|
Обзор существующих исследований и разработок
Пластичные смазочные материалы
Рисунок – Смазывание зубчатого зацепления
Пластичные смазки представляют собой минеральное масло (до 90%) соединенного с загустителем. В качестве загустителя выступают мыла. Мыла - это соли высших жирных кислот, включающие ионы щелочных металлов (кальция, натрия).
Работа пластичной смазки. Загуститель - металлическое мыло, образует емкость для масла - решетчатый волоконный каркас, заполненный маслом. Выдавливание масла из этой губки происходит под воздействием механических сил и температур.
В зависимости от загустителя различают пластичные смазки: кальциевые, натриевые, литиевые. В зависимости от температуры каплепадения различают: низкотемпературные, среднетемпературные, высокотемпературные. По назначению пластичные смазочные материалы бывают: антифрикционные, защитные, уплотнительные.
Пластичные смазки характеризуются: температурой каплепадения, консистенцией (пенетрацией), содержанием воды, содержанием свободных кислот или щелочей, количеством золы, количеством механических примесей.
Показатели свойств
По своим свойствам пластичные (консистентные) смазки занимают промежуточное место между твердыми смазками и маслами. В основном смазки состоят из двух компонентов: жидкой основы (минеральные, растительные, синтетические и другие масла) и загустителя (твердые углеводороды, различные соли высокомолекулярных жирных кислот—мыла, высокодисперсные силикагели и бентониты, другие продукты органического и неорганического происхождения). Кроме того, в своем составе они содержат присадки, улучшающие эксплуатационные характеристики. Нередко в состав смазок вводят различные наполнители: графит, дисульфид молибдена, порошкообразные металлы или их окислы, слюду и др.
Загустители, в частности мыла, в процессе приготовления смазки образуют ее трехмерный структурный каркас, в ячейках которого удерживается масло. Благодаря наличию структурного каркаса смазки ведут себя при небольших нагрузках как твердые тела (под действием собственного веса не растекаются, удерживаются на наклонных и даже вертикальных плоскостях), а под воздействием критических нагрузок, превышающих прочность структурного каркаса, они текут подобно маслам. Однако при снятии нагрузки течение смазки прекращается и она вновь приобретает свойства твердого тела. Это весьма важная отличительная и преимущественная особенность смазок перед маслами.
Основными преимуществами смазок являются: способность удерживаться в негерметичных узлах трения, работоспособность в более широких температурном и скоростном диапазонах, лучшая смазывающая способность, более высокие защитные свойства от коррозии, работоспособность в контакте с водой и другими агрессивными средами, большая экономичность применения.
К недостаткам смазок следует отнести: плохую охлаждающую способность, более высокую склонность к окислению, сложность подачи к узлу трения.
Зная особенности и свойства смазок, определив условия работы и оценив
конструкцию трущихся пар, можно правильно выбрать смазку для конкретного узла трения.
Предел прочности (тпч, гс/см2) представляет собой то минимальное критическое усилие, которое необходимо приложить, чтобы произошла деформация структурного каркаса смазки и началось ее движение. Величину определяют по ГОСТ 7143-73. Абсолютная величина и температурная зависимость характеризует способность смазки удерживаться в узле трения, поступать в зону трения. В некоторой степени эта величина влияет на пусковые моменты сдвига подшипников.
Вязкость ( , П) характеризует течение смазки после нарушения связей в ее структурном каркасе в результате приложения критической нагрузки. Величину определяют в соответствии с ГОСТ 7163 — 63. Вязкость смазок не только зависит от температуры, но и от условий течения, т. е. скорости деформации. С повышением температуры и увеличением скорости деформации вязкость смазок уменьшается. Особенно чувствительна вязкость смазок к изменению скорости деформации. При постоянной температуре и с увеличением скорости деформации в 10—100 раз вязкость смазки понижается в сотни и тысячи раз.
В связи с тем, что существует зависимость вязкости смазок от скорости их деформации, говорят об эффективной вязкости. Под эффективной вязкостью смазок понимают вязкость ньютоновской жидкости (масла), которая при той же температуре течения оказывает такое же сопротивление сдвигу, как и смазка.
Вязкость смазки определяет условия ее заправки в узлы трения при низких температурах, влияет на пусковые и установившиеся моменты сдвига подшипников, относительно характеризует ее прокачиваемость по мазепроводам и т. п.
Механическая стабильность
Изменение объемно-механических свойств смазок, например предела прочности, в результате механической обработки и последующего их отдыха называют механической стабильностью смазок.
