Автомобильные эксплуатационные материалы: Учебное пособие. Ч. II. Масла и смазки

Федеральное агентство по образованию Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет

В. Б. ДЖЕРИХОВ

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Часть II

Масла и смазки Учебное пособие

Санкт-Петербург 2009 1

УДК 662.75 (076.5) Рецензенты: д-р воен. наук, проф., засл. деят. науки РФ С. П. Николаев (ВКА им. А. Ф. Можайского); канд. техн. наук, доц. О. А. Барков (НОУ «Центр менеджмента “Бастион”»

Джерихов, В. Б. Автомобильные эксплуатационные материалы: учеб. пособие. Ч. II. Масла и смазки / В. Б. Джерихов; СПб. гос. архит.-строит. ун-т. – СПб., 2009. – 256 с. ISBN 978-5-9227-0135-8 Изложены сведения по смазочным материалам, которые используются при эксплуатации и ремонте автомобильной техники. Рассмотрены физико-химические свойства и эксплуатационные качества смазочных материалов и предъявляемые к ним технико-экономические требования. Предназначено для студентов очного и заочного обучения по специальностям: 190601 – автомобили и автомобильное хозяйство; 190603 – сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт); 190701 – организация перевозок и управление на транспорте (автомобильный транспорт); 190702 – организация и безопасность движения; 080502 – экономика и управление на предприятии (автомобильный транспорт). Табл. 50. Ил. 63. Библиогр.: 10 назв. Рекомендовано Редакционно-издательским советом СПбГАСУ в качестве учебного пособия

ISBN 978-5-9227-0135-8

© В. Б. Джерихов, 2009 © Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2009

2

ВВЕДЕНИЕ Основная роль смазочных материалов заключается в том, чтобы уменьшить износ трущихся деталей в узлах и механизмах машин и при этом снизить затраты энергии на преодоление сил трения. Смазочные материалы подразделяются на смазочные и специальные. Большую группу в смазочных материалах составляют масла, которые в зависимости от своей вязкости делятся на следующие классы: моторные, для бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания; трансмиссионные и осевые; индустриальные; турбинные; компрессорные; электроизоляционные; приборные; технологические и др. По методам очистки масла могут быть: неочищенные, полученные непосредственно при перегонке нефти; выщелочные; масла кислотнощелочной, кислотно-контактной, селективной и адсорбционной очистки; масла гидрокрекинга. Все смазочные, моторные и дистиллянтные масла получают методом вакуумной разгонки из мазута, т. е. получают из нефтяной фракции, остающейся после отгона топливных фракций. Принцип получения масел заключается в том, что мазут перерабатывают по масляной схеме дистиллятной перегонки, и после этого получают три фракции: первая, с температурой кипения от 300 до 400 °C, – это легкие дистилляты масла; вторая, с температурой кипения от 400 до 450 °C, – это средние дистиллятные масла; третья, с температурой кипения от 450 до 500 °C, – это тяжелые масла. Все масла, применяемые в качестве моторных, называют базовыми маслами. Высококачественные масла получают перегонкой мазута с последующей конденсацией отдельных фракций или их смесей. При вакуумной перегонке получают базовые дистиллятные масла, а оставшийся гудрон или полугудрон применяют для получения остаточных масел. 3

Для получения масел, отвечающих требованиям ГОСТ, их очищают, т. е. удаляют из них смолы и кислоты, а также нестабильные и серосодержащие соединения. Для получения низкотемпературных кондиционных свойств масел проводят депарафинизацию и деасфальтизацию. Дистиллятные масла обладают хорошими вязкостно-температурными свойствами, и у них имеется высокая термоокислительная стабильность, так как метод их получения не предусматривает наличия в них нестабильных ненасыщенных соединений. Однако в этих маслах мало нефтяных смол-продуктов термоокислительной конденсации, которые были бы способны образовывать прочную масляную пленку на поверхностях деталей. В остаточных маслах такие соединения присутствуют, и они обладают высокой маслянистостью, но при этом у них плохие низко- и вязкостно-температурные свойства. Пластичные смазки обладают структурной вязкостью, которая зависит не только от температуры, но и от нагрузки, т. е. от градиента скорости сдвига отдельных ее слоев и частичек относительно друг друга. Прочностные свойства являются одним из наиболее важных эксплуатационных свойств пластичных смазок. Они зависят от типа и концентрации загустителя, химического состава и свойств дисперсионной среды, количества и свойств поверхностно-активных веществ в смазках. Исходя из вышеизложенного, автор в данном пособии особое внимание уделил основам производства, свойствам и методам их оценки, зарубежным классификациям по качеству и назначению автомобильных моторных, трансмиссионных масел и пластичных смазок, а также требованиям мировых автопроизводителей. Учебное пособие предназначено для студентов автомобильно-дорожного факультета, изучающих дисциплину «Эксплуатационные материалы». Автор с благодарностью примет отзывы, пожелания, замечания, критику и предложения на предлагаемую работу.

4

Глава 1. ВИДЫ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ 1.1. Роль смазочных материалов, их виды и требования к ним В любой машине есть узлы трения, для работы которых используются различные смазочные материалы. Они определяют надежность машины и являются такими же конструкционными материалами, как металлы, из которых изготовлены машины. Срок службы любой машины зависит: 1) от качества смазочных материалов; 2) технологии изготовления трущихся сопряжений, т. е. от свойства металлов, чистоты обработки, величины зазоров и т. д.; 3) совершенства конструкции. В условиях эксплуатации автомобиля на его долговечность влияют температура, запыленность воздуха, агрессивность среды, скоростной и нагрузочный режимы. Поэтому, чтобы уменьшить потери энергии на трение и снизить износ работающих деталей, применяются различные смазочные материалы. Благодаря смазыванию узлов и механизмов потери на преодоление сил трения снижаются в десятки и сотни раз. При современных скоростях и нагрузках узлы сопряжения двигателя и трансмиссии без смазывания разрушились бы в течение нескольких секунд из-за задиров, заклинивания, распыливания и сваривания деталей вследствие выделения большого количества теплоты. Таким образом, основная роль смазочных материалов заключается: 1) в уменьшении интенсивности износа трущихся деталей; 2) снижении затрат энергии на преодоление сил сопротивления в узлах трения; 3) отводе тепла от трущихся сопряжений, чтобы не допустить их перегрева; 4) защите рабочих поверхностей деталей от коррозии, возникаю5

