Смазка и смазочные действия

Современные конструкции подшипников, смазываемых газом под давлением, представляют собой совершенные устройства, работающие как в гидростатическом, так и в гидродинамических режимах. Их важнейшее достоинство это низкие потери на трение и способность воспринимать нагрузку, если даже относительная скорость перемещения поверхностей равна нулю.

Рисунок 3 — Конструктивные схемы газовой смазки:

а - подшипники (1- гайка; ,2 - корпус подшипника; 3 - вкладыш;

4 - буртик; 5 и 7 - диски; б - прокладка; 8 и 9 - сверления);                       б - газостатического (гидростатического) подпятника. [7 ]

К недостаткам следует отнести то, что их несущая способность практически ограничена удельными давлениями в несколько атмосфер. Значительную трудность представляет также исключительно точная сборка узлов газовых подшипников и соблюдение при этом зазоров [6].  В отличие от гидростатической смазки, при которой давление смазочном слое обусловлено внешней причиной давлением подачи, а сила трения градиентом давления, гидродинамическая является результатом относительного перемещения поверхностей и устанавливается движением газа в смазочном слое. Скорость относительного перемещения поверхностей, изменяющая толщину смазочного слоя, обусловливает также возникновение сил трения, которые приводят к перераспределению давлений и обеспечивают несущую способность подшипника. Подшипники с гидродинамической газовой смазкой имеют повышенный коэффициент трения в моменты пуска и остановки. В эти же моменты могут наблюдаться и повышенные и износы контактирующих деталей.

 

  2.9 Граничная смазка

  При толщине масляной пленки меньше 0,1 мм, что может быть вызвано повышением температуры смазки, увеличением нагрузки или уменьшением скорости, она изменяет свои, свойства и значительно отличается от смазки в объеме. Это объясняется тем, что коэффициент трения не зависит от вязкости смазки, на главное влияние оказывает ряд других факторов, объединенных щам названием маслянистость смазки. Под маслянистью. Б. В. Дерягин [4] понимает способность обеспечивать лучшее смазочное действие в условиях, когда смазочная прослойка достаточно тонка и ее действие не определяется только вязкостью.

Рисунок 5 — Механизм перехода от граничной смазки к гидродинамической режиму (по А. С. Ахматову). [8]

Явление маслянистости изучалось А. С. Ахматовым, Б. Г. Дерягиным и многими другими исследователями. Установлено, что вязкость и другие свойства жидкой смазки меняются по мере удаления от металлической поверхности скачкообразно, т. е. существует резкая граница между пленкой и остальным объемом смазки. Это объясняется тем, что в граничных пленках адсорбированные молекулы мазки строго ориентированы в отличие от хаотического их расположения в объеме жидкости. Качество граничных пленок улучшается при возрастании длины молекул.

Установлено также, что толщина граничных масляных пленок с особыми свойствами значительно превышает толщину мономолекулярного слоя. Это обстоятельство привело к разработке модели полимолекулярного граничного слоя. Схема постепенного перехода от граничной смазки к гидродинамическому режиму (рис. 5) разработана А. С Ахматовым [8 ].

Описанная схема позволяет рассматривать граничный слой как квазитвердое и квазиупругое тело.

 

 

3 Смазочные действия

3.1  Клиновое действие смазочного слоя

Источником «подъемной силы», отделяющей вал от подшипника, очевидно, может служить только смазочные слои масла, заполняющий зазор. В этом и лежит  ключ к объяснению самого явления . Чтобы понять это явление, рассмотрим более подробно на рис. 1, что происходит, когда внутри подшипника В вращается цилиндрический вал С, ось которого О расположена на некотором расстоянии от оси подшипника О. [4]

Рисунок 6 — Трения в цилиндрическом подшипнике скольжения [4]

Поверхность вала, увлекая слои смазки, заставляет их участвовать в своем вращательном движении. Скорости движения масляных слоев при этом постепенно убывают от максимальной (на поверхности вала) до равной нулю (в непосредственном соседстве с поверхностью подшипника). чае, близком к случаю параллельных пластинок. Действительно, если бы профиль скоростей был везде прямолинейным, то средняя скорость течения масла в зазоре была бы во всех его сечениях одинаковой и равной половине скорости v движения точек на поверхности вала. Очевидно, объем жидкости, который при этом проходил бы через какое-либо поперечное сечение зазора в единицу времени и равнялся площади зазора, умноженной на среднюю скорость течения в нем, был бы неодинаков в различных сечениях. Он был бы наименьшим в минимальных по ширине сечениях зазора и наибольшим в сечениях зазора, максимальных по ширине. Это, однако, невозможно, потому что в таком случае количество жидкости, втекающей в пространство между двумя сечениями зазора через одно из них (А2А2), было бы больше количества жидкости, вытекающей из этого же объема за то же время через другое сечение (А1А1). Жидкость должна была бы непрерывно накапливаться в этой части зазора, что невозможно. это несоответствие приводит к тому, что в тех местах, где по ходу вращения вала зазор сужается, развивается           повышенное давление. Повышенное давление уменьшает приток жидкости со стороны широкого сечения и увеличивает отток со стороны более узкого. Наоборот, в тех местах где по ходу вращения вала зазор расширяется, образуется зона пониженного давления жидкости.

