Вся электронная библиотека >>>

 Топливо и смазки >>>

    

 

Топлива, смазочные материалы, технические жидкости


Раздел: Техника

   

Глава 6 ПЛАСТИЧНЫЕ СМАЗКИ

НАЗНАЧЕНИЕ СМАЗОК

  

 

Основная функция смазок — уменьшение износа трущихся деталей с целью продления срока службы машин и механизмов. Наряду с этим смазки выполняют и другие функции. Так, в отдельных случаях они не столько уменьшают износ, сколько упорядочивают его, не допуская задира, заедания и заклинивания трущихся поверхностей. Смазки препятствуют прониканию к трущимся поверхностям агрессивных жидкостей, газов и паров, а также абразивных материалов (пыли, грязн и т. п.). Практически все смазки выполняют защитные функции, предотвращая коррозию металлических поверхностей. Благодаря антифрикционным свойствам, смазки существенно уменьшают энергетические затраты иа трение, что позволяет экономить мощность машин и механизмов.

Для защиты от коррозии металлических изделий, машин и оборудования при их транспортировании и длительном хранении применяют специальные консервационные смазки. Наряду с кон- сервационными смазками вырабатывают рабоче-консервацион- ные, которые перед началом эксплуатации техники нет необходимости заменять на антифрикционные.

Для герметизации зазоров в механизмах и оборудовании, а также соединений трубопроводов и запорной арматуры применяют уплотнительные смазки, причем смазки обладают лучшими герметизирующими свойствами, чем масла.

Иногда к смазкам предъявляют специальные требования, например: повышать коэффициент трення, выполнять роль изоляционных или токопроводящих материалов, обеспечивать работу узлов трения в условиях радиации, глубокого вакуума и т. п. Такие смазки относят к группе смазок специального назначения. Основные условия и объекты применения смазок: открытые и негерметизированиые узлы трения, труднодоступные узлы треиия,

механизмы, расположенные под переменным углом к горизонту,

узлы трения, где невозможна частая смена смазочного материала,

переменный скоростной режим эксплуатации машин, вынужденный контакт узла трения или защищаемой поверхности с водой либо агрессивными средами,

условия резко изменяющегося температурного режима, герметизация подвижных уплотнений, сальников и резьбовых соединений;

длительная консервация машин, оборудования, приборов и металлических изделий.

необходимость упростить конструкцию, уменьшить массу и размер смазываемых устройств.

Для обеспечения перечисленных условий только 14% смазок расходуется для консервации и 2% для герметизации. Остальные смазки используют для уменьшения трения и износа трущихся деталей в качестве антифрикционных смазочных материалов.

 

СОСТАВ СМАЗОК

 

Смазки состоят из жидкой основы (дисперсионной среды), твердого загустителя (дисперсной фазы) и различных добавок. Кроме этих составляющих в смазках присутствуют и другие компоненты. Например, в составе гндратнрованных кальциевых смазок присутствует вода как стабилизирующий компонент. В некоторых мыльных смазках содержатся глицерин, выделившийся при омылении жиров, и продукты окисления масляной основы, образовавшиеся при термообработке смазки, а также свободные кислоты или щелочи и т.п. Для улучшения эксплуатационных свойств в состав смазок вводят присадки различного функционального назначения и твердые добавки. Таким образом, смазки представляют собой сложные многокомпонентные системы, основные свойства которых определяются свойствами масляной основы, загустителя, присадок и добавок.

Дисперсионная среда. В качестве масляной основы смазбк используют различные смазочные масла и жидкости. Большинство смазок отечественного производства (около 97%) готовят на нефтяных маслах. Для получения смазок, работающих в специфических и экстремальных условиях, применяют синтетические масла — кремнийорганнческие жидкости, сложные эфиры, фтор- и фторхлоруглероды, синтетические углеводородные масла, полиалкиленгликоли, полифениловые эфиры. Широкое применение таких масел ограничено из-за дефицитности и высокой их стоимости. В отдельных случаях в качестве днсперсиоиной среды смазок применяют растительные масла, например касторовое масло.