щей в результате воздействия воды, кислорода, кислот и т. д.; 5) препятствии прорыву рабочей смеси и продуктов сгорания в картер двигателя, т. е. в улучшении компрессии цилиндропоршневой группы; 6) обладании хорошими моющими свойствами, при которых улучшаются условия работы двигателей; 7) защите поверхностей деталей от образования на них смолистолаковых отложений нагаров, ухудшающих теплоотдачу деталей и т. д. Таким образом, основное назначение смазочных материалов заключается в обеспечении нормального функционирования систем, в которых обязательно должны находиться смазки или масла. Конструктивное и технологическое оформление узлов трения, а также условия их работы в процессе эксплуатации разнообразные. По этой причине одни и те же смазочные материалы не могут быть использованы для всех трущихся поверхностей. Для смазывания сборочных единиц современного автомобиля используются до десяти видов смазочных материалов (в двигателе, в коробке передач, в рулевом управлении, в балках заднего и переднего мостов, в ступицах колес и т. д.). Смазочные материалы классифицируются по агрегатному состоянию, природе сырья и способам их получения. Смазочные материалы бывают: по агрегатному состоянию – жидкие (масла), пластичные (смазки), твердые или сухие; природе сырья – нефтяные (минеральные), животные, растительные, синтетические; способам получения – дистиллятные и остаточные. Автомобильная техника различного назначения с двигателями внутреннего сгорания является основным потребителем смазочных материалов, так как современные отечественные и зарубежные автомобили требуют использования высококачественных масел и смазок. И хотя в настоящее время отечественная нефтеперерабатывающая промышленность выпускает широкий ассортимент смазочных материалов, который отвечает высоким требованиям современной автомобильной техники, их все-таки недостаточно, поэтому на российском рынке присутствуют смазочные материалы практически всех зарубежных фирмпроизводителей. Например, только моторных масел на нашем рынке насчитывается более 100 наименований. К сожалению, имеющаяся информация о смазочных материалах в основном носит рекламный характер. Поэтому потребителю порой бы-

вает трудно разобраться в обилии номенклатуры масла и смазок, особенно при недостатке или отсутствии профессиональных знаний и навыков, а также при трудностях с пониманием иностранных языков и спецификой маркировки масел. Между тем для грамотной эксплуатации автомобилей и продления срока их службы будущим инженерам подбирать и использовать смазочные материалы следует осознанно, так как экономия на них может обходиться дороже. В то же время цены на нефтепродукты, а значит, и на смазочные материалы быстро растут. Это связано с совершенствованием методов переработки нефти, с использованием нетрадиционных способов получения синтетических смазочных материалов, что повышает их качество и расширяет возможности применения. В отдельных случаях тип двигателя или ходовой части автомобиля требует разработки специальных видов масел. Например, для смазки шестерен с гипоидным зацеплением, которое применяется в главных передачах заднеприводных автомобилей, требуются трансмиссионные масла с особыми свойствами. Важную роль в производстве смазочных материалов играют присадки, содержание которых в современных маслах может превышать 20 %. За последние годы совершенствование конструкции автомобилей и улучшение качества моторных масел позволили снизить расход топлива в среднем на 10–15 % и увеличить ресурс двигателей на 30–40 %, в результате чего уменьшились затраты на ремонт и запасные части. При этом срок службы масел возрос в полтора раза, а их расход снизился в 2-3 раза. Смазочные материалы, применяемые для автомобилей, делятся: на моторные масла для двигателей внутреннего сгорания; трансмиссионные масла для агрегатов трансмиссии; пластичные смазки для использования в негерметизированных узлах трения (например в шкворнях, пальцах и листах рессор, подшипниках ступиц колес и т. д.); масла для гидравлических систем приводов дополнительных специальных устройств, которые расширяют функциональное использование базового автомобиля, т. е. для автомобилей самосвалов или автомобилей коммунального назначения. Наибольшее применение в эксплуатации автомобилей находят жидкие смазочные материалы (масла) и мазеобразные продукты (пластичные смазки). И первые, и вторые могут быть минерального

6

7

и органического происхождения. Минеральные (нефтяные) смазочные материалы являются основной группой выпускаемых смазочных масел (более 90 %). Их получают при соответствующей переработке мазута. Органические смазочные материалы (растительные и животные масла) обладают высокой смазывающей способностью, но имеют плохую стойкость к действию повышенной температуры. Поэтому в чистом виде они не используются, а добавляются к минеральным для улучшения смазывающих свойств. Как органические, так и минеральные масла имеют существенный недостаток: они работают в узком диапазоне температур. При температуре ниже –20 °C масла застывают, а при нагревании выше 150–200 °C масла испаряются и окисляются. Синтетические смазочные материалы лишены недостатков, которыми обладают органические и минеральные смазочные материалы, наоборот, они обладают хорошими эксплуатационными свойствами. Их получают из различного исходного сырья многими методами: 1) каталитической полимеризацией жидких и газообразных углеводородов нефтяного и ненефтяного сырья; 2) синтезом кремнийорганических соединений – полиселиконов; 3) получением фторуглеродистых масел и т. д. Созданные на основе фтора и хлора смазочные материалы применяются в самых ответственных узлах трения, т. е. там, где другие смазочные материалы удовлетворительно работать не могут. Однако широкое применение синтетических смазочных материалов ограничено их высокой стоимостью. К мазеобразным продуктам относятся пластичные смазки – это продукты сложного состава. Их получают загущением минеральных масел. Для смазывания узлов трения используются твердые вещества, такие как графит, дисульфид молибдена и т. д. Они особенно необходимы в вакуумной среде, при работе в очень низких и высоких температурах. Пластичные смазки подразделяются на антифрикционные, консервационные, уплотнительные и т. д. Классификация, область применения и назначение различных масел показаны в табл. 1.

8

Таблица 1 Классификация, область применения и назначение различных масел Название масла

Назначение Область применения Для бензиновых авто- В системах смазки двигателей мобильных двигателей различного уровня форсирования (легковые и грузовые автомобили) Для дизельных двига- В системах смазки среднетелей и высокофорсированных диМоторное зельных двигателей тракторов и большегрузных автомобилей Для авиационных дви- В системах поршневых и газогателей турбинных двигателей самолетов и вертолетов Для смазывания зубча- В трансмиссиях тракторов Трансмиссионтых передач, шесте- и автомобилей. В гидромеханое ренчатых редукторов нических передачах Для использования В гидросистемах навесного Гидравлическое в гидравлических при- и подъемного оборудования водах систем управле- тракторов и автомобилей ния Общего назначения В узлах и механизмах промышленного оборудования Для скоростных меха- В скоростных металлорежунизмов щих станках, центрифугах, сепараторах Индустриальное Для гидросистем про- В гидравлических системах мышленного оборудо- металлорежущих станков, аввания томатических линий Для зубчатых передач Для цилиндрических, червячпромышленного обо- ных, конических передач прорудования катных станов, тяжелых станков, конвейеров Для вакуумных насо- В зубчатых вакуумных насосов сах Специального назначения (син- Для смазки цилиндров В нагретых частях паровых тетические масла машин с присадками) Турбинные Для смазывания и охлаждения подшипников и турбоагрегатов

9

Окончание табл. 1 Название масла

Компрессорное

Назначение Для поршневых и ротационных компрессоров и для компрессоров холодильных машин

Конденсаторные Электроизоляци- Трансформаторные онные (жидкие Кабельные диэлектрики) Приборные Приборные

