Смазочные материалы систем смазки

Область применения смазочных материалов обширна. Правильно выбранный смазочный материал способствует работе механизмов ма­шины в целом с высоким КПД, уменьшает износ трущихся поверхнос­тей деталей, увеличивает срок службы и повышает надежность, пре­дохраняет ее поверхности от коррозии. Жидкие масла, кроме того, уносят часть тепла с нагретых деталей машины, т.е. выполняют функ­ции смазывающих, охлаждающих жидкостей (СОЖ).

В спецификациях конструкций машины в технических условиях на ее эксплуатацию указывают тип и марки используемого смазочного материала.

Выпускаемые промышленностью смазки насчитывают свыше 350 наименований, и список их продолжает пополняться.

Наиболее распространены три вида смазочных материалов - жид­кие минеральные масла, пластичные смазки (консистентные пасты) и твердосмазочные материалы. Для специальных условий работы в ка­честве материалов применяют силиконовые жидкости на основе раз­личных кремнийорганических соединений.

Смазочные материалы подаются к трущимся поверхностям дета­лей машины и ее механизмов, чтобы путем создания смазывающих пленок уменьшить площадь непосредственного контакта поверхнос­тей деталей или полностью избежать его, уменьшив, таким образом, коэффициент трения и связанные с ним потери. Если коэффициент тре­ния смазанных поверхностей находится обычно в пределах от 0,1 до 0,2,то при полном жидкостном трении, т.е. в том случае, когда трущие­ся поверхности разделены смазочным слоем, он не превышает, как пра­вило, величины 0,002–0,01 в зависимости от свойств смазочного мате­риала и условий трения. Смазочная жидкость, протекая между трущи­мися поверхностями, значительно улучшает теплоотвод. Это обеспечи­вает нормальную работу трущейся пары. Сухое трение, которое имеет место при относительном движении несмазанных поверхностей, связа­но со значительным износом в паре трения, и его необходимо избегать.

Основные функции смазочного материала заключаются в следую­щем: обеспечении низкого трения; отводе тепла от трущихся частей; удалении продуктов износа из зоны трения и в предотвращении попа­дания инородных частиц в зазор между поверхностями трущихся дета­лей; защите деталей от коррозии (минеральные масла).

Минеральные масла. Смазочные материалы на минеральной основе используют для смазывания и охлаждения, переноса тепла (теплоноси­тели), в качестве рабочих жидкостей для гидравлических систем и т.п.

Смазочные масла на минеральной основе подразделяют на груп­пы по химическому составу в зависимости от вида сырья, из которого они изготовлены. Масла одинакового состава различают по характеру очистки и способу производства. По условиям использования выделя­ют две основные группы масел - конструкционные и технологические. К первой группе относят моторные, трансмиссионные, компрессор­ные, индустриальные, турбинные, цилиндровые, вакуумные и специ­альные (судовые, приборные, осевые и др.); ко второй - масла, приме­няемые при обработке металлов.

В зависимости от физико-химических свойств установлены сорта масел.

Основными показателями качества масла являются скорость из­носа контактируемых поверхностей деталей, нагрузка, заедание, коэф­фициент трения и приработочные свойства. Вспомогательными харак­теристиками являются: вязкостно-температурная зависимость, хими­ческие свойства (антикоррозийность), вспениваемость, высоко- и низ­котемпературные свойства, окислительная стабильность, диаэрация, совместимость с материалами уплотнений.

Для определения пригодности масла к эксплуатации в условиях пониженной температуры важным показателем является температура застывания, устанавливаемая опытным путем: если форма мениска ис­пытуемого масла при наклоне пробирки диаметром 15-17 мм на 45° не изменяется в течение 1 мин, то температура, при которой масло выдер­живает такое испытание, считают температурой застывания.

Важной характеристикой масла при работе в различных условиях является химическая стойкость, показателями которой являются: кис­лотное число, характеризующее коррозионные свойства; зольность, характеризующая наличие несгораемых веществ в масле; коксовое чис­ло, показывающее способность масла к нагарообразованию; термоо­кислительная способность, характеризующая способность масла к ла-кообразованию.

Под стабильностью масла понимают способность масел проти­востоять окислению при повышенных температурах. К маслам предъ­являются высокие требования в отношении наличия в них механичес­ких примесей (абразив, вода и т.д.), а также антизадирных свойств.