Многие свойства смазок зависят от масляной основы. Природа, химический, групповой и фракционный состав дисперсионной среды существенно влияют на структурообразование и загущающий эффект дисперсной фазы, а следовательно, и на реологические и эксплуатационные свойства смазок. От масляной основы зависят работоспособность смазок в определенном интервале температур, силовых и скоростных нагрузок, их окисляе- мость, коллоидная стабильность, защитные свойства, устойчивость к агрессивным средам, радиации, а также набухаемость контактирующих изделий из резины, полимеров и т.п. Низкотемпературные свойства смазок (вязкость прн отрицательных температурах, пусковой крутящий момент) зависят от вязкости масляной основы при низких температурах ( 62—64), а испаряемость— от молекулярной массы, фракционного состава и температуры вспышки дисперсионной среды и от продолжительности температурного воздействия ( 65).

Смазки работоспособны до температуры, при которой их вязкость не превышает 2000 Па-с, пусковой крутящий момент ниже 50 Н-см, а установившийся крутящий момент—не выше 10 Н-см. Нефтяные масла используют прежде всего для производства смазок общего назначения, работоспособных в интервале температур от —60 до 150 °С. Для узлов трения, работающих при температурах ниже —60°С и длительное время при температурах выше 150 °С, применяют смазки, приготовленные на синтетических маслах. На синтетических маслах можно приготовить смазки, работоспособные от —100 до 350°С и выше.

Из кремнийорганических жидкостей (олнгоорганоснлоксанов) наиболее часто в качестве дисперсионных сред используют нолиметилсилоксаны и полиэтилсилоксаны. Последние применяют в производстве смазок как в чистом виде, так и в смеси с нефтяными маслами. Полиметилфенилсилоксаны и полигало- генорганосилоксаиы обладают улучшенными противоизносными и противозадирнымн свойствами в сравнении с обычными полн- силоксанами. Эти жидкости обеспечивают получение смазок, работоспособных от минус 100—60 до плюс 200—300 °С.

Смазки на сложных эфирах применяют при температурах —60... + 150°С; они характеризуются хорошей смазывающей способностью, однако не работоспособны в контакте с водой из- за гидролиза эфиров. Они также вызывают набухание резиновых уплотнений.

При производстве смазок используют и синтетические углеводородные масла на основе .полиолефинов и алкилированных ароматических углеводородов, в первую очередь алкилбензо- лов. Смазки на алкилбензолах применяют при температурах —60... +200 °С.

Использование полиалкиленгликолей в качестве дисперсионной среды обеспечивает работоспособность смазок в широком интервале температур — от —60 до 200 °С. Смазки на полифе-ниловых эфирах стабильны при воздействии не только высоких температур (до 350°С), но и кислорода и радиации.

Фтор- н фторхлоруглеродиые масла термически стабильны до 400—500 °С. Они не воспламеняются, не горят, устойчивы к воздействию сильных кислот, щелочей и других агрессивных сред, не окисляются, не вызывают коррозии металлов, обладают высокими смазывающими свойствами. Поэтому их применяют для получения огнестойких смазок и смазок, имеющих контакт с весьма агрессивными средами и в экстремальных условиях.

 

Дисперсная фаза. Температурные пределы применения смазок во многом определяются температурами плавления и разложения загустителя, его растворимостью в масле и концентрацией. От природы загустителя зависят антифрикционные и защитные свойства, водостойкость, коллоидная, механическая и антиокислительная стабильность смазок. Так, мыла, являясь поверхностно-активными веществами, выполняют в смазках функцию и загустителя и противоизносного и противозадирного компонентов. Причем модифицирующее действие мыл на поверхности трения связано с поверхностно-молекулярным, а не с химическим взаимодействием, что характерно для фосфор-, серо- и хлорсодержащих присадок. Противозадирные свойства модельных смазок, в которых дисперсионной средой является нафтено-парафнновое вазелиновое масло, а дисперсной фазой — литиевое, натриевое, кальциевое и' бариевое мыла 12-гидроксн- стеариновой кислоты, приведены на  66. Противозадирные свойства смазок определяли на ЧШМ «Ранзн» по нагрузке заедания Р3 при частоте вращения п=500 мин-1. Триболо- гнческие свойства смазок зависят от природы катиона мыла (его донорно-акцепторных свойств) и улучшаются при переходе от катионов металлов I группы к катионам металлов II группы. Смазки, полученные на мылах различных катионов, значительно отличаются и по защитным свойствам.