Область применения Для смазывания цилиндров, клапанов и других деталей компрессоров высокого и низкого давления. Для смазывания деталей компрессоров, которые непрерывно соприкасаются с холодильным агентом (аммиак, фреон и т. д.) Для изоляции токонесущих частей и отвода теплоты от приборов электрооборудования Для смазывания сталей различных приборов, КИП

1.2. Понятия о трении и износе. Виды изнашивания поверхностей деталей Сопротивление относительному перемещению двух тел в зонах соприкосновения их поверхностей по касательным к ним называют внешним трением. Основное назначение смазочных материалов заключается в том, чтобы уменьшить потери на трение и снизить износ рабочих поверхностей деталей. Взаимное перемещение трущихся поверхностей двух деталей характеризуется двумя различиями: трением покоя и трением движения. Трение покоя – это трение двух тел при их предварительном смещении. Трение движения – это также трение двух тел, но находящихся в относительном движении. Трение движения по своему характеру делится на трение скольжения и трение качения, а по наличию смазочного материала делится на граничное и жидкостное трение. Если смазочный материал отсутствует, то такое трение называют сухим трением или трением без смазки. При таком трении дополнительная энергия тратится на преодоление: 1) взаимного механического защемления неровностей (шероховатостей) трущихся поверхностей при их относительном перемещении; 2) сил молекулярного притяжения; 10

3) сваривания отдельных острых выступов поверхностей трущихся пар в условиях высоких удельных давлений и значительного выделения тепла. Если при движении соприкасающихся тел их скорости в точках касания различны, то возникающее трение является трением скольжения. Сила трения скольжения F зависит от коэффициента трения f и величины нормальной нагрузки Р: F = f Р (формула Амонтона), где f – коэффициент трения, который зависит от вида трущихся материалов и качества обработки их поверхностей и составляет 0,1…0,8, а при трении медных изделий – 1,3. Если при движении соприкасающихся тел их скорости в точках касания одинаковы по величине и направлению, то такое трение является трением качения, которое примерно на порядок меньше силы трения скольжения несмазанных поверхностей. Это свойство используется в подшипниках качения, когда шарик или ролик соприкасаются с поверхностью в точке или по линии. Однако такие подшипники применяются не везде, так как в реальных механизмах преобладает трение с проскальзыванием, что значительно увеличивает коэффициент граничного трения, который обычно составляет 0,08…0,15. Трение качения с проскальзыванием возникает при одновременном качении и скольжении соприкасающихся тел. При отсутствии смазки между поверхностями двух твердых тел возникает сухое трение (рис.1, а). Когда поверхности трения разделены малым слоем смазки толщиной менее 0,1 мкм, не превышающем высоты микронеровностей (шероховатости) поверхности, то возникает граничное трение. При этом величина силы трения зависит от природы и состояния трущихся поверхностей (рис. 1, б). Режим граничного трения очень неустойчив и характеризует предел работоспособности узла трения. Если граничный слой разрушается, а нагрузка превышает силы сцепления смазочного материала с рабочей поверхностью детали, то в месте контакта возникает сухое трение и, как следствие, появляются задиры, заклинивания, выплавление антифрикционного слоя вкладышей коленчатого вала. 11

Толщина и прочность граничного слоя масла при трении рабочих поверхностей деталей двигателя зависит от химического состава масла и входящих в него присадок, химической структуры деталей (баббитовые или алюминиевые вкладыши коленчатого вала) и состояния поверхности трения (шлифования или супершлифования). Работоспособность граничного слоя масла не зависит от его вязкости, а определяется взаимодействием молекулярной пленки масла с трущейся поверхностью металла. Возникающие молекулярные пленки масла бывают физического и химического происхождения.

Пленки масла физического происхождения называются адсорбцией, а пленки химического происхождения называются хемосорбцией. Образование смазочных пленок силами адсорбции обусловлено наличием в смазочных материалах поверхностно-активных веществ (ПАВ), несущих электрический заряд. К таким веществам относятся соединения, содержащие карбоксильные группы, спирты, различные эфиры, смолы, сернистые соединения. Смазочные материалы, содержащие поверхностно-активные вещества, обладают способностью адсорбировать на поверхностях раздела двух сред: жидкости и твердого тела. Способность смазочных материалов, содержащих поверхностноактивные вещества, образовывать на смазываемых поверхностях достаточно прочные слои ориентированных молекул, называют маслянистостью или смазывающей способностью масел. В некоторые масла для улучшения смазывающей способности вводят противоизносные и противозадирные присадки (рис. 2). Хемосорбированные пленки – это устойчивые химические пленки фосфатов, хлоридов или сульфидов. Они создаются на поверхности металла благодаря присутствию в смазочных материалах соответствующих химических элементов. Большая скорость образования этих пленок обеспечивает их быстрое восстановление в местах разрушения граничного слоя. К пленкам этого типа относятся также различные мыла, которые образуются из органических кислот, содержащихся в масле. Адсорбированные и хемосорбированные пленки, обладая определенной прочностью и стойкостью, защищают поверхности трения от механических и тепловых воздействий, а также препятствуют взаимной адгезии трущихся поверхностей. Когда смазочный слой полностью отделяет рабочие поверхности, которые перемещаются одна относительно другой, и этот слой имеет толщину, при которой появляются нормальные объемные свойства масла, то такое трение называется жидкостным (см. рис. 1, в). Коэффициент жидкостного трения находится в пределах 0,003…0,03, что в 50…100 раз меньше, чем при трении без смазки. Сила трения при этом виде смазки зависит только от внутренних слоев в смазочном материале. Устойчивость смазочного слоя, необходимого для жидкостного трения, зависит от следующих факторов: 1) конструкции узла трения; 2) скорости взаимного перемещения трущихся поверхностей;

12

13

а)

б)

в)

G2 h min G1

г)

Рис. 1. Виды трения по наличию смазочного материала: а – трение без смазки; б – граничное трение; в – жидкостное трение; г – смешанное трение

f а)

в) 2 3

1

1 Бензол

7) температурного состояния узла трения и другие. Все эти перечисленные факторы (зависимости) иллюстрируются в процессе образования масляного клина (слоя) в коренном подшипнике скольжения коленчатого вала двигателя при его пуске (рис. 3).

