масла при давлении Р;

g₀ —вязкость масла при атмосферном давлении;

а^р — постоянный коэффициент для нефтяных масел — 1,002—1,004.^J

Вязкостью называется свойство, проявляющееся в сопротивлении, которое оказывает жидкость при перемещении ее слоев под действием внешней силы. Это свойство является следствием трения, возникающего между молекулами жидкости.

Величину вязкости измеряют в динамических и кинематических единицах.

Единицей динамической вязкости является пуаз, представляющий собой вязкость такой жидкости, которая оказывает сопротивление взаимному перемещению двух слоев жидкости площадью 1 см², находящихся на расстоянии 1 см друг от друга и перемещающихся относительно друг друга со скоростью 1 см/с, силой в 1 дину. Сотая часть пуаза называется сантипуаз.

В системе СИ 1 пуаз = 0,1 Н с/м²

Динамическая вязкость при температуре t обозначается _t

Вязкость в пуазах определяют обычно при низких температурах, когда масло обладает плохой текучестью и его надо проталкивать через капилляр воздействием внешней силы.

Кинематической вязкостью () называется отношение динамической вязкости жидкости к её плотности при температуре определения,.т;,е.

 = _t / (19:14)1

За единицу кинематической вязкости принят стоке (Ст). Вязкость моторных масел измеряется в сотых долях стокса, называемых сантистоксом (сСт).

Для нефтепродуктов наиболее распространено определение кинематической вязкости с помощью капиллярных вискозиметров. Метод определения основан на том, что вязкость жидкости прямо пропорциональна времени протекания их одинаковых количеств через один и тот же капилляр, обеспечивающий ламинарность потока. Прибор для определения кинематической вязкости моторного масла показан на рис. 19.5.

Кинематическую вязкость определяют для тех масел, которые, обладают текучестью, т.е. протекают через капилляр под воздействием силы тяжести самого масла.

Ниже приведена методика определения кинематической вязкости.

Определение кинематической вязкости

Кинематическую вязкость масел определяют в соответствии с ГОСТ 33-82 подобно определению вязкости топлив (см. работу 3). Различие имеется в температуре определения и диаметре капилляра используемых вискозиметров.

В соответствии со стандартами на масла вязкость определяют при температуре 100 и 50°, и лишь для отдельных марок зимних масел предусмотрено дополнительное определение вязкости при О °С.

Для заполнения термостата применяют следующие жидкости при температуре от 50 до 100° — нефтяное прозрачное масло или глицерин, от 20 до 50° — воду, от 0 до 20° — смесь воды со льдом, при более низших температурах этиловый спирт с твердой углекислотой.

При определении вязкости выбирают вискозиметр с таким диаметром капилляра, чтобы время протекания масла при заданной температуре были в пределах ЗОО 180 с.

Рекомендуемые диаметры капилляров при определении вязкости различных масел приведены в табл. 19.9. _:Кинематическую вязкость в сантистоксах вычисляют по формуле v = с • t, где с — постоянная вискозиметра, сСт/с, приведенная в паспорте; t — среднее время истечения масла, с.

На основе найденных вязкостей при 50 и 100° вычисляют отношение ₅₀/₁₀₀.

Порядок проведения работы

1. Установить вискозиметр в водяной бане так, чтобы капилляр был в строго вертикальном положении и верхняя метка была ниже уровня воды.

2. Нагреть до требуемой температуры и поддержать ее постоянной в течение 5—10 мин, чтобы масло, находящееся в вискозиметре, приняло температуру воды.•; 3.,С помощью, резиновой трубки, и вакуум-насоса осторож­но засосать масла выше метки между расширениями, следя за тем, чтобы не образовывались пузырьки воздуха и разрывы слоя масла, а также не произошло засасы­вания масла в резиновую трубку.

^: 4. Отсоединить резиновую трубку от вакуумного насоса и наблюдать за перетеканием масла. Когда его уровень достигнет верхней метки, включить секундомер и остановить его, когда уровень масла минует нижнюю метку. Записывая время, отмененное секундомером, повторить испытание при каждой заданной температуре и подсчитать среднее арифметическое значение. Данные отдельных замеров должны отличаться от среднеарифметического не более чем на 0,5'%.

5. Среднее время перетекания масла в секундах три каждой температуре умножить на .постоянную вискозиметра С, приведенную в паспорте и определить кинематическую вязкость в (сСт)— v = с • t.

6. По полученным значениям кинематической вязкости при температуре 20, 50 и 100 °С построить график (вязкостно-температурную характеристику), откладывая по оси абсцисс температуры, а по оси ординат — вязкость.

7. Значение кинематической вязкости при 100 °С сравнить с требованиями ГОСТа и сделать вывод о принадлежности масла к той или иной группе.

8. Определить отношение ₅₀/₁₀₀.

9. По номограмме определить индекс вязкости масла.

Отчет о выполненной работе

1. В отчете необходимо дать понятие о вязкости смазочного масла и ее влиянии на работу автомобильного двигателя. Указать перечень приборов и материалов, применяемых в работе.

2. Привести краткое описание методики проведения работы с поясняющими рисунками и таблицами,

3. Привести результаты проведенного испытания.

4. Построить вязкостно-температурную характеристику испытуемого масла.

5. Привести значения индекса масла и ₅₀/_100.

7. Сравнить полученные результаты с требованиями ГОСТ.

4