Мыльные смазки подразделяют иа обычные и комплексные. Верхний температурный предел применения мыльных смазок следующий: обычные кальциевые — 60...70°С и комплексные кальциевые— 160... 170°С; обычные литиевые—ПО... 130°С и комплексные литиевые— 160... 170°С; обычные алюминиевые— 65...70°С и комплексные алюминиевые — 150...170°С. Углеводородные смазки работоспособны до 50—65 °С, бентонитовые и силикагелевые в зависимости от дисперсионной среды— от —60 до 170°С и выше. Смазки на органических загустителях применяют, как правило, в качестве высокотемпературных.

Присадки и наполнители. Присадки — поверхностно-активные вещества, что предопределяет их активность, как в объеме смазки, так и на границе раздела фаз загуститель — дисперсионная среда. Для улучшения свойств смазок применяют в основном те же присадки, что и для легирования масел: противоизносные, противозаднрные, антифрикционные, защитные, вязкостные и адгезионные, ингибиторы окисления, коррозии и другие. Многие присадки являются полифункциональными.

Влияние различных противозадирных и лротивоизносных присадок на трибологические характеристики — критическую нагрузку Рк и нагрузку сваривания Рс литиевых смазок на основе нефтяного масла иллюстрируется данными  6.1.

Наполнители — это высокодисперсные, нерастворимые в маслах материалы, не образующие в смазках коллоидной структуры, однако улучшающие их эксплуатационные свойства. Наиболее распространены наполнители, характеризующиеся низкими коэффициентами трения: графит, дисульфид молибдена, тальк, слюда, нитрит бора, сульфиды некоторых металлов, асбест, полимеры, оксиды и комплексные соединения металлов, металлические порошки и пудры. Влияние природы наполнителя на три- бологическую характеристику Рк литиевых смазок иа основе нефтяного масла иллюстрируется данными  6.2. Влияние концентрации наполнителей на трибологические характеристики Рк и Рс и на антифрикционные свойства (коэффициент трения /) для литиевых смазок иллюстрируется данными  6.3 и зависимостями, представленными на  69 и 70.

Достаточно широко используют в качестве наполнителей оксиды цинка, титана и меди(1), порошки меди, свинца, алюминия, олова, бронзы и латуни, которые обычно замешивают в готовую смазку в количествах от 1 до 30%. Такие наполнители применяют преимущественно для производства резьбовых и уп- лотнительных смазок, а также антифрикционных смазок, используемых в тяжелонагруженных узлах трения скольжения (различного рода шарниры, некоторые зубчатые и цепные передачи, винтовые пары и т.д.). Дискуссионным остается вопрос о целесообразности использования металлоплакирующих смазок в подшипниках качения, особенно в быстроходных и высокой точности исполнения. В большинстве случаев это приводит к отрицательному эффекту.

Эксплуатационные характеристики углеводородных смазок можно улучшить с помощью таких добавок, как природные воски и их компоненты. Например, адгезионные, защитные и низкотемпературные свойства углеводородных смазок обычно улучшают введением в их состав буроугольного и торфяного вос- ков, спермацета ( 6.4 и  71). Эффективность действия природных восков определяется их химическим составом, молекулярной массой и концентрацией в смазках.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ СМАЗОК

 

Смазки систематизируют по различным классификационным признакам: консистенции, составу и областям применения (назначению).