0,5 Спирт

(2–3) ˜ 10 мкм –4

0,4 Трихлорэтилен

б) 0,3 0,2

0,1

Глицерин

hmin = 0

Парафины Нефтяные масла Синтетические масла Графитированные смазки Органические кислоты

2

0

h mi

n

h mi

n

Рис. 3. Образование масляного клина при вращении опорной шейки коленчатого вала в подшипнике скольжения; n – число оборотов коленчатого вала

3) величины и равномерности распределения нагрузки на трущиеся поверхности; 4) вязкости смазочного материала; 5) площади трущихся поверхностей; 6) величины зазора между трущимися поверхностями;

Вращаясь в подшипнике скольжения, шейка вала увлекает находящееся в зазоре масло, и там, где величина зазора hmin меньше, возникает давление, под действием которого шейка вала как бы «всплывает» в заполняющем зазор масляном слое (рис. 3, б). С увеличением частоты вращения коленчатого вала «клиновое действие» масляного слоя возрастает, увеличивается величина hmin (рис. 3, в). Шейка вала стремится занять центральное положение в подшипнике (рис. 3, г). Максимальная толщина масляного слоя hmin зависит: 1) от конструкции подшипника скольжения (наличия упорных буртиков, сальниковых уплотнений и др. элементов); 2) от абсолютной вязкости масла; 3) скорости перемещения трущихся поверхностей; 4) величины давления на трущиеся поверхности. Создатель гидродинамической теории смазки Н. П. Петров вывел формулу, по которой можно рассчитывать силу трения концентрически расположенной шейки коленчатого вала в подшипнике скольжения.

14

15

Рис. 2. Схема структуры поверхностного слоя и шкала маслянистости: а – монослой полярных молекул поверхностно-активных веществ карбоксильной группы СООН + на поверхности в микрозоне материала, имеющей положительный заряд: 1 – монослой полярных молекул; 2 – диполь; 3 – поверхность металла; б – общая ориентация полярных и неполярных молекул жидкости в граничном слое толщиной до 1 мкм: 1 – жидкость; 2 – граничная фаза; 3 – адсорбированный слой; 4 – химические соединения (хемосорбированная граничная пленка); 5 – зона деформированного металла; 6 – металл; в – шкала маслянистости, или смазывающей способности масла: 1 и 2 – минимальная и максимальная маслянистость

где 1 и 2 – максимальные высоты выступов на поверхностях трения (см. рис. 1, в), обеспечивающие устойчивое и надежное жидкостное трение. Для любых пар трущихся поверхностей вязкость масла должна быть наименьшей, но в то же время она должна обязательно обеспечивать жидкостное трение (см. рис. 1, в). Так, для подшипника скольжения опорной шейки коленчатого вала двигателя она должна быть более 4…5 мм2/с (сСт). Однако в реальных условиях эксплуатации может возникнуть граничное (см. рис. 1, б) и полужидкостное трение. Полужидкостное трение обычно возникает в следующих случаях: 1) при пуске и остановке двигателя; 2) высоких рабочих температурах и нагрузках; 3) недостаточной вязкости масла и его подаче; 4) попадании в масло механических примесей. В этих ситуациях масла в зазоре между трущимися парами может оказаться недостаточно для обеспечения жидкостного трения, так как масляный слой может быть частично разрушен. Поэтому в отдельных местах соприкосновения трущихся поверхностей возникает граничное или сухое трение, которое приводит к износам деталей.

Чтобы максимально уменьшить трение и износ, а также предотвратить заклинивание трущихся деталей, необходимо, чтобы масло обладало высокой смазывающей способностью. Износ трущихся поверхностей – это изменение размеров деталей в результате отделения материала с поверхности трения и вследствие остаточной деформации поверхностного слоя. По характеру разрушения деталей различают следующие виды изнашивания: механическое, молекулярно-механическое и коррозионномеханическое. Количественной мерой оценки изнашивания является износ, который может выражаться в единицах длины, массы или объема. Различают скорость изнашивания и интенсивность изнашивания. Скорость изнашивания определяют как отношение значения износа к интервалу времени, в течение которого он возник. Интенсивность изнашивания определяют как отношение значения износа к величине расстояния (пробега, измеряемого в км), на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы (т/км, м3). Механическое изнашивание, возникающее в результате механических воздействий, подразделяется на абразивное, гидро- и газоабразивное, усталостное, эрозионное и кавитационное. Абразивное изнашивание становится результатом режущего или царапающего воздействия на поверхности трения относительно более твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии. Даже незначительное количество абразивных частиц ведет к очень быстрому изнашиванию трущихся поверхностей деталей автомобиля (например, песок, попавший в тормозные барабаны или картер сцепления). Гидроабразивное, как и газоабразивное изнашивание, является результатом воздействия на детали твердых частиц, увлекаемых жидкостью или газом. Такие загрязнения, как твердые продукты износа, частицы нагара, пыль и другие, попадая в двигатель, вызывают интенсивное изнашивание поверхностей трения деталей, систем смазки и питания. Усталостное изнашивание – это следствие повторного деформирования микрообъемов материала, из-за которого возникают трещины и происходит отделение частиц. Усталостное изнашивание может происходить как при трении качения (например в галтелях поворотного кулака балки переднего моста), так и при трении скольжения (подшипники скольжения коленчатого вала двигателя). Эрозионное изнашивание наблюдается при воздействии на поверхность трения жидкости или газа. Наиболее часто этот вид изнашивания

16

17

В упрощенном варианте сила жидкостного трения выглядит следующим образом: F= K

Sv , h

где K – абсолютная вязкость масла, Н с/м2; S – площадь соприкосновения трущихся тел, м2; v – скорость перемещения трущихся поверхностей, м/с; h – толщина смазочного слоя, м. Для определения величины минимального зазора в подшипнике установлена следующая зависимость: hmin = K

Cv , P

где C – коэффициент, учитывающий конструкцию подшипника; P – давление на трущихся поверхностях. При этом должна соблюдаться закономерность hmin 1,5 (

1

+

2

),

встречается на поверхностях деталей охлаждающей и выпускной системы двигателя. Разновидностью эрозионного изнашивания является электроэрозионное изнашивание поверхности в результате воздействия разрядов при прохождении электрического тока. Наиболее часто от электроэрозионного изнашивания подгорают контакты замка зажигания, прерывателя-распределителя, тягового реле стартера, электропривода насоса охлаждающей жидкости и т. д. Кавитационное изнашивание возникает в условиях кавитации, т. е. процесса «схлопывания» пузырьков газа вблизи поверхности трения, создающего местное повышение давления или температуры. При кавитационном изнашивании наружные поверхности гильз цилиндров двигателя покрываются «кратерами» или мелкими «воронками», образовавшимися от разрывов пузырьков. Молекулярно-механическое изнашивание (изнашивание при заклинивании) является результатом совместного действия механического изнашивания с молекулярными или атомными силами. В этом случае происходит глубинное вырывание материала, местное соединение (схватывание) двух твердых тел, перенос металла с одной поверхности трения на другую и воздействие возникающих неровностей на сопряженную пове р х н о с т ь . Заклинивание двигателя становится следствием схватывания, как правило, коренного либо шатунного подшипников скольжения коленчатого вала из-за нарушения жидкостного трения. Возникающее при этом повышение температуры приводит к выплавлению антифрикционного сплава (баббитового или алюминиевого) вкладышей. При этом антифрикционный слой заполняет зазор между трущейся поверхностью вкладыша и шейкой коленчатого вала, что приводит к заклиниванию вала. Задиры на стенках гильз цилиндров двигателей возникают при нарушении подвижности или разрушении поршневых колец. Коррозионно-механическое изнашивание возникает в результате механического воздействия на трущиеся поверхности, сопровождаемого химическим или электрическим взаимодействием материала со средой. Коррозионные разрушения в этом случае развиваются при воздействии на трущиеся поверхности таких агрессивных веществ, как химически активные газы, кислотные примеси смазочных материалов и другие. При этом изнашивание вызывается, главным образом, химической реакцией материала поверхности трения с кислородом или окисляющей окружающей средой (например окисление выводов аккумуляторной батареи). 18