В масла добавляют специальные присадки для улучшения их свойств и пригодности для работы в тяжелых условиях. Присадки мо­гут улучшать те или иные основные свойства масла (вязкость, антикор­розийные, антизадирные, антиокислительные и т.д.) отдельно или некоторые свойства одновременно - многофункциональные присадки. К наиболее распространенным многофункциональным присадкам от­носят АзНИИ - ЦИАТИМ-1, ЦИАТИМ-339, ВНИИНП-360 и другие, которые добавляют в различных количествах в основные масла. Обыч­но количество присадок к маслам не превышает 5-6%.

Замену масел при первом запуске станков осуществляют после 200-1000 ч работы, сроки замены увеличиваются до 2000-5000 ч. Через шесть месяцев следует делать анализ масел для определения их пригод­ности. Идеальные условия эксплуатации масел - при t = 30 -45° С; удовлетворительные - при t = 45 - 55° С; эксплуатация при температуре более 55°С, но не выше 65°С возможна при более частой замене масел.

Пластичные смазки. Основу пластичных смазок составляют мине­ральные масла, загущенные мылами (кальциевыми или натриевыми) нежирных кислот или немыльными загустителями. Эти смазки служат для защиты поверхностей от коррозии и уменьшения потерь на трение в механизмах. Наиболее распространены мыльные смазки (кальцие­вые, натриевые, литиевые, бариевые, алюминиевые и т.д.). Состав за­густителя определяет свойства смазки.

Пластичные смазки обеспечивают следующее: снижение трения и износа в подшипниках оборудования в широком диапазоне темпера­тур при длительной эксплуатации; механическую стабильность (спо­собность сохранить первоначальные свойства после деформирования) и предотвращение попадания воды и абразивных частиц: например, в подшипниках смазка распределяется тонким слоем и образует снаружи уплотнение, препятствующее вытеканию смазки и попаданию загряз­нений (при малых нагрузках консистенция смазки - способность про­тивостоять изменениям формы за счет механического сопротивления -остается почти неизменной); защиту от коррозии, адгезионные свойст­ва; поглощение незначительного количества загрязняющих примесей, не ухудшая функциональных свойств; широкий температурный режим от-70°C до +350°С. Основным фактором, ограничивающим исполь­зование пластичных смазок, является отсутствие отвода тепла.

Теплостойкость, прочность, влагостойкость, стабильность и со­держание механических примесей определяют физико-химические свойства консистентных смазок. Наиболее важной характеристикой является теплостойкость смазок, определяемая температурой каплепадения. Смазки с температурой каплепадения ниже 65°С образуют класс низкоплавких смазок, в диапазоне температур 65- 100°С - класс среднеплавких смазок и выше 100°С - класс тугоплавких смазок.

Способность смазок сопротивляться сдвигу под действием силы называют прочностью. Степень консистенции и прочностные свойства смазок в стандартах и технических условиях иногда характеризуют пенетрацией, причем, чем больше число, тем мягче смазка.

Коррозионные свойства консистентных смазок проверяют по сте­пени их действия на металлические пластинки.

Совместимость пластичных смазок определяется содержанием в них загустителя и присадок. Смазки, которые содержат одинаковый тип мыла, обычно совместимы. Литиевые, например, несовместимы с натриевыми. Поэтому старую смазку перед нанесением новой необ­ходимо полностью удалить.

В станках и другом технологическом оборудовании пластичные смазки в основном применяют для смазывания подшипников, тихо­ходных зубчатых колес, где имеется плохая герметизация.

В узлах всех типов используют ЛИТОЛ-24 - мазь коричневого цвета. Диапазон температур от 40°С до + 130°С.

Для скоростных шпинделей применяют литиевую комплексную смазку ЛКС-2 - мазь от светло-желтого до темно-коричневого цвета. Работает при скоростях до 5 · 10⁵   мм/мин.

Кроме этой для шпинделей используют смазки ЦИАТИМ-221, ЦИАТИМ-202, ВНИИ НП-223 (оптимальная).

Твердые смазки. Смазочные материалы не нефтяного происхожде­ния получают путем синтезирования различных органических и неор­ганических веществ. Наиболее распространены силиконовые (силико­ны) и твердые дисульфитмолибденовые смазки.

