Глава 15

СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ОХЛАЖДАЮЩИЕ

ЖИДКОСТИ

§ 1. Общие сведения о трении и смазочных

материалах

Сопротивление, которое возникает при относительном перемеще- нии одного тела по другому, называется трением движения. Причинами трения являются срезание (скалывание) выступов соприкасающихся поверхностей и молекулярное взаимодействие этих поверхностей в точ- ках их контакта. Трение движения в большинстве случаев сопровожда- ется износом трущихся поверхностей, что приводит к увеличению зазо- ра в сопряжении. Последнее обстоятельство, в свою очередь, вызывает стуки при работе машины и дальнейший прогрессирующий износ де- талей.

На преодоление трения затрачивается механическая энергия, кото- рая превращается в теплоту, в результате чего детали нагреваются.

Износ трущихся деталей и выделение теплоты — вот основные яв- ления, вызываемые трением движения. В зависмости от условий и ви- дов трения каждое из этих явлений имеет большее или меньшее зна- чение.

Трение движения в сопряжениях может быть двух видов: трение скольжения и трение качения. В зависимости от условий смазки различают трение без смазки, возникающее между двумя твер- дыми телами при отсутствии на поверхностях трения введенного сма- зочного материала; жидкостное трение, представляющее собой сопро- тивление относительному перемещению между двумя телами, разде- ленными слоем жидкости, в котором проявляются ее объемные свойства; граничное трение, которое появляется между двумя твердыми те- лами при наличии на поверхностях трения слоя жидкости, обладающе- го свойствами, отличающимися от объемных.

Смазочные жидкости (масла) служат для того, чтобы снизить за- траты мощности на трение, уменьшить износы деталей, отвести теплоту, выделяющуюся при трении. Кроме того, масло смывает с трущихся поверхностей продукты изнашивания и всевозможные загрязнения, пре- дохраняет эти поверхности от коррозии, а в отдельных случаях уплот- няет подвижные сопряжения деталей. Одним из важных свойств мас- ла является маслянистость, то есть его способность растекаться по по- верхности металла и образовывать на этой поверхности плотно при- стающую к ней непрерывную и неразрывную (даже при значительном давлении) пленку.

Сущность и законы жидкостного трения были открыты профессо- ром Н. П. Петровым. Он установил, что движение масла в подшипни- ке полностью подчиняется законам гидродинамики. Поэтому разрабо- танную им теорию жидкостной смазки называют гидродинамической теорией смазки.

Основные положения гидродинамической теории смазки заключа- ются в следующем. Когда вал (рис. 150, а) не вращается (находится в состоянии покоя), он опирается на подшипник, следовательно зазора

п. о п- неделимо п-большое п—^

Рис. 150. Образование масляного клина при вращении вала в подшипни' ке скольжения.

между соприкасающимися поверхностями вала и подшипника нет (Амин=0). При вращении вала в подшипнике первые слои масла, проч- но прилипшие к поверхности вала, увлекают за собой следующие. При- шедшие в движение частицы масла под действием сил трения между слоями перемещаются из широкой части зазора в узкую (рис. 150,6). В результате этого в области, где зазор наименьший (Амии), в масля- ном слое возникает повышенное давление, под действием которого вал как бы всплывает и лежит на масляной подушке.

С увеличением относительной скорости перемещения поверхностей (частоты вращения вала) все большее количество масла втягивается в клиновое пространство, увеличивая тем самым давление в масляном слое. В соответствии с этим все в большей степени вал стремится за- нять центральное положение в подшипнике (рис. 150,в, г), и значение зазора Амин возрастает.

Когда наименьшая толщина масляного слоя станет больше, чем суммарная высота шероховатостей поверхностей вала и подшипника, вместе взятых, касание поверхностей прекратится и возникнет жидко- стное трение.

Масляный клин может образовываться и при движении одной сма- занной плоской поверхности по другой, если имеется клиновидный за- зор между поверхностями и относительная скорость их перемещения достаточно велика.

Несущая способность масляного слоя, его толщина и, следова- тельно, надежность обеспечения жидкостного трения возрастают с по- вышением вязкости масла, с увеличением скорости движения трущихся поверхностей и с уменьшением нагрузки на эти поверхности. Однако с увеличением вязкости масла и скорости движения поверхностей воз- растают и потери на трение.

При выдавливании масла из зазора между деталями на их по- верхности остается тончайший слой масла толщиной в одну или не- сколько молекул, который силами молекулярного притяжения прочно связан с поверхностью деталей. В этом случае возникает граничное трение.

При жидкостном трении потери энергии на трение и износ деталей наименьшие. Но условия, которые требуются для жидкостного трения, могут быть созданы только в некоторых подвижных сочленениях, и то не во все периоды их работы. Многие сочленения двигателя, например поршневой палец — втулка верхней головки шатуна, поршневой па- лец— бобышки поршня, поршень—цилиндр, работают в условиях гра- ничного трения. Естественно, что долговечность деталей подвижного сочленения, работающих при граничном трении, уменьшается.

Для достижения возможно более надежной и длительной работы механизмов трактора и автомобиля смазочные масла должны удовлет- ворять ряду эксплуатационно-технических требований:

1. иметь оптимальную вязкость на всех эксплуатационных режи- мах;

2. обладать высокой маслянистостью и необходимой противоокис- лительной устойчивостью (химической стабильностью);

3. не вызывать и не способствовать коррозии деталей;

4. не содержать свободных минеральных кислот и щелочей, воды и механических примесей.

Масла в двигателе подвергаются воздействию высоких темпера- тур, поэтому нужно, чтобы они обладали высокой температурой вспыш- ки и малой испаряемостью.

Кроме того, масла должны вымывать нагар и другие примеси из зазоров между трущимися поверхностями деталей, то есть иметь хоро- шую «моющую» способность.