Выводы На возникновение какого-либо вида изнашивания и повышение его интенсивности влияют: 1) свойства материалов поверхностей трения деталей (баббит, алюминий, закаленная сталь и т. д.); 2) свойства и качества смазочных материалов; 3) способы подвода смазки к трущимся поверхностям (разбрызгиванием, под давлением, самотеком); 4) давление и место подачи смазочного материала к трущимся поверхностям (расположение масляного канала относительно трущихся поверхностей); 5) форма и размеры поверхностных неровностей (шероховатость) и трущихся поверхностей (овальность, конусность); 6) характер приложения нагрузки (динамический, статический, знакопеременный); 7) скорость относительного перемещения трущихся тел и ее изменение во времени (разгон автомобиля, торможение двигателем); 8) температурный режим работы двигателя и, как следствие, пары трения; 9) присутствие механических и химических примесей, влаги в месте контакта и полнота удаления продуктов изнашивания из зоны трения; 10) качество топлива; 11)режим работы и климатические условия эксплуатации автомобиля и т. д. 12) в целом срок службы любого механизма зависит: от качества смазочных материалов; свойства металлов; чистоты обработки деталей; величины зазоров; совершенства конструкции механизма. Контрольные вопросы 1. В чем заключается основная роль смазочных материалов? 2. Как классифицируются смазочные материалы? 3. Как подразделяются смазочные материалы, которые применяются при эксплуатации автомобилей? 19

4. Что такое минеральные смазочные материалы? 5. Что такое органические смазочные материалы? 6. Что такое трение покоя? 7. Что такое трение движения? 8. Что такое сухое трение и на что тратится его дополнительная энергия? 9. Что такое трение скольжения? 10. Что такое трение качения? 11. Какие существуют виды трения по наличию смазочного материала? 12. Что такое адсорбция и что такое хемосорбция? 13. Что называют маслянистостью масла? 14. От каких факторов зависит устойчивость смазочного слоя, необходимого для жидкостного трения? 15. В каких случаях возникает полужидкостное трение? 16. Что такое износ трущихся поверхностей? 17. Что такое механическое изнашивание? 18. Что такое абразивное изнашивание? 19. Что такое гидроабразивное и газоабразивное изнашивание? 20. Что такое усталостное изнашивание? 21. Что такое эрозионное изнашивание? 22. Что такое кавитационное изнашивание? 23. Что такое молекулярно-механическое изнашивание? 24. Что такое коррозионно-механическое изнашивание?

20

Глава 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ СМАЗОК ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2.1. Схемы систем смазок В зависимости от места размещения основного запаса моторного масла система смазки может быть с мокрым или сухим картером. В системах с мокрым картером (рис. 4) основной запас масла находится в поддоне картера и при работе двигателя масло подается к трущимся деталям с помощью масляного насоса. В системах с сухим картером (рис. 5) основной запас масла содержится в автономном масляном баке, из которого масло подается к трущимся деталям нагнетающим масляным насосом. Стекающее в поддон масло полностью удаляют откачивающим насосом в масляный бак. Такой способ исключает утечку масла через сальники коленчатого вала на крутых подъемах, спусках и кренах. Отсутствие запаса масла в зоне вращения коленчатого вала исключает забрасывание масла на стенки цилиндров, снижает эксплуатационный расход масла и повышает сохранность физико-химических свойств масла за счет снижения воздействия картерных газов и горячих деталей двигателя. В основе различных масляных систем лежит одна и та же принципиальная схема смазки. Масло из поддона или автономного бака всасывается масляным насосом через маслозаборник и нагнетается через полнопоточный фильтр в главную масляную магистраль, которая просверлена в виде продольного канала в блоке цилиндров. Из главной масляной магистрали масло отводят по поперечным сверлениям к подшипникам скольжения коленчатого и распределительного валов и к другим точкам. Подача масла осуществляется под давлением разбрызгиванием и комбинированным способом. Под давлением смазываются коренные и шатунные подшипники скольжения коленчатого вала и опорные подшипники распределительного вала. Разбрызгиванием смазываются рабочие поверхности цилиндров, поршневые кольца, детали привода клапанного механизма, кулачки распределительного вала. Масло, вытекающее из подшипников коленчатого вала, разбрызгивается вращающимися деталями кривошипно-шатунного механизма с образованием «масляного тумана». Для смазки зеркала цилиндров масло периодически впрыскивается из отверстий в кривошипных головках шатунов. Ось коромысел, узел осевой фиксации рас21

16

Рис. 4. Схема системы смазки с мокрым картером: 1 – фильтр грубой очистки; 2 – главная масляная магистраль; 3 – коренные и шатунные подшипники скольжения; 4 – поршневое маслосъемное кольцо; 5 – поршневые компрессионные кольца; 6 – зеркало цилиндра; 7 – опорные подшипники распределительного вала; 8 – фильтр тонкой очистки; 9 – маслозаборник; 10 – масляный радиатор; 11 – поддон; 12 – редукторный клапан; 13 – маслозакачивающий насос; 14 – перепускной клапан; 15 – датчик давления масла в системе; 16 – отверстие во вкладыше и шатуне для подачи масла на стенки гильзы цилиндра

Рис. 5. Схема системы смазки с сухим картером: 1 – фильтр грубой очистки; 2 – главная масляная магистраль; 3 – маслосъемное поршневое кольцо; 4 – коренные и шатунные подшипники скольжения; 5 – поршневые компрессионные кольца; 6 – зеркало цилиндра; 7 – опорный подшипник распределительного вала; 8 – распределительный вал; 9 – фильтр тонкой очистки; 10 – масляный радиатор; 11 – автономный масляный бак; 12 – нагнетательный насос; 13 – всасывающие масляные насосы; 14 – перепускной клапан; 15 – маслозаборник; 16 – редукционный клапан; 17 – датчик давления масла в системе; 18 – отверстие во вкладыше и шатуне для подачи масла на стенки гильзы цилиндра

22

23

пределительного вала, распределительные шестерни смазываются пульсирующей подачей масла с использованием специальных золотниковых устройств. Кроме основного круга циркуляции масла, системы смазки могут иметь параллельные контуры: неполнопоточного фильтра тонкой очистки; масляного радиатора; воздушного компрессора. Емкость масляной системы можно рассчитать следующим образом. Количество масла, циркулирующее в системе смазки двигателя Vц, зависит от количества теплоты, отводимого маслом на номинальном режиме работы двигателя м, ккал/ч; плотности масла , кг/м3; теплоемкости масла См, ккал/(кг град); степени нагрева масла t, °С: Vц =

