Топливо дизельное А-0,4 ГОСТ 305-82. 4 страница

ронеровности контактируемых поверхностей отрывают микрочасти-

цы, вызывая изменение чистоты и размеров поверхностей трения.

При увеличении нагрузки и значительном разрушении гранич-

ной пленки резко возрастают удельные давления и силы трения на

участках разрушенной граничной пленки. Выделяемая в результате

возросшего трения теплота может разогреть металлы до температуры,

при которой между поверхностями трения образуются мостики свар-

ки. Последующее разрушение этих мостиков происходит не по зоне

первоначального контакта, а осуществляется на некоторой глубине,

что приводит к повреждениям поверхностей. Происходит перенос

металла с одной детали на другую. Такое явление называют задиром.

Чистота обработки и геометрия деталей изменяются. Во время задира

происходит как бы схватывание и заедание деталей. Явления задира

и схватывания имеют тенденцию к прогрессированию, силы, препят-

ствующие взаимному перемещению поверхностей, возрастают на-

столько, что взаимное перемещение деталей может прекратиться,

произойдет заедание.

Абразивный износ является разновидностью механического из-

носа, возникает в результате воздействия на поверхность трения

твердых инородных частиц.

Химический износ вызван тем, что на поверхности трения гра-

ничные пленки истираются и вновь создаются из частиц свежего мас-

ла. На восстановление граничных пленок расходуется не только мас-

ло, но и часть металла трущейся поверхности, то есть происходит из-

нос, так как возникает химическая реакция с образованием пленки из

новых соединений металла с хлором, фосфором, серой.

Коррозионно-механический (окислительный) износ. Является

разновидностью химического износа. Возникает за счет истирания пле-

нок, образующихся на поверхности металла вследствие воздействия на

них коррозионно-агрессивных веществ, в том числе и кислорода воздуха.

Эрозионный износ осуществляется под действием струй жидко-

сти или газа на детали механизмов.

Кавитационный износ происходит за счет образования в жид-

костях пузырьков или каверн в результате местного понижения дав-

ления. Перемещаясь в область с более высоким давлением, пузырек

захлопывается, излучая ударную волну, и на твердых поверхностях,

контактирующих с пузырьком, возникает местный износ – кавитаци-

онные каверны. В автомобилях кавитационному разрушению под-

вержены рабочие колеса (крыльчатки) водяного насоса системы ох-

лаждения двигателя.

Усталостный износ возникает при достаточно длительном воз-

действии знакопеременных нагрузок. В узлах машин, подверженных

знакопеременным нагрузкам, постепенно появляются трещины, из-за

них узел теряет несущую способность и разрушается.

Однако по условиям работы смазочных материалов наибольшее влия-

ние они оказывают на механический, абразивный и химический виды износа.

Сила притяжения пленки масла к смазываемой поверхности, ее

толщина и прочность зависят от свойства масла и активности металла.

Активность металла определяется его видом, характером обработ ки и

степенью пористости. Оптимальная шероховатость трущихся деталей

способствует созданию достаточного запаса масла в граничной пленке.

Чрезмерное увеличение чистоты обработки поверхностей, работающих

в режиме граничного трения, может привести к повышенному износу и

появлению заедания и схватывания деталей, так как тщательно обрабо-

танные поверхности приводят к уменьшению масляной пленки.

Увеличение граничной масляной пленки можно получить созда-

нием микровпадин – масляных резервуаров на поверхности трения.

Роль таких резервуаров могут выполнять регулярно расположенные

канавки, с заданной геометрией полученные в результате вибрацион-

ной обработки поверхности шариком или алмазным наконечником.

Износ деталей возрастает как при увеличении, так и уменьше-

нии шероховатости ее поверхности.

При увеличении шероховатости поверхность может удерживать

много масла, но площадь контакта поверхностей трения мала. В ре-

зультате в местах наибольших неровностей возникают большие

удельные давления, которые граничная пленка не выдерживает, раз-

рушается и происходит повышенный износ деталей.

При уменьшении шероховатости площадь контакта поверхно-

стей трения увеличивается, удельное давление уменьшается, но мас-

ляная пленка содержит недостаточное количество масла, в результате

чего также возникает повышенный износ деталей (рис. 7.5).