Твердые смазки (графит, дисульфит молибдена и др.) имеют широ­кий температурный диапазон, высокую нагрузочную способность, хи­мическую инертность, отсутствие загрязнений, большую долговеч­ность, они не нуждаются в системах подачи смазки и уплотнениях. Не­достатком этих смазок является более высокое трение по сравнению с маслами и отсутствие отвода тепла.

Твердые смазки используют в основном в виде порошков или паст с концентрацией твердых смазок от 20 до 70% общей массы. (В качест­ве жидких компонентов используют минеральные масла.) Наиболее часто применяется графит и дисульфид молибдена. Графит имеет вы­сокие смазочные свойства, которые лучше проявляются в присутствии влаги, он химически стабилен. Дисульфид молибдена обладает очень высокой химической стабильностью, он стоек к большинству кислот, диамагнитен.

Выбор смазочного материала. При выборе смазочного материала нужно учитывать условия эксплуатации смазываемых поверхностей (тепловые, кинематические и силовые условия в контакте). К ним отно­сятся давление, скорость качения и скольжения, температура, материа­лы контактирующих поверхностей деталей, среда, в которой работает узел трения. Для прямозубых цилиндрических и конических передач смазочный материал и способ подвода смазки выбирают в зависимос­ти от типа передачи и окружной скорости. Пластичные смазки исполь­зуют чаще всего в открытых передачах при окружной скорости меньше 4 м/с, а также в условиях, где применение жидких смазочных материа­лов невозможно. Для промышленных закрытых передач с окружной скоростью до 12-15 м/с используют обычно смазку окунанием колес в масляную ванну на глубину примерно 0,75 от высоты зуба. Объем мас­ляной ванны рассчитывают в зависимости от передаваемой мощности (примерно на 1 кВт 0,25-0,75 л). При окружной скорости свыше 15 м/с для снижения потерь на преодоление сопротивлений следует приме­нять струйную циркуляционную смазку. При этом нужно учитывать, что вязкость масла должна несколько понижаться с увеличением окружной скорости.

Рекомендации по выбору смазочного материала в основном зак­лючаются в определении вязкости смазки в зависимости от контактно­го напряжения, окружной скорости и твердости поверхности с после­дующей экспериментальной проверкой работоспособности смазки в узле трения.

Для червячных передач чаще всего используется смазывание окуна­нием червяка или червячного колеса в масляную ванну. Смазочный ма­териал выбирают в зависимости от скорости скольжения в зацеплении и условий работы червячной пары. Для быстроходных передач воз­можно применение масел с антизадирными присадками, в качестве ко­торых используют растительные и животные жиры.

Для подшипников качения используются в основном жидкие сма­зочные масла. Их выбирают с учетом условий работы (скорость, наг­рузка, температура окружающей среды), конструктивных особеннос­тей подшипникового узла и специальных требований, предъявляемых к узлу.

При больших нагрузках и малых скоростях более вязкие масла, например, индустриальные 45, 50, трансмиссионные и др. Для быстро­ходных подшипников нужно применять маловязкие масла для умень­шения потерь на трение, например, МВП (приборное), индустриаль­ные 12, 20, 30, трансформаторное и др.

В ряде случаев при работе узлов в тяжелых условиях (высокая тем­пература 200 - 300°С или большие нагрузки и перепад температур) ис­пользуют масла не нефтяного происхождения - диэфиры, кремний ор­ганические жидкости (полифенилметилсилоксаны, полиэтилсилоксаны и др.), фторуглероды и хлорфторуглероды, обладающие хорошей вязкостно-температурной характеристикой, низкой температурой зас­тывания и высокой температурой вспышки.

Количество подаваемой смазки и способ ее подачи определяют в зависимости от режима работы подшипника качения. Использование жидких масел предпочтительнее, так как они легче проникают к повер­хностям трения. Однако в труднодоступных местах, а также в целях увеличения сроков возобновления смазки в конструкциях опорных уз­лов предусматривается использование пластичных смазочных матери­алов (мази и пасты): 1-ЛЗ, ЦИАТИМ-201, 203, 221, 221С, ВНИИНП-242 и др. Консистентные смазки в узел обычно набивают на 1/3 свобод­ного пространства корпуса. Предельная температура использования смазок при работе узла должна быть на 20 — 30°С ниже температуры каплепадения смазки.