Qм , кг.. U м ˜ C м ˜ 't

Количество теплоты Qм можно рассчитать по эмпирической зависимости от эффективной мощности двигателя Nc Qм = (20…50) Nc, ккал/ч. Количество теплоты, отводимое маслом Qi, зависит от количества теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя Qт, ккал/ч. Для автотракторных двигателей Qi = (0,015…0,025) Qт, ккал/ч. Полная емкость масляной системы Vм, л, зависит от типа и назначения машины, мощности двигателя и может быть рассчитана по эмпирической зависимости Vм =

K н ˜ Vц Kк

K к – коэффициент, характеризующий кратность обмена масла в системе, для современных двигателей K к = 3…3,2. 2.2. Основные приборы и узлы систем смазки 2.2.1. Масляные насосы Для нагнетания масла в магистрали системы смазки, как правило, используются шестеренчатые насосы (рис. 6, а и б). В двигателях с мокрым картером применяются одно- или двухсекционные масляные насосы. В двухсекционных насосах большая секция обеспечивает подачу масла под давлением в главную масляную магистраль, а секция меньшего размера прокачивает масло через радиатор. В двигателях с сухим картером применяются двух- или трехсекционные насосы, имеющие одну нагнетающую и 1-2 откачивающие секции. Производительность насоса зависит от количества масла: подводимого к подшипникам скольжения на шейках коленчатого вала; перепускаемого через редукционный клапан насоса и фильтр тонкой очистки; подводимого к распределительному валу, механизмам привода клапанов и вспомогательных агрегатов. Подача масла должна обеспечить требуемую циркуляцию масла Vц с учетом износа шестерен насоса, увеличения зазоров в подшипниках, изменения вязкости масла. Действительная производительность насоса будет определяться по формуле Vд = (2,0…3,5) Vц ; расчетная производительность – по формуле

,

где K н – коэффициент запаса производительности насоса ( K н = 1,5…2,0) для автотракторных двигателей; 24

Vц – расчетный циркулирующий расход масла, л/ч;

Vн =

Vд Kн

,

где Kн – коэффициент подачи насоса, равный 0,7…0,82. 25

а)

б)

в)

Производительность откачивающих секций Vотк должна быть значительно больше производительности нагнетающих Vнаг, так как масло, удаляемое из картера, вспенивается. Поэтому для двух откачивающих секций Vотк = (2,0…2,5)Vнаг, а для одной откачивающей секции Vотк = (1,5…2,0)Vнаг. 2.2.2. Редукционные клапаны Редукционные клапаны предназначены для поддержания требуемого давления в масляной магистрали в случае изменения расхода масла из-за повышенного износа подшипников, повышения гидравлического сопротивления фильтров, изменения вязкости масла, температуры и других причин. Основной редукционный клапан (рис. 6, в) предотвращает недопустимые колебания давления масла на выходе из насоса, а сливной клапан поддерживает более точное давление непосредственно у подшипников коленчатого вала. При такой схеме практически полностью исключается снижение давления в магистрали при увеличении расхода масла по мере износа подшипников. Редукционный клапан в конце главной масляной магистрали ускоряет достижение рабочего давления при запуске холодного двигателя, вследствие чего снижаются пусковые износы подшипников скольжения на опорных и шатунных шейках коленчатого вала.

г)

2.2.3. Масляные фильтры Рис. 6. Масляные насосы: а – односекционный; б – двухсекционный; в – редукционный клапан магистрали фильтра центробежной очистки масла: 1 – корпус нижней секции; 2 – ведомая шестерня нижней секции; 3 – перегородка; 4 – ведомая шестерня верхней секции; 5 – корпус верхней секции; 6 – вал привода насоса; 7, 8 – ведущие шестерни верхней и нижней секций; 9 – плунжер редукционного клапана; г – двухсекционный: 1 – крышка; 2, 8 – ведущая и ведомая шестерни; 3 – штифт; 4 – корпус; 5 – ведущий валик; 6 – трубка маслоприемника; 7 – ось ведомой шестерни; 9 – прокладка; 10 – выходной канал

Число оборотов насоса nн определяют по формуле nн = i nн, где i – передаточное отношение привода, равное 0,5…1,3; nн – число оборотов ведущего вала насоса, с–1. 26

Масляные фильтры предназначены для постоянной очистки масла от механических примесей, попадающих извне и в виде продуктов износа и окисления масла. Очистка масла является важнейшим фактором достижения высокой долговечности двигателя. Первая фильтрующая ступень очистки масла от крупных частиц механических примесей обеспечивается сеткой маслоприемников. Помимо сетчатых фильтров применяются фильтры грубой и тонкой очистки масла или фильтры центробежной очистки (центрифуги). Фильтры грубой очистки устанавливают перед главной магистралью и очищают весь поток масла, поступающего для смазки деталей двигателя. Фильтры грубой очистки могут быть пластинчато-щелевые или ленточно-щелевые (рис. 7–9). Они могут задерживать частицы размером более 60…70 и 40…90 мкм соответственно. 27

Фильтры тонкой очистки очищают масло от загрязнений размером более 0,5…1,0 мкм. Фильтр тонкой очистки имеет сменный фильтрующий элемент, состоящий из набора картонных дисков и фигурных прокладок. Такой фильтрующий элемент оказывает большое сопротивление проходящему через него маслу, поэтому фильтр тонкой очистки включается параллельно масляной магистрали. Масло из фильтра стекает в поддон картера двигателя. Вследствие высокого гидравлического сопротивления фильтры устанавливают дополнительно к полнопоточному фильтру грубой очистки (см. рис. 7) параллельно главной масляной магистрали. При таком включении через фильтр тонкой очистки проходит не

Рис. 7. Полнопоточный масляный фильтр со сменным бумажным фильтрующим элементом автомобиля ГАЗ-24 «Волга»: 1 – пробка сливного отверстия; 2 – центральный стержень; 3 – корпус фильтра; 4, 10 – датчики указателей давления масла; 5 – перепускной клапан; 6 – уплотнительная прокладка; 7 – колпачковая гайка; 8 – крышка; 9 – фильтрующий элемент 28

более 10–15 % масла, циркулирующего в основном контуре, что не исключает попадания в зазоры трущихся деталей крупных частиц (до 40…60 мкм), способных вызвать абразивный износ. На многих двигателях современных легковых автомобилей применяются полнопоточные фильтры (рис. 8, 9) со сменными бумажными фильтрующими элементами.