Механическая стабильность — важный эксплуатационный показатель свойств смазок, применяемых особенно в шарнирах, плоских опорах, подшипниках скольжения, так как в этом случае в работу вовлекается весь запас смазки. Механически нестабильная смазка, т. е. сильно разрушающаяся и не восстанавливающая своих первоначальных свойств после снятия деформирующих нагрузок, вытечет из такого узла трения и приведет к преждевременному его повреждению. Механическую стабильность регламентирует ГОСТ 19295—73.
Коллоидная стабильность
Способность смазки под воздействием внешних сил удерживать в ячейках своего структурного каркаса масло называют коллоидной стабильностью. Коллоидную стабильность определяют по ГОСТ 7142—74 в процентах выделившегося (отпрессовавшегося) масла.
Коллоидно-стабильные смазки могут не выделять масла при хранении и эксплуатации длительное время. Небольшое выделение масла из смазки при ее работе в узле трения всегда полезно, так как это способствует улучшению условий смазывания трущихся деталей. Однако чрезмерно большое выделение масла из смазки (низкая коллоидная стабильность) приведет к вытеканию масла из узла трения и образованию в ней затвердевшей массы загустителя, т. е. к нарушению режима смазывания.
Испаряемость определяется по ГОСТ 9566-74 в процентах улетучившегося масла при заданной температуре в строго регламентированное время. Потеря масла из-за его испаряемости приводит к относительному повышению содержания загустителя в смазке и, следовательно, увеличению ее предела прочности, вязкости, а также изменению других эксплуатационных свойств смазок.
Водостойкость
Под этим термином понимают способность смазок не растворяться в воде, не поглощать ее из окружающей среды, не смываться и не изменять значительно своих свойств при контакте с ней. Стандартного метода определения водостойкости нет. При необходимости в каждом отдельном случае в нормативно-техническую документацию записывают определенную методику (кипячение в горячей воде, смываемость с вращающегося подшипника или пластины под воздействием регламентированной струи и т. п.).
Несущая способность смазывающей пленки
Понятие несущая способность (работоспособность) смазывающей пленки или смазочная способность смазки тесно увязана с вопросами трения и износа, а следовательно, с законами, которым они подчиняются. Это очень важная характеристика смазочного материала, аккумулирующая совокупность свойств, определяемых б граничных слоях контакта смазки с поверхностью металла, т. е. в условиях граничного трения. Здесь учитывают критическую температуру разрушения смазывающей пленки, критическое давление, которое она способна выдержать, ее пластифицирующее действие и адгезионные силы, антифрикционные и противоизносные свойства, противозадирные и другие характеристики.
В связи с тем, что смазки в своем составе всегда содержат поверхностно-активные вещества, не говоря уже о специальных присадках, их смазочная способность значительно выше, чем масла, на котором они изготовлены.
Несущую способность смазывающей пленки смазок в граничном слое оценивают по результатам испытаний на трение и износ, к числу которых относится также метод оценки противоизносных и противозадирных свойств на четырехшариковой машине трения ЧШМ-3 по ГОСТ 9490-75.
Антикоррозионные свойства характеризуют коррозионное действие смазки на металлы. Определяют по ГОСТ 5757—67 методом погружения металлических пластин в смазку, выдержку в ней при заданной температуре с последующим визуальным определением наличия на пластине следов коррозионного воздействия. Появление коррозионных пятен и точек на пластинах, значительное их потемнение, а также изменение цвета и внешнего вида смазки в зоне контакта с пластинами указывает на недостаточную антикоррозионную стабильность смазки.
Температура каплепадения. Максимальную температуру, при которой из капсюля термометра Уббелоде падает капля смазки, нагреваемой в строго регламентированных условиях, называют температурой каплепадения. Она только условно характеризует температуру плавления смазок и в связи с этим лишена физического смысла. Методика регламентирована ГОСТ 6793 — 74
Для смазок, у которых температура каплепадения находится в пределах до 100°С, практически было установлено, что их верхний температурный предел работоспособности лежит на 15—20°С Ниже их температуры каплепадения. Но с появлением смазок, у которых температура каплепадения находится значительно выше 100°С, например литиевых (170—200°С), комплексных кальциевых и бариевых (230—260°С), бентонитовых, силикагелевых (отсутствие), этот показатель утратил свое практическое значение. Так, верхний температурный предел работоспособности литиевых смазок лежит в пределах НО—130°С, а комплексных кальциевых — 150-160°С.
По температуре каплепадения иногда можно судить о типе загустителя, на котором изготовлена смазка, а отсюда уже (косвенно) о возможных областях ее применения.
Пенетрация
Число пенетрации означает глубину погружения в смазку конуса стандартных размеров и массы (150 г) в течение 5 с при 25°С. Определяют в соответствии с ГОСТ 5346-50, единица измерения - десятые доли миллиметра.
