Полутвёрдые, полужидкие смазочные материалы. (Пластичные см)
Применение пластичных смазок связано с тем, что в автомобилях имеется довольно много деталей и сочленений, которые не удается смазать жидким маслом: либо к ним невозможно или сложно подвести масляную магистраль, либо жидкость не держится в узлах (ступицы колес, карданные шарниры, рессоры, водяные насосы).
Рисунок 2.2 Полутвердые СМ
Для смазывания подобных узлов применяют густые мазеобразные вещества. Раньше их называли тавотами, потом консистентными смазками, а теперь принято называть пластичными смазками.
Пластичные смазки по консистенции занимают промежуточное положение между жидкими маслами и твердыми смазочными материалами. Смазка при невысокой температуре и отсутствии нагрузки сохраняет форму, приданную ей ранее, а при нагреве и под нагрузкой начинает слабо течь, но при этом из зоны трения не выпадает и через уплотнения не просачивается. Смазки выполняют те же функции, что и жидкие масла: снижение износа, предотвращение задирав, защита от коррозии и т. д. Специфика лишь в области применения:
пригодность для смазывания сильно изношенных пар трения;
возможность использования в негерметизированных и даже в открытых узлах;
способность прочно держаться на смазываемых поверхностях;
очень длительные сроки эксплуатации и хранения и др.
Изготовляют смазки путем добавления в минеральную или синтетическую масляную основу различных загустителей, под действием которых масло становится малоподвижным. В качестве загустителей используют углеводороды (парафин, церезин, петролатум), металлосодержащие мыла (кальциевые, натриевые, алюминиевые, литиевые), неорганические соединения (глины, силикагели) и продукты переработки мочевины.
В зависимости от класса смазки содержание загустителя в ней может составлять от 5 до 30% ее массы. Именно его типом и количеством определяются эксплуатационные свойства смазки, поэтому в ее названии, как правило, он присутствует: литиевая, кальциевая, натриевая смазка.
Исходными параметрами для оценки пластичной смазки являются два показателя качества — температура каплепадения и уровень пенетрации смазки.
Температура каплепадения — условный критерий начала плавления: минимальная температура падения первой капли смазки, нагреваемой в капсуле термометра Уббелоде (метод ASTM D 566 - IP/32; DIN 5/80/B1.1; ISO 2/76). Температура каплепадения должна быть на 10-20°C выше максимальной температуры нагревания узла, в котором используется смазка.
Пенетрация (число пенетрации) — показатель проникновения в смазку стандартного конуса под действием собственного веса (1,5 Н) за 5 с при 25°С (метод ASTM D 2/7 - IP 50; DIN 5/804 B1.1; ISO 2/37).
Наиболее дешевые кальциевые смазки, полученные загущением индустриальных минеральных масел кальциевыми мылами жирных кислот — солидолы. Солидолы не растворяются в воде и обладают очень высокими противоизносными свойствами. Однако нормально функционируют лишь в узлах с рабочей температурой до 50-65°C, что ограничивает область их применения в современных автомобилях.
Натриевые смазки, консталины, получают загущением минеральных масел натриевыми мылами касторового масла. Они довольно тугоплавки и легко растворяются в воде. Хорошо работают при температурах от -10 до +120 °C.
Наиболее универсальны литолы — смазки, полученные загущением нефтяных и синтетических масел литиевыми мылами. Они имеют очень высокую температуру каплепадения (около +200°C), исключительно влагостойки и работоспособны практически в любых нагрузочных и тепловых режимах, что позволяет использовать их практически везде, где требуется пластичная смазка. [4]
К основным (в сравнении с маслами) недостаткам, характерным в различной степени для большинства полутвердых смазок, относят:
отсутствие отвода теплоты от поверхностей трения,
худшую физическую и химическую стабильность,
а также большую разницу в величинах коэффициентов трения покоя и движения. [5]
Горюче-смазочные материалы относятся к важнейшим видам продукции народного хозяйства, в связи с чем их производство и потребление во всех странах немыслимо без жесткого регулирования государственными органами. Во времена общей плановой экономики оно отличалось простотой и эффективностью. Завод-изготовитель знал, что и в каком количестве ему производить, заказчик был уверен в доставке заказанного продукта. Единая Государственная межведомственная комиссия (МВК) являлась важнейшей структурой по допуску к производству и применению топлив, масел, смазок и специальных жидкостей. В результате удавалось при выпуске 200 наименований пластичных смазочных материалов (ПСМ) на 14 заводах обеспечивать бесперебойными поставками потребителей громадной страны по всем без исключения отраслям промышленности и сельского хозяйства. За уровень качества отвечали совместно с МВК отраслевые институты — ВНИИ НП, ВНИИПКнефтехим «Масма», НИИ-25. Система работала достаточно эффективно. [6]
Примеры полутвердой и полужидкой смазки:
Рисунок 2.3 Смазка трансмиссионная полутвёрдая.
Рисунок 2.4 Смазка полужидкая
Жидкие смазочные материалы.