Из графика видно, что для каждых контактных пар трения нуж-

на своя, оптимальная по форме и размерам шероховатость поверхно-

стей. Для уменьшения износов применяют покрытия поверхностей

трения твердыми трудно изнашиваемыми материалами, а для увели-

чения масляного слоя их специально обрабатывают или придают по-

ристость. В частности пористому хромированию подвергают рабочие

поверхности верхних компрессионных колец, а гильзы цилиндра

плосковершинному хонингованию.

180

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

Шероховатость, мкм

Рис. 7.5. Зависимость износа от шероховатости

При плосковершин-

ном хонинговании мик-

ропрофиль зеркала ци-

линдра создается в два

приема. Сначала хонин-

гование проводится

крупнозернистыми ал-

мазными брусками, кото-

рые исправляют геомет-

рические отклонения

формы отверстий цилин-

дра и создают поверх-

ность с глубокими рис-

ками для размещения

смазки. За счет враща-

тельного и возвратно-поступательного движения хона шероховатость

поверхности трения уменьшается, одновременно создаются глубокие

риски для увеличения масляного слоя. Хонинговочные риски 1 пере-

секаются под определенным углом и создают поверхность с рисками

в виде сетки. На втором этапе брусками меньшей зернистости сгла-

живаются острые вершины микропрофиля, появившиеся после пер-

вой операции, в результате чего увеличивается опорная поверхность

трения 2 (рис. 7.6). Шероховатость поверхности трения уменьшается,

в то же время сохраняются глубокие риски для увеличения масляного

слоя.

1 2

Рис. 7.6. Профиль поверхности гильзы после плосковершинного хонингования:

1 – хонинговальные риски; 2 – опорная поверхность трения

7.5. Технико-экономические требования к маслам

Требования к автомобильным маслам:

– разделять трущиеся детали надежным масляным слоем, обес-

печивающим жидкостное трение;

– в особо трудных условиях создавать на трущихся деталях

прочную масляную пленку, обеспечивающую граничное трение;

– удерживаться длительное время на поверхности неработаю-

щих деталей для предохранения их от коррозии и износа последую-

щего пуска;

– не изменять длительное время своих свойств, как в процессе

работы, так и хранения;

– обеспечивать минимальную зависимость эксплуатационных

показателей от температуры;

– отводить тепло от трущихся деталей;

– обладать способностью смывать с трущихся поверхностей

продукты износа и легко отделяться от них;

– уплотнять зазоры между поверхностями трения;

– обладать высокой экономической эффективностью;

– обладать минимальной токсичностью и пожарной безопасностью.

Это общие требования к смазочным маслам, они уточняются,

когда масло подбирается для конкретных деталей и механизмов, ра-

ботающих в определенных условиях.

К маслам для двигателей внутреннего сгорания дополнительно

предъявляются следующие требования:

– быть химически устойчивыми при повышенной температуре;

– образовывать при сгорании минимальное количество нагара.

Специфические требования трансмиссионных масел обусловлены

тем, что в местах контакта зубьев шестерен развиваются большие

удельные давление и высокая температура. Поэтому эти масла должны:

– обладать высокими противоизносными и противозадирными

свойствами.

– не вызывать химический износ деталей.

7.6. Физико-химические свойства масла,

характеризующие его эксплуатационные качества

Эксплуатационные качества автомобильных масел зависят от их

физико-химических свойств и сформулированы в соответствии с на-

значением и технико-экономическими требованиями.

Поскольку одно эксплуатационное качество масла зависит от не-

скольких показателей физико-химических свойств и наоборот, то все по-

казатели физико-химических свойств можно разделить как влияющие на:

– смазывающие и вязкостно-температурные качества масла;

– образование нагара и отложений в двигателе и агрегатах

трансмиссии;

– коррозионный износ деталей;

– контрольные показатели, дополнительно характеризующие

продукцию разных партий и заводов.

7.6.1. Показатели, характеризующие смазочные

свойства масел

Современные автомобильные масла – это смесь-раствор масля-

ной углеводородной основы с присадками и добавками. Смазочные

свойства характеризуются способностью масла образовывать проч-

ные масляные пленки на трущихся поверхностях, т.е. способность

масла прилипать к трущимся поверхностям. В современном понима-

нии смазочные свойства масел проявляются в трех видах: механиче-

ском, физическом и химическом.