Пенетрация - условный эмпирический показатель, который лишен физического смысла и не характеризует эксплуатационных свойств смазки. Нередко смазки, совершенно отличающиеся по своему составу и с самыми различными свойствами, имеют одинаковые или очень близкие значения пенетрации. Этот показатель можно использовать при оценке единообразия различных партий одной и той же смазки.
Содержание воды
Присутствие воды в большинстве смазок не допускается. Но есть смазки (гидратированные кальциевые, кальциево-натриевые), где вода является необходимым их компонентом. Смазки на гигроскопических загустителях, например натриевых мылах, могут также содержать незначительное (до 0,5%) количество воды, которое не оказывает отрицательного действия на их свойства.
Качественное содержание воды в смазках определяют в соответствии с ГОСТ 1548-42, а количественное по ГОСТ 2477-65.
Содержание механических примесей
Нет единого мнения, что следует понимать под механическими примесями. Однако все посторонние включения, например, абразивы, усиливающие износ деталей, опилки или волокна тканей, засоряющие мазепроводы или пресс-масленки и ухудшающие доступ смазки к зоне трения, в составе смазок недопустимы. Содержание механических примесей в смазках определяют несколькими методами по ГОСТ 1036—75, растворяя смазку в углеводо родных растворителях с последующей фильтрацией растворителей и взвешиванием осадка на фильтре. В этом случае для разных смазок допускается содержание отфильтровавшегося осадка не более 0,1-0,5%; ГОСТ 6479-73 предусматривает определение содержания механических примесей, не растворимых в соляной кислоте, присутствие таких примесей, как правило, не допускается. По ГОСТ 9270—59 с помощью микроскопа в тонком слое смазки, нанесенной на предметное стекло, определяют количество и размер посторонних включений. Первые два метода используют в основном при оценке смазок общего назначения, а последний—при определении механических примесей смазок, применяемых в прецизионных парах трения, приборных подшипниках и т. п.
Содержание свободных кислот и щелочей
При изготовлении смазок, где загустителем служат мыла, трудно получить смазки с нейтральной реакцией. В них всегда присутствует избыток свободной щелочи или кислоты. Большой избыток как одних, так и других, не только отрицательно сказывается на реологических свойствах смазок, но вызывает коррозию трущихся деталей. Существует два стандартных метода определения содержания свободных кислот и щелочей: по ГОСТ 6307—75 определяют водорастворимые и по ГОСТ 6707—76—органические, Если по последнему методу допускается незначительное присутствие свободных щелочей и кислот, то по первому, т. е. водорастворимые, должны отсутствовать.
На долю загустителя приходится от 8 до 25% всей массы смазки. Однако его природа и свойства решающим образом влияют на эксплуатационные свойства смазок, что, в свою очередь, определяет области их применения.
По достоинству оценивая роль загустителя в определении свойств смазок, не следует забывать о дисперсионной среде—масле, на котором они изготовлены. Низкотемпературные смазки готовят на маловязких нефтяных и синтетических маслах. Для приготовления смазок, работающих выше 200сС, используют полисилоксаны и т.п. В состав смазок общего назначения входят в основном индустриальные, остаточные масла и их смеси. [1]
Типы пластичных смазок
Кальциевые (солидолы) - влагостойкие, могут содержать до 4% влаги, имеют хорошую механическую стабильность, имеют низкий коэффициент внутреннего трения, смешиваясь с водой не образуют эмульсии. Используются в условиях высокой влажности при температуре от – 30 до + 550С. Расплавляясь, теряют содержащую в них воду. После охлаждения не восстанавливают физико-химические свойства.
Натриевые - чувствительны к влаге, соединяясь с водой, образуют эмульсию и выделяют коррозирующие щелочи и кислоты. Применяются при отсутствии контакта с водой, при температуре от - 300С до + 1500С. Обладают хорошей маслянистостью, хорошими уплотняющими свойствами и восстанавливают характеристики после расплавления.
Кальциево-натриевые - по влагостойкости и температурному диапазону занимают промежуточное место. Эффективны для применения в условиях небольшой влажности при температуре от 00С до + 1100С.
Литиевые В основе лежит литиевое мыло, имеющее положительные свойства кальциевых и натриевых смазок, но без их недостатков. Имеют хорошую маслянистость, отличную температурную устойчивость. Применяется при температуре от - 500С до + 1500С при возможности проникновения воды.
Присадки к пластическим смазкам. Антикоррозийные - Используют при работе во влажной среде, консервации и хранении. Антиокислительные - замедляют окисление при высокой температуре. Антизадирные - соединения фосфора, хлора и серы повышают несущую способность смазочного слоя, иногда отрицательно влияют на подшипниковую сталь.[2]
|