В результате этого поверхность вращающегося вала оказывается под действием дополнительных сил, на одних участках направленных к центру вала (F1), на других - от центра (F2). Эти силы, будучи направлены    перпендикулярно к поверхности вала, не могут непосредственно изменить сопротивление его вращению и вязкой жидкости. Однако эти силы стремятся переместить расположение оси вращения вала, поэтому вал покидает под их действием то наинизшее положение внутри подшипника, которое он занимал бы, если бы находился только под действием собственного вала или нагрузки, которую несет. Из рис. 6 следует, это вал должен переместиться по направлению его Вращения (указанному стрелкой), т. е. влево по ходу вращении. Это обстоятельство весьма существенно. Действительно, под действием только сил трения, которые принимают наибольшую величину там, где зазор узкий, вал стремился бы перемещаться в противоположную сторону, как бы катясь по внутренней поверхности подшипника. И действительно, такие перемещение вала в сторону, противоположную направлению вращения, можно наблюдать, когда зазор между валом и подшипником не заполнен вязкой жидкостью, способной давать начало действующим на поверхность вала дополнительным давлениям, зависящим от вязкости жидкости. Наблюдаемое на практике смещение вала влево, т. е. по ходу вращения, для случая смазанного подшипника служит, таким     образом, замечательным и весьма убедительным подтверждением правильности излагаемых соображений.

В присутствии смазочной прослойки силы трения, направленные вдоль участков поверхности вала навстречу направлению его вращения, не исчезают и имеют большую величину в нижней части поверхности вала, т. е. там, где зазор белее тонок. Если вал все же движется в сторону вращения, то это происходит потому, что силы, возникающие от непосредственного действия внутреннего трения смазочной прослойки, оказывают меньшее влияние, чем силы давления, выражающиё косвенный результат действия сил внутреннего трения в смазочной прослойке. [4]

 

3.2 Смазочное действие мономолекулярных слоев органических соединении

Сила трения резко меняется при самых ничтожных загрязнениях поверхности. Только при исключительно тщательной очистке стальных поверхностей коэффициент трения между ними принимает значение, приблизительно равное 0,7-0,8. Достаточно поместить вблизи этих      поверхностей какое-нибудь летучее органическое вещество, например валерьяновую или уксусную кислоту, как коэффициент трения начнет быстро падать и достигает через

Рисунок 7 — Молекулярный ворс [4]

некоторое время значения около 0,2. Падение коэффициента трения объясняется тем, что молекулы жирной кислоты, испаряясь и диффундируя через воздух, попадают в сферу молекулярного притяжения металлических поверхностей и покрывают их тончайшим слоем.

Толщина слоя, полученного таким путем - улавливанием молекул паров из воздуха, редко превышает  толщину одного слоя молекул, плотно покрывающих поверхность и расположенных своими длинными осями перпендикулярно к ней. Этот ориентированный монослой, или «молекулярный ворс» (рис. 7), несмотря на ничтожную толщину (порядка одной - двух миллионных долей миллиметра), способен уменьшать коэффициент трения в несколько раз. Такие мономолекулярные слои органических молекул, резко понижая коэффициент трения, одновременно способны уничтожать скачки при скольжении. Последнее действие адсорбционных слоев указывает На то, что в их присутствии коэффициент трения перестает заметно увеличиваться с продолжительностью контакта. это обстоятельство, по-видимому, связано с прекращением непосредственного металлического контакта, что затрудняет миграцию атомов металла под действием Взаимного притяжения обеим поверхностей. Сказывается и то, что смазочное действие молекулярного ворса улучшается с повышением продолжит цельности контакта. Молекулярные слои смазки можно наносить на поверхность не только посредством паров органических веществ, но и другими способами. Например, можно покрывать поверхность сравнительно толстым слоем жирной кислоты или металлического мыла (про унта ее взаимодействия с металлом), после чего стереть мягким материалом (чистым полотном) избыток веществ. При тщательном стирании избытка вещества поверхность способна сохранить на себе его слои толщиной только в одну молекулу, удерживаемый за счет молекулярных сил или в некоторых случаях сил остаточного химического сродства. Еще один способ заключается в приведении металлической поверхности. В контакт с раствором органических молекул в веществе, подобном медицинскому маслу,   молекулы которого лишены способности интенсивно притягиваться с другим поверхностям, в отличие от молекул стеариновой кислоты или мыл. В этом случае поверхность металла покрывается также слоем как бы прилипших в поверхности «поверхностно-активных» молекул, т.е. молекул, способных притягиваться и удерживаться вблизи поверхности раздела жидкости и твердой стенки. [4]