По консистенции смазки подразделяют на полужидкие, пластичные и твердые. Пластичные и полужидкие смазки представляют коллоидные системы, состоящие нз масляной основы и загустителя, а также присадок н добавок, улучшающих различные свойства смазок. Твердые смазки до отвердения являются суспензиями, дисперсионной средой которых служит смола или другое связующее вещество н растворитель, а загустителем — дисульфид молибдена, графит, технический углерод и т. п. После отвердения (испарения растворителя) твердые смазкн представляют собой золи, обладающие всеми свойствами твердых тел, н характеризуются низким коэффициентом сухого трення.

 

СВОЙСТВА СМАЗОК

 

Основные характеристики смазок, по которым судят об нх эксплуатационных свойствах и руководствуются при выборе для конкретных узлов трения, установлены ГОСТ 4.23—71 «Система показателей качества продукции. Нефтепродукты. Смазки пластнчные. Номенклатура показателей». Этот стандарт устанавливает обязательную номенклатуру показателей и признаков качества смазок, которые необходимо включить в НТД при ее разработке. Реологические характеристики (прочностные и вязкостные), водостойкость, испаряемость, окисляемость, антикоррозионные, противоизносные и другие свойства определяют работоспособность смазок. Для определения стабильности вмазок оценивают их коллоидную, механическую, химическую и термическую стабильность.

В процессе изготовления смазок контролируют показатели, определяющие воспроизводимость нх свойств— пенетрацию и температуру ~каплепадения. По содержанию в смазках воды, свободнйх щелочей, кислот н механических прнмесен определяют их пр нщ!ть_ь^л1{шменению. Для смазок выделяют пока- затеЛи~Качества, обязательные для всех видов и -обязательные для отдельных видов. К первым относят внешний вид, содержание воды и механических примесей, испытание на коррозию; ко вторым — температуру каплепадения, предел прочности, вязкость, коллоидную стабильность, механическую и химическую стабильность, термоупрочнение, испаряемость, содержание органических водорастворимых кислот и свободной щелочи, показатель защитных (от коррозии), противоизносных и противозадир- ных свойств, адгезию (липкость) и растворимость в воде.

Смазки занимают промежуточное положение между жидкими и твердыми смазочными материалами. Они представляют собой структурированные коллоидные системы, и нх свойства зависят прежде всего от особенностей трехмерного структурного каркаса, образующегося из дисперсной фазы, который в сво

их ячейках удерживает относительно большое количество (80— 90%) дисперсионной среды. Устойчивость структурированной системы зависит от прочности структурного каркаса, снл взаимодействия между его отдельными частицами и между элементами структурного каркаса н дисперсионной средой на границе раздела фаз, числа контактов частиц каркаса в единице объема, электростатических свойств, критической концентрации ассоциации различных мыл и другие коллоидно-химические факторы.

На устойчивость структурированной системы влияют физико- химические свойства материала, из которого построен каркас, химическая природа окружающей его среды и наличие поверх- иостно-активных веществ, обусловливающих размеры и форму элементов структурного каркаса, а также энергию связей в этой системе.

Смазки выделяют в особый класс реологических тел, для которых характерно сочетание хрупкости, обусловленной разрывом жестких связей в каркасе, и пластичности — способности давать неограниченно большие деформации без потери сплошности (течь подобно жидкости) за пределами критической нагрузки. Значение этой нагрузки зависит главным образом от прочности структурного каркаса, а вязкость дисперсионной среды, как правило, играет относительно небольшую роль.

Непосредственно после приготовления смазок в них преобладает конденсационная структура с большим числом особо прочных связей. При механическом воздействии часть связей необратимо разрушается, поэтому после прекращения механического воздействия и продолжительного отдыха смазки полиостью не восстанавливают свою структуру ( 73), т.е. смазки являются тиксолабильными системами. Однако из-за наличия в смазках большого числа менее прочных, но более подвижных связей, способных к очень быстрому (практически мгновенному) восстановлению, сплошность слоя смазки при течении не нарушается, поскольку места разрывов связей успевают «залечиваться».