Они разделяются на: масла – минеральные (нефтяные), органические (растительного или животного происхождения), синтетические; гликоли; воду; эмульсии.
В настоящее время масла растительного и животного происхождения почти полностью вытеснены другими видами масел, которые используются преимущественно как присадки к минеральным маслам (компаудные масла и пластичные смазки). Их стойкость в процессе эксплуатации довольно невысока.
Минеральные (нефтяные) масла состоят из основы – базового масла и синтетических присадок, содействующих улучшению ее свойств.
Синтетические масла получают из различного исходного сырья с помощью многих методов (каталитическая полимеризация жидких и газообразных углеводородов нефтяного и ненефтяного сырья, синтез кремнийорганических соединений).
Масла по назначению разделяются на такие группы: моторные, индустриальные, трансмиссионные, амортизаторные, турбинные, компрессорные, электроизоляционные, приборные, консервационные, технологические, специальные.
Моторные масла используются для поршневых двигателей внутреннего сгорания (бензиновых, дизельных и авиационных). Трансмиссионные масла предназначены для смазывания механических и гидромеханических передач.
Индустриальные масла предназначены для уменьшения коэффициента трения в узлах трения промышленного оборудования. Вместе с тем они также предназначены для отвода тепла, защиты деталей от коррозии, очищения поверхностей трения от загрязнения, уплотнения, предотвращения задиров поверхностей трения. Они делятся на четыре группы:
– для гидросистем;
– для направляющих скольжения;
– для зубчатых передач;
– для подшипников качения.
Гидравлические масла (жидкости) используются как рабочая жидкость в гидросистемах различных машин.
Для амортизаторов вследствие специфики работы этих устройств используются специальные масла, рабочий диапазон температур которых должен быть достаточно широким (–60…140 оС).
Турбинные масла предназначены для смазки трибосистем разного вида турбин, турбокомпрессоров, турбонасосов и т.п.
Для смазки и герметизации узлов трения различных компрессоров и вакуумных насосов используются компрессорные масла.
Для защиты различных изделий, узлов, аппаратуры, машин, конструкций от атмосферной коррозии и коррозионно-механического износа используются консервационные материалы (масла, растворы с ограниченной растворимостью, дисперсии, аэрозоли, эмульсии). В этой группе имеются две разновидности масел: только для консервации и используемые как ходовые.
Технологические масла используются как рабочая среда в технологических процессах (обработки резанием, пластической обработки, термообработки, производстве бетонных изделий, литейных форм, керамики), а также в пищевой, текстильной, химической (фтор- и хлорфторуглеводородные) и других областях промышленности.
Специальные масла служат для выполнения особых определенных функций (для насыщения, древесное, для механизмов проекторов, цепей туннельных печей, для герметизации буровых скважин, паяльное, парфюмерное, медицинское и другие).
Масла классифицируются по критерию вязкости и качества. Моторные и трансмиссионные масла, в частности, классифицируются по обеим критериям, а индустриальные масла – только по первому из них. Качественно масла делятся на: обычные (без присадок), с присадками, с наполнителями (твердыми смазками). По вязкости моторные масла разделяются на летние, зимние и всесезонные.
Гликоли отличаются хорошими смазочными качествами в диапазоне температур –70…+200 оС, однако при Т ≥ 100 оС происходит их окисление. Они являются наиболее дешевыми из синтетических смазочных материалов. С минеральными маслами смешиваются плохо.
Вода используется для смазки подшипников из натуральной и пластифицированной древесины, древеснослоистых пластиков, текстолита, резины. Она является составной частью смазочных эмульсий.
Смазочные эмульсии – это коллоидные смеси, состоящие из воды и масла. Различаются эмульсии типа вода в масле, используемые для смазки, и типа масло в воде, используемые как смазочно-охлаждающие жидкости. [7]
Примеры применения масел:
1. МОТОРНЫЕ МАСЛА, смазочные нефтяные и синтетические масла, используемые в поршневых (карбюраторных и дизельных), а также газотурбинных двигателях для уменьшения трения скольжения и износа деталей и узлов, отвода тепла от трущихся поверхностей и уплотнения зазоров главным образом в цилиндропоршневых группах. Наиболее распространены дизельные моторные масла, применяемые для смазки автотракторных, транспортных, стационарных, тепловозных и судовых двигателей. Карбюраторные моторные масла используют только в автомобильных двигателях. Масла, предназначенные для обоих типов двигателей, называют универсальными. Особая группа моторных масел -авиационные масла. По сезонности применения различают зимние, летние и все - сезонные масла.
Рисунок 2.5 Моторное масло в двигателе
Моторные масла подвергаются значительным механическим и термическим воздействиям. Они не должны сильно разжижаться топливом, терять текучесть при низких температурах, вспениваться, интенсивно испаряться, образовывать осадки и смолистые отложения; должны обладать хорошими противоизносными и анти -фрикционными свойствами, не вызывать коррозию металлов и не разрушать другие конструкции материалы, например резины. Основные характеристики моторных масел: вязкость 6-20 мм2/с (100°С), т.всп. 200-220 °С, т. заст. от - 15 до - 35 °С, зольность 0,95-1,65% по массе.