По техническим условиям на работу узла иногда не допустимо ис­пользование жидких или консистентных смазок (вакуум, агрессивные среды). В этом случае применяют либо твердые смазочные покрытия, либо самосмазывающиеся материалы. Наиболее известны твердые смазки - графит, МоS₂ и пленки из никеля, кобальта, серебра, золота, индия, а из самосмазывающихся материалов - ВАМК-1, ВАМК-21, фторопласт-4.

Для цепных передач применяют обильное смазывание, которое сравнительно легко осуществляется. В закрытых передачах оно умень­шает износ шарниров и увеличивает долговечность цепей. Смазку нужно подавать с внутренней стороны цепи вблизи приводной звез­дочки. В зависимости от скорости цепи используют следующие спосо­бы подвода смазки: ручной (для скоростей цепи V_ц <2 м/с), ка­пельный V_ц<4 м/с, окунанием(для скоростей цепи V_ц < 8 м/с), полива­нием (для скоростей цепи V_ц < 12 м/с), циркуляционный (для скоростей цепи V_ц < 15 м/с) и струйный от насоса (для скоростей цепи V_ц>12м/с).

Для легконагруженных цепных передач применяют пластичные смазки. Рекомендуется применять пластичные смазки с температурой каплепадения в диапазоне от 50 до 100°С.

Если по условиям работы цепной передачи жидкие или пластич­ные смазки недопустимы, то применяют твердые смазки - графит, ди­сульфид молибдена в порошкообразном состоянии.

Из жидких масел рекомендуются чистые нефтяные масла - индуст­риальное 20, 30, 45, цилиндровое (легкое) 11; из пластичных смазок (для работы цепи во влажной среде) рекомендуются солидолы: УС-1, УС-2, а для работы при отсутствии влаги и повышенной температуре - консталины.

В таблице 4.1 приведены характеристики наиболее часто применя­емых смазок.

В многошпиндельных головках, редукторах технологического обо­рудования применяется циркуляционный способ смазки с ее подачей в зону зацепления зубчатых колес при окружных скоростях свыше 15 м/с.

К косозубым зубчатым колесам смазочный материал подводится со стороны входа зубьев в зацепление, к подшипникам качения - с внешней стороны. Для смазывания упорных подшипников следует предусматривать специальные канавки, выточки, через которые будет поступать смазочный материал, так как из-за малых зазоров его прока­чивание через упорный подшипник в большинстве случаев практичес­ки невозможно.

Смазывание погружением и разбрызгиванием используется при окружных скоростях вращения зубчатых колес до 15 м/с и червяков -до 10 м/с в зубчатых и червячных передачах.

На рис.4.1 указаны рекомендуемые уровни масла при смазывании погружением зубчатых колес и подшипников. При этом забор масла должен происходить из зоны, где не могут скапливаться выпадающие осадки (рис.4.2). Жидкий смазочный материал - при температуре опо­ры до 120°С, а некоторые специальные сорта смазочного материала до­пускают работу при температуре до 150...160°С. При температурах больших или равных 150...160°С, рекомендуется применять твердые смазочные материалы. В скоростных наружных механизмах пополне­ние количества смазочного материала должно происходить через 3...4 месяца, а через год его нужно менять. В общем случае применение пластичного смазочного материала рекомендуется в неответственных передачах при хорошем доступе к механизму.

Пластичные смазочные материалы в подшипниках используются при температурах до 100°С и скоростях до 10 м/с.

Рис.4.1. Уровни жидкости при смазке разбрызгиванием: а - цилиндрическая зубчатая передача; б - коническая зубчатая передача; в - шариковый подшипник

Рис.4.2. Расположение подшипникового узла в зоне выпадения осадков из смазки: а - нерекомендуемое; б – рекомендуемое

Особенности густых смазочных материалов по химической реак­ции должны учитываться конструкторами при проектировании меха­низмов. Недопустимо применение натриевых смазочных материалов при возможности их контакта с водой или водными эмульсиями, так как они смываются. Солидолы нечувствительны к воде, и именно их рекомендуется использовать в этих местах.

Комбинированные и специальные способы смазывания (масля­ным туманом) допускают скорости вращения до 15 м/с и в отдельных случаях - до 30 м/с.

При смазывании подшипников качения масляным туманом опти­мальной величиной подачи масла является 1..2 капли в минуту при час­тоте вращения около 10000 мин^-1 .