Механические смазывающие свойства масла, прежде всего, за-

висят от вязкости масляной углеводородной основы и проявляются

при гидродинамическом режиме смазки (ГДРС), который характери-

зуется наличием между трущимися поверхностями относительно

большого слоя масла, обладающего объемными свойствами. При

ГДРС собственно смазочные свойства масла не существенны и могут

отсутствовать полностью, так как величина трения определяется

главным образом вязкостью смазки, то есть внутренним трением в

самой жидкости.

Физические смазывающие свойства масла проявляются при гра-

ничном режиме смазки и заключаются в способности масла образовы-

вать на поверхностях трения адсорбированные пленки. В создании ад-

сорбированной пленки участвуют межмолекулярные физические си-

лы. Эти силы зависят от свойств масла и свойств смазываемой поверх-

ности. Между молекулами смазки и металла возникают силы взаимно-

го притяжения, которые складываются из трех сил: дипольного взаи-

модействия, индукционного взаимодействия и дисперсионных сил.

Дипольное взаимодействие возникает в молекулах, имеющих

распределенные жестко фиксированные заряды. При сближении та-

кие молекулы ориентируются и притягиваются разноименными заря-

дами (рис. 7.7).

Индукционное взаимодействие возникает в случае, если диполь-

ная молекула контактирует с молекулой, у которой электрические за-

ряды подвижны. Под влиянием дипольной молекулы эти заряды пе-

рераспределяются, и впоследствии возникает взаимодействие, анало-

гичное дипольному (рис. 7.8).

a) б)

Рис. 7.7. Схема дипольного

взаимодействия:

а – сближение; б – контакт

Дисперсионные силы по сравнению

с дипольными и индукционными являют-

ся на два порядка более сильно- и даль-

нодействующими. Особенностью диспер-

сионных сил является их свойство увели-

чиваться с ростом массы взаимодейст-

вующих частиц. При дисперсионном воз-

действии одновременно действуют силы

притяжения и отталкивания между ядра-

ми и электронными оболочками атомов.

Под действием этих сил молекулы сбли-

жаются до соприкосновения полей электронных оболочек, после этого

силы отталкивания становятся больше

сил притяжения.

На поверхности металла адсор-

бированные молекулы масла строго

ориентированы и жестко зафиксиро- Рис. 7.8. Схема индукционного

взаимодействия

ваны в пространстве, поэтому адсорбированную пленку можно ус-

ловно рассматривать как кристаллическое состояние масла, отли-

чающееся от его состояния и поведения в объемах. Адсорбированные

молекулы на поверхности металла объединяются друг с другом как

вдоль оси с образованием длинных, гибких цепочных структур, так и

в направлении, перпендикулярном оси молекул, образуя конгломера-

ты в виде пластин. Масляная пленка, образованная из таких объеди-

нений, обладает малым сопротивлением скольжению (сдвигу) парал-

лельно слоям и большим сопротивлением в направлении, перпенди-

кулярном поверхности трения, то есть нормальной нагрузке. Поэто-

му, такая граничная пленка обладает высокой несущей способностью

и малыми потерями на трение. Толщина и стабильность граничной

пленки зависят от дипольного момента и размеров полярно-активных

молекул масла.

Химические смазывающие свойства масла заключаются в его

способности создавать на поверхности трения хемосорбированные

пленки. В создании хемосорбированной пленки участвуют внутри-

молекулярные химические силы. Присутствие в смазочных материа-

лах химически активных веществ обеспечивает, при определенных

условиях, их химические реакции с твердой поверхностью и образо-

ванием на ней устойчивых химических соединений этих веществ с

металлом в виде хемосорбированной пленки.

Для усиления смазочных свойств моторных масел в них вводят

антифрикционные, противоизносные и противозадирные присадки.

Антифрикционные присадки чаще всего в своем составе содер-

жат олеиновую и стеариновую кислоту или эфиры различных кислот.

Противоизносные и противозадирные присадки образуют на

поверхностях трения адсорбированные, а в основном хемосорбиро-

ванные пленки, способные сглаживать микровыступы на поверхно-

стях трения. Эти присадки в зависимости от свойств граничной плен-

ки подразделяют на изнашивающие и пластическо-деформирующие.

Изнашивающие присадки образуют пленки меньшей прочности

основного металла, что обеспечивает их механическое отделение от

металла, происходит "выглаживание" поверхности с последующим

удалением продуктов износа циркулирующим маслом. Этот процесс

происходит постоянно, присадки значительно уменьшают износ, но

не устраняют его полностью.