Рис. 8. Полнопоточный фильтр очистки масла со сменным бумажным фильтрующим элементом двигателя «Москвич-412»: 1 – крышка корпуса; 2 – выпускная трубка; 3 – перепускной клапан; 4, 5, 7 – уплотнительные кольца; 6 – стяжной болт; 8, 14 – стальные шайбы; 9 – пружина; 10 – медная шайба; 11 – пробка; 12 – фильтрующий элемент; 13 – корпус фильтра 29

Рис. 9. Полнопоточный фильтр двигателя автомобиля «Москвич-214»: 1 – спускная пробка; 2, 7 – уплотнительные резиновые кольца; 3 – стяжной болт; 4 – внутренний цилиндр (каркас); 5 – корпус; 6 – сменный фильтрующий элемент; 8 – перепускной клапан в сборе; 9 – крышка; 10 – колпачок; 11 – седло перепускного клапана; 12 – шарик перепускного клапана

Рис. 10. Фильтр центробежной очистки масла двигателя ЗМЗ-53: 1 – ось ротора; 2 – жиклер; 3 – поддон; 4 – ротор; 5 – колпак ротора; 6 – кожух фильтра; 7 – фильтрующая сетка; 8 – гайка крепления колпака; 9 – гайка крепления ротора; 10 – гайка-барашек крепления кожуха

Полнопоточные центробежные фильтры тонкой очистки с гидравлическим или механическим приводом являются самым эффективным способом очистки от всех примесей размером более 0,5…1,0 мкм (рис. 10).

Например, в фильтре центробежной очистки масла двигателя ЗМЗ-53 (см. рис. 10) масло поступает от насоса через пустотелую ось 1 ротора. Далее из пространства под колпаком 5 масло проходит через фильтрующую сетку 7 и жиклеры 2 в полость корпуса фильтра, откуда стекает в поддон картера. Пластмассовый ротор 4 приводится в быстрое враща-

30

31

тельное движение в результате реакций двух струй масла, выбрасываемых из жиклеров 2. При этом тяжелые частицы грязи и осадков отбрасываются к внутренней поверхности стенок колпака 5 и оседают на них. Другой пример. На двигателе ЗИЛ-130 устанавливают полнопоточный фильтр центробежной очистки масла (рис. 11), включаемый в систему смазки последовательно. Масло от насоса подается по каналу 20 под вставку 7 фильтра. Часть масла, пройдя сетчатый фильтр 6, поступает к двум жиклерам 1. Другая часть масла, попадая под колпак 5, подвергается центробежной очистке при вращении ротора 3. Очищенное масло, обогнув сверху вставку 7, подается в радиальные отверстия оси 9, а затем через трубку 18 и отверстие 22 поступает в распределительную камеру блока цилиндров. Перепускной клапан 23 при значительном износе подшипников скольжения коленчатого вала или при использовании густого масла во время пуска двигателя перепускает часть масла в распределительную камеру, минуя фильтр. Преимущество фильтра центробежной очистки состоит в том, что он в первую очередь задерживает тяжелые примеси. Кроме того, работу фильтра можно легко и надежно проверить прослушиванием вращения ротора после остановки двигателя. Недостатком центрифуг является резкое ухудшение фильтрации масла при понижении его температуры и повышения вязкости. Механические примеси, содержащие железо, удаляют полнопоточными магнитосетчатыми фильтрами, т. е. комбинацией магнитных стержней с сетчатым фильтром. Для дополнительной очистки масла, которое поступает в подшипники скольжения коленчатого вала, применяются центробежные ловушки в шейках вала. Продукты износа, содержащие железо, удаляют магнитными пробками, устанавливаемыми в поддонах двигателя. При перепаде давления на фильтрах, которое превышает допустимое (0,8…1,2 кг/см2), перепускные клапаны открывают прямой проход масла в главную магистраль.

Масляный радиатор предназначен для принудительного охлаждения масла и поддержания нормального теплового режима двигателя. При экспериментальном исследовании было установлено, что предельно допустимая температура подшипников скольжения на коленча-

Рис. 11. Полнопоточный фильтр центробежной очистки масла двигателя ЗИЛ-130: 1 – жиклеры; 2, 12 – прокладки; 3 – ротор; 4 – уплотнительное кольцо; 5 – колпак; 6 – сетчатый фильтр; 7 – вставка; 8 – кожух; 9 – ось ротора; 10 – кольцо вставки; 11 – стопорное кольцо; 13 – шайба; 14, 15, 16 – гайки; 17 – упорная шайба; 18 – трубка оси; 19 – упорный подшипник; 20 – канал; 21 – пробка; 22 – отверстие; 23 – перепускной клапан

32

33

2.2.4. Масляный радиатор

том валу двигателя составляет tп 80…100 °C, а предельно допустимая температура масла на выходе из подшипников скольжения равна tвых 105…110 °C. В водно-масляном радиаторе теплота передается от масла к охлаждающей жидкости, а в воздушно-масляном радиаторе теплота передается воздушному потоку, создаваемому вентилятором или при движении автомобиля. Масляные радиаторы включают в систему смазки последовательно или параллельно основному контуру масла. В первом случае охлаждаемое масло, пройдя радиатор, поступает в главную масляную магистраль и к подшипникам скольжения коленчатого вала, а во втором – оно перепускается в картер. Для того чтобы обеспечить оптимальный температурный режим масла в системе, необходимо подобрать радиатор, который бы принудительно его охлаждал до необходимых пределов. Для этого необходимо произвести расчет радиатора по следующей методике. Площадь поверхности охлаждения радиатора F рассчитывают по уравнению теплопередачи, исходя из расчетного количества тепла Qр, отводимого маслом на номинальном режиме работы двигателя Qм. Для обеспечения установившегося теплового режима величина Qр должна быть равна количеству теплоты Qм, ккал/ч, воспринимаемому от деталей двигателя Qр = Qм. Количество теплоты, отводимое маслом на номинальном режиме работы двигателя, зависит от количества теплоты, выделившейся при сгорании топлива Qт, ккал/ч, и коэффициента теплоотдачи от двигателя к маслу Kм. По эмпирической зависимости или

Qм = (0,015…0,025) Qт Qм = (20…50) Nс.

Количество теплоты, отводимое радиатором, зависит от коэффициента теплоотдачи масла в окружающую среду Kр, ккал/(м2 ч град), средней температуры масла в радиаторе tр.ср и площади поверхности охлаждения F: Qр = F Kр (tр.ср – tв). 34

Тогда F=

Qм Qм = , K р (t р.ср  t в ) Qр

где tв – температура воздуха. Величина Кр, которая находится в пределах 100…300 ккал/(м2 ч × ×град), предназначена для радиаторов с прямыми гладкими трубками, а величина в пределах 700…1000 ккал/(м2 ч град) предназначена для радиаторов с завихрением масла. Величина tр.ср, °C, определяется как полусумма температур масла, которое входит в радиатор tр.вх, и температурой масла tр.вых из него tр.ср =

t р.вх  t р.вых 2

.

Температуру tр.вх обычно принимают равной температуре масла, выходящего из подшипника: tр.вх = tвых.п. Температура выходящего из радиатора масла tр.вых = tр.вх – tр . Перепад температур масла в радиаторе должен соответствовать величине подогрева масла в двигателе

tр =

Qр

Cм ˜Vц ˜ Uм ,

где Qр – количество теплоты, отводимое маслом от двигателя, ккал/ч; Cм – теплоемкость масла, ккал/(кг град);

Vц – циркуляционный расход масла, м3/ч;

Uм – плотность масла, кг/м3. 35

2.2.5. Вентиляция картеров двигателей Для удаления картерных газов, образующихся в результате прорыва продуктов сгорания, паров топлива и продуктов их взаимодействия с маслом предназначена вентиляция картеров двигателя. Во время работы двигателя через зазоры в местах установки поршневых колец и зазоры между стержнями клапанов и направляющими втулками в картер проникают отработавшие газы. Кроме этого, при пуске двигателя в цилиндрах конденсируются пары бензина, которые, попадая в картер, разжижают масло и ухудшают его смазывающие свойства. Также в отработавших газах еще есть пары воды, которые, конденсируясь в картере, вспенивают масло и приводят к образованию густых и липких эмульсий, а в соединениях с сернистым газом они образуют кислоты, которые разъедают рабочие поверхности деталей и ускоряют их износ. Поэтому для уменьшения давления в картере и увеличения срока службы масла необходимо удалять из картера отработавшие газы, пары бензина и пары воды. Для этого служит принудительная вентиляция картера, которая повышает долговечность двигателя, его экономичность и снижает процесс старения масла. Принудительная вентиляция картера может быть двух видов: открытая система вентиляции, при которой картерные газы отводят в атмосферу, и закрытая, когда картерные газы отсасывают во впускную систему двигателя. Открытая вентиляция осуществляется под действием разрежения, возникающего в вытяжной трубе (рис. 12) вследствие относительного перемещения воздуха при движении автомобиля. В месте забора картерных газов устанавливают маслоулавливающие устройства. Воздушные фильтры исключают попадание пыли в картер. Недостатком открытой вентиляции картера являются низкая интенсивность и возможность попадания газов в кабину водителя. В закрытых системах картерные газы отсасываются в воздухоочиститель и далее через карбюратор во впускной трубопровод (рис. 13 и 14). Газы могут отсасываться двумя путями: первый путь – вверх в пространство за фильтрующим элементом воздушного фильтра и затем через карбюратор во впускной трубопровод; 36

второй путь – через малый шланг в калиброванное отверстие золотникового устройства карбюратора, которое ограничивает количество отсасываемых газов и регулирует режим отсоса газов при различной частоте вращения коленчатого вала. Если картерные газы будут проходить непосредственно через карбюратор, то они могут вызвать осмоление его каналов, жиклеров и подвижных деталей, что нарушит нормальную работу системы смесеобразования. Поэтому отвод картерных газов непосредственно во впускной трубопровод исключает осмоление карбюратора.

Рис. 12. Открытая вентиляция картера двигателя ЗМЗ-53: 1 – воздухоочиститель; 2 – маслоналивной патрубок; 3 – маслоотражатель; 4 – отсасывающая трубка

37

Горючая смесь Картерные газы

Рис. 14. Закрытая вентиляция картера двигателя автомобиля «Москвич-2140»: 1 – маслоналивная горловина; 2 – воздушный фильтр; 3 – карбюратор; 4 – впускной трубопровод; 5 – цилиндр

2.3. Условия работы моторного масла Рис. 13. Закрытая вентиляция картера двигателя ВАЗ-2105: а – на малой частоте вращения холостого хода; б – при открытии дроссельной заслонки; 1 – золотник; 2 – калиброванное отверстие; 3 – впускной трубопровод; 4 – дроссельная заслонка; 5 – шланг отвода газов в задроссельное пространство; 6 – карбюратор; 7 – воздушный фильтр; 8 – всасывающий патрубок; 9 – пламегаситель; 10 – шланг; 11 – крышка маслоотделителя; 12 – маслоотделитель; 13 – сливная трубка маслоотделителя 38

Работоспособность двигателя внутреннего сгорания (ДВС) зависит от четкого функционирования системы смазки, рабочим телом которой является моторное масло. Как отмечалось выше, основным назначением системы смазки является своевременный подвод чистого и, при необходимости, охлажденного моторного масла к трущимся деталям для уменьшения трения 39

и износа этих деталей за счет создания на их поверхностях прочной масляной пленки. Для эффективного осуществления столь важных функций, выполняемых моторным маслом, современные ДВС имеют разветвленную систему циркуляционной смазки трущихся деталей (рис. 15).

Под давлением масло поступает почти во все подшипники скольжения двигателя. В некоторых двигателях под давлением смазываются направляющие толкателей, поршневые пальцы в подшипнике верхней головки шатуна, подшипники вала привода распределителя зажигания, вала привода водяного насоса и плунжерные пары насоса высокого давления дизельного двигателя. К остальным трущимся поверхностям масло поступает разбрызгиванием. Исходя из сказанного, рассмотрим, в каких условиях будет выполнять свои функции моторное масло. 2.3.1. Принцип работы коренных и шатунных подшипников скольжения коленчатого вала

Рис. 15. Схема смазочной системы: 1 – маслоприемный патрубок; 2 – редукционный клапан; 3 – масляный радиатор; 4 – датчик указателя давления масла; 5 – главная масляная магистраль; 6 – крышка маслоналивной горловины; 7 – полость в оси коромысел; 8 – канал в коленчатом валу; 9 – пробка полости в шатунной шейке; 10 – перепускной клапан (закрыт); 11 – канал для подачи масла к оси коромысел; 12 – фильтрующий элемент; 13 – пробка для слива отстоя масла; 14 – отверстие для разбрызгивания масла; 15 – датчик сигнальной лампы пониженного давления масла; 16 – перепускной клапан; 17 – кран масляного радиатора; 18 – масляный насос; 19 – пробка; 20 – маслоуказательный стержень 40

Коренные подшипники скольжения коленчатого вала работают в тяжелых условиях, которые характеризуются большими динамическими нагрузками со стороны шеек коленчатого вала и высокой угловой скоростью его вращения (рис. 16). Надежность работы подшипников определяется: 1) конструкцией, прочностными, антифрикционными и антикоррозионными свойствами материала вкладышей; 2) максимальными и средними за рабочий цикл нагрузками и характером трущихся усилий; 3) качеством обработки и точностью изготовления шеек коленчатого вала; 4) физико-химическими свойствами моторного масла, организацией его подачи, количеством, давлением и температурой. Коренные подшипники скольжения выполняют в виде сменных вкладышей, которые устанавливают в соответствующие гнезда картера. Материал подшипника должен: 1) иметь высокое сопротивление усталостному выкрашиванию и быть пластичен к деформациям; 2) хорошо прирабатываться к валу и