 3.3 Смазочное действие мультимолекулярных слоев

Метод переноса монослоев с поверхности воды, как было показано Лэнгмюром и Блоджет, может быть применен для получения многослойных, так называемых мультимолекулярных пленок. Для этого следует, вытащив пластинку (см. рис. 8), снова погрузить ее в жидкость, предварительно уменьшив площадь поверхности воды, покрытую органическим веществом, настолько, чтобы площадь, приходящаяся на одну молекулу, снова понизилась до значения, которое было до вытаскивания пластинки. При таком опускании пластинки, уже покрытой ориентированным монослоем

Рисунок 8 — К получению мультимолекулярных слоев [4]

 обнаруживается изменение  природы поверхности этой пластинки  вследствие покрывающего ее монослоя с торчащими наружу метильными группами. Это изменение природы поверхности сказывается в том, что, как видно из рис. 8, поверхность моды в корыте не смачивает эту поверхность, причем форма мениска такая же, как у воды  вблизи поверхности парафина.

При погружении пластинки на нее садится второй монослой органических молекул, но уже с другим направлением молекул. Метильные хвосты второго слоя оказываются повернутыми в сторону твердой поверхности, а полярные карбоксильные группы - торчащими (по отношению к пластинке) наружу, т.е. в глубь жидкости. Таким образом; на поверхности пластинки оказываются два монослая, обращенные один к другому метильными группами. Если после этого пластинку снова вытаскивать, то при определенных условиях на нее садится третий монослой, ориентированный, подобно первому монослою, метильными хвостами наружу (рис.9).

Рисунок  9 — Трехмолекулярный слой [4]

Таким образом, в результате второго погружения и вытаскивания    пластинки к нанесенному на нее первому монослою прибавятся еще два монослоя с противоположной ориентацией молекул. Следовательно, после двухкратного «купанья», как и после однократного, наружу будут торчать метильные группы молекул, т.е. природа поверхности в обоих случаях окажется в основном одинаковой. Отсюда вытекает, что операцию погружения можно повторять много раз, каждый раз нанося по два слоя. В результате многократного повторения такой операции «купанья» пластинку можно покрыть мультимолекулярной пленкой .

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

К сожалению, Госстандарт совместно с ВНИИ нефтяной промышленности не навели должного порядка ни в отношении номенклатуры, ни в отношении маркировки смазок, а отрасль автомобилестроения не упорядочила рекомендации по смазыванию автомобилей. Номенклатура выпускаемых смазок неоправданно велика, их марки не отражают эксплуатационных свойств, а противоречивые рекомендации «автомобильной» литературы ставят в тупик очень многих. Между тем все не так уж сложно.

В ходе анализа эксплуатационные свойства смазок главным образом определяются видом загустителя, который и дает название типу смазки. Большинство смазок для узлов трения загущают мылами—солями жирных кислот различных металлов, причем соль может быть обычная, а может быть комплексная. Практически используются мыла кальциевые, литиевые, натриевые, бариевые и алюминиевые. Кроме мыла в качестве загустителя применяют углеводороды и (редко) пигменты. Зная тип смазки, можно уже многое сказать о ее применении.

 

 

Список литературы

1) Школьников В.М. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. 2-е изд. — М.: Издательский центр «Техноформ», 1999 год .

2)  О.В.Яременко. Выдержка из книги «Твой друг – автомобиль»

Москва, Издательство  ДОСААФ    СССР  1989 год.

3) Книга В. В. Синицына «Подбор и применение пластичных смазок». М.: Химия, 1974 год .

4) Б.В. Дерягин  «Что такое трение» издательство академии наук СССР

Москва  1963 год.

5)  Костецский Б.И. «Трение,  смазка и износ в машинах» 1970, 396 стр.

          6) Константинеску В.Н. Газовая смазка. М., «Машиностроение», 1968.

          7) Шейнберг С.А., Шустер В.Г. Виброустойчивый Пористый аэростатический подпятник- «Станки и инструменты». 1960, №11.

          8) Ахматов А.С. Трение и износ в машинах. Труды Всесоюзной конференции. Т. III. М., Издательство АН СССР, 1948.