Моторные масла приготовляют главным образом на основе нефтяных фракций. Последние по способу производства подразделяют на дистил - лятные (получают вакуумной перегонкой нефти) и остаточные (производят очисткой гудронов, образующихся при перегонке мазутов). Масла требуемой вязкости вырабатывают, как правило, компаундированием дистиллятных и остаточных компонентов. Нефтяные моторные масла - жидкие смеси изо-парафиновых, нафтеновых, ароматичные и нафтеноароматичные углеводородов (мол. м. 300-600). Все большее применение находят синтетические моторные масла, которые в отличие от нефтяных выдерживают без заметного разложения и испарения высокие рабочие температуры (до 700 °С и выше) и сохраняют подвижность (без потери текучести) при низких температурах (до — 40°С и ниже), что облегчает запуск двигателей. Базовые синтетические масла - поли-a-олефины, диэфиры (на основе сложных эфиров ), полиалкилен - гликоли, диалкилбензолы. Наряду с синтетическими маслами используют также нефтяные основы с добавками синтетических компонентов.
Для улучшения эксплуатационных свойств моторных масел в них вводят присадки (1-25% по массе): моющее - диспергирующие (сульфо-наты, салицилаты и феноляты Са, сукцинимиды) - для предотвращения образования на деталях двигателей нагаров и лаковых пленок; антиокислители и противоизносные (2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол, диалкидитиофосфаты Zn); антифрикционные (MoS2, графит)-для снижения потерь на трение и снижения расхода топлива; загущающие, или вязкостные (полиизобутилен, полиметакрилаты); депрессорные (алкилнафталины) - для снижения температуры застывания масел; антипенные (полиметилсилоксан). Добавлением специальных ингибиторов коррозии (производные сукцинимида и др.) получают так называемые рабочие консервационные масла, обеспечивающие длительное (10 лет и более) хранение двигателей.
Отработавшие нефтяные моторные масла необходимо заменять новыми через 6-12 тыс. км пробега машин или 120-480 ч функционирования двигателей; сроки смены синтетических масел в 1,5-2,0 раза больше. Для повторного использования таких масел их подвергают специальной обработке с целью регенерации-восстановления эксплуатационных свойств. Мировое производство моторных масел более 15 млн. т/год .
2. ТРАНСМИССИОННЫЕ МАСЛА, нефтяные или синтетические масла, используемые для смазки агрегатов трансмиссий (коробки передач, раздаточные коробки, ведущие мосты, колесные редукторы, картеры рулевых управлений и т.д.) колесных и гусеничных транспортных машин.
Рисунок 2.6 Трансмиссионное масло
Трансмиссионные масла характеризуются высокими противоизносными, противозадирными и противоусталостными свойствами, хорошей термической и термоокислительной стабильностью, малой коррозионной агрессивностью и высокими антикоррозионными свойствами, слабой зависимостью вязкости от температуры и относительно малой вязкостью в области отрицательных температур, стойкостью к образованию эмульсий с водой и к ценообразованию, совместимостью с неметаллическими материалами (напр., с резинами, пластмассами, красками).
3. ТУРБИННЫЕ МАСЛА, нефтяные и синтетические масла вязкостью 10-60 мм2/с (при 50 0C), предназначенные для смазывания и охлаждения узлов трения турбин, турбоагрегатов, турбонасосов, турбокомпрессорных машин, турбовоздуходувок и связанных с ними редукторов; могут быть использованы также в системах регулирования турбоагрегатов и др.
Турбинные масла должны обладать хорошей стабильностью против окисления при рабочих температурах 60-100 0C и выше;
при длительной эксплуатации (в течение 20-30 тыс. ч) сохранять высокую физическую стабильность;
не допускать образования отложений на трущихся деталях;
не образовывать стойких эмульсий при обводнении;
не пениться во время циркуляции;
быть нейтральными по отношению к черным и цветным металлам и неметаллическим материалам.
Рисунок 2.7 Турбинное масло
4. КОМПРЕССОРНЫЕ МАСЛА, нефтяные или синтетические (кремнийорганические., алкилбензолы, эфиры пентаэритрита и др.) масла, используемые в поршневых и роторных компрессорах для улучшения герметичности камер сжатия, уменьшения трения и износа, отвода теплоты. Вязкость компрессорных масел 7-30 мм2/с при 100 °С. Они отличаются низкой испаряемостью, высокой термической стабильностью (до 250 °С) и химической стойкостью по отношению к сжимаемым в компрессорах газам (воздух, О2, СО2, С2Н2 и др.), хорошими противоизносными свойствами. К маслам для компрессоров холодильных установок предъявляются особые требования, обусловленные непрерывным контактом компрессорных масел с хладагентом, а также постоянным изменением температуры и давления среды.
Рисунок 2.8 Компрессорное масло
Как видно из выше сказанного Жидкие смазочные материалы применяются в разных типах механизмов где требуются те или иные свойства. [8]