Пластическо-деформирующие присадки создают пленку, меха-

ническое отделение которой от металла невозможно, в зоне микроне-

ровностей она не разрушается, а пластически деформируется, сгла-

живая без существенного механического износа трущуюся поверх-

ность. Процесс пластического деформирования происходит только в

зоне высоких нагрузок, так как он обладает избирательностью по на-

грузке и обеспечивает практически безызносное сглаживание микро-

шероховатостей. Это свойствоособенно ценно при "обкатке" и "при-

работке" новых деталей.

Есть отдельная группа присадок, которую называют модифика-

торами трения. Они представляют собой коллоидные дисперсии не-

растворимых в масле твердых смазок, таких как дисульфид молиб-

дена, графита и др.

Дисульфид молибдена МоS2 относится к группе твердых смазок,

имеющих слоистое строение и высокую адгезионную способность.

Благодаря этим свойствам, на поверхности металла создается прочная

пленка, обеспечивающая уменьшение потерь на трение, предотвра-

щающая износ деталей даже в режиме "масляного голодания".

Принципиально новым методом снижения потерь на трение и

износ деталей двигателя является метод введения в моторное масло

добавок, состоящих из мягких металлов и твердых смазочных мате-

риалов на основе полимеров. Это может быть смесь мелкодисперсных

порошков серебра, углерода, карбида кадмия и политетрафторэтиле-

на, которая за пробег приблизительно 5000 км создает на внутренних

поверхностях трения механически и химически устойчивую пленку.

Известны добавки, обеспечивающие восстановление изношен-

ных поверхностей. Они представляют дисперсию микрочастиц меди,

цинка, серебра и других веществ в масле. В зонах наибольших нагру-

зок микрочастицы осаждаются и компенсируют увеличение зазора,

тем самым создавая эффект "безызносного" трения.

Общую оценку смазочных свойств масел в лабораторных усло-

виях проводят на четырехшариковой машине трения (рис. 7.9). Ос-

новным элементом машины является узел трения, представляющий

пирамиду из четырех контактирующих друг с другом стальных ша-

риков (сталь марки ШХ-15). Три нижних неподвижных шарика закре-

плены горизонтально в резервуаре с испытуемым маслом, верхний

шарик закреплен по центру во вращающемся шпинделе машины и

может прижиматься к нижним с переменным усилием. При каждом

испытании все шарики заменяют на новые. Вращение шпинделя осу-

ществляется через муфту предельного момента.

Показатель износа, кри-

тическую нагрузку и индекс задира

определяют по среднему диаметру

пятен износа каждого из трех ниж-

них шариков, нагрузку сваривания

– по наименьшей величине усилия

(нагрузки), при которой про-

исходит автоматическая остановка

машины или сваривание шариков.

Продолжительность испы-

Рис. 7.9. Четырехшариковая

машина трения

таний составляет 10 мин при опре-

делении критической нагрузки, на-

грузки сваривания и индекса зади-

ра и 60 мин – для определения показателя износа.

Показатель износа характеризует влияние качества масла на из-

нос трущихся поверхностей при постоянной нагрузке, меньше крити-

ческой. Определяется в миллиметрах как среднее арифметическое

значение диаметров пятен износа нижних шариков.

Критическая нагрузка характеризует способность масла предот-

вращать возникновение задира трущихся поверхностей. Это предель-

ная нагрузка, при которой средний диаметр пятен нижних шариков

находится в пределах значений величины предельного износа при за-

данной нагрузке.

Индекс задира характеризует способность масла снижать по-

вреждения трущихся поверхностей из-за задира. Это безразмерная

величина, вычисленная по результатам измерения износа шариков от

начальной нагрузки до нагрузки сваривания.

Нагрузка сваривания характеризует предельную работоспособность

смазочного материала в условиях испытания. Определяют как минималь-

ную нагрузку, при которой происходит автоматическая остановка маши-

ны при достижении момента трения 12 Н⋅м или сваривание шариков.

Лабораторные методы оценки смазочных свойств масел дают ре-

зультаты, в ряде случаев значительно расходящиеся с эксплуатацион-

ными. Происходит это потому, что в реальных машинах применяют ста-

ли с различно подготовленными поверхностями трения, и условия испы-

таний отличаются от лабораторных. Лабораторные испытания исполь-

зуют для сравнительной оценки и предварительного подбора масел.