Исследованиями структуры смазок в поляризованном свете установлена стабильность во времени застывших картин смазок, что характеризует их как слабо релаксирующие тела с резко выраженной способностью тиксотропного восстановления. Для предельно разрушенных систем тиксотропное восстановление связей является результатом сближения дисперсных частиц загустителя на расстояние, на котором действуют межмолекулярные силы при тепловом движении частиц. Учитывая сказанное выше, к смазкам применимы основные положения, присущие течению вязких жидкостей. Такой подход позволяет оценить структурные превращения в смазках в процессе их деформирования.

При обычных температурах и небольших нагрузках смазки сохраняют приданную им форму (не вытекают из мелкой опрокинутой тары), ие выбрасываются центробежными силами из открытых и слабо герметизированных узлов трения, не сползают с наклонных и вертикальных поверхностей при нанесении их слоем умеренной толщины. При критической нагрузке, превышающей предел текучести (прочность структурного каркаса обычно равна 50—2 000 Па), смазки деформируются и начинают течь как обычные вязкие жидкости. После снятия нагрузки течение смазок прекращается и они приобретают свойства твердого тела.

Смазки отличаются от масел наличием аномального внутреннего трения, их вязкость не описывается законом Ньютона и является функцией не только температуры, но и скорости деформации. Вязкость смазок резко уменьшается при повышении градиента скорости деформации, что также отличает их от масел.

Основные преимущества смазок по сравнению с маслами следующие: способность удерживаться в иегерметизироваиных узлах трения; большая эффективность в работе при одновременном воздействии высоких температур, давлений, ударных нагрузок и переменных режимов скоростей; более высокие защитные свойства от коррозии; повышенная водостойкость; способность обеспечивать лучшую герметизацию узлов трения и предохранять их от загрязнения; значительно меньшая зависимость вязкости от температуры, что позволяет применять их в более широком интервале температур; лучшая смазочная способность; больший ресурс работоспособности и меньший расход. К недостаткам смазок следует отнести более низкую охлаждающую способность, большую склонность к окислению и сложность при использовании в централизованных системах.

Смазки применяют для надежного длительного смазывания узлов трения в случаях, когда применение масел невозможно нз-за отсутствия герметичности, при невозможности пополнения узла трения, а также для уплотнения подвижных и неподвижных соединений и защиты узлов трения от коррозии.

В процессе работы смазка подвергается воздействию повышенных температур, скоростей и нагрузок, а также воздействию различных факторов окружающей среды (кислород воздуха, вода, пары коррозиоиио-активиых соединений, радиация и др.). Это сопровождается термическим разложением, термоокислительными процессами и полимеризацией, которые интенсифицируются деформацией сдвига и каталитическим действием ювенильных поверхностей трения. Все это в совокупности приводит к «старению» смазок и соответственно к ухудшению их эксплуатационных свойств. Расход смазок в процессе работы обусловлен также испарением масляной основы смазок, механической деструкцией загустителя, выделением масла из смазки и вытеканием его из узла трения.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Топлива, смазочные материалы, технические жидкости

 

Смотрите также:

 

Автомобильные пластичные смазки

Автомобильные пластичные смазки. Раздел: Автомобили. В. В. Ваванов. В. В. Вайншток. А.А.Гуреев. «Автомобильные пластичные смазки».

 

Пластичные смазки

Пластичные смазки в СССР. Справочник. Второе издание, переработанное и дополненное.

 

...СВОЙСТВА. литол-24 литиево-углеводородные смазки

Наличие в пластичных смазках структурного каркаса, противостоящего действию нагрузок, присутствие в их составе разнообразных поверхностно...

 

Пластичные смазки антифрикционные, консервационные...

В соответствии с этой классификацией все пластичные смазки разделены на четыре группы: антифрикционные, консервационные, и канатные.

 

Смазка для автомобиля. ТРЕБОВАНИЯ К ПЛАСТИЧНЫМ...

Исходя из рассмотренных условии работы пластичных смазок в автомобильных узлах, универсальная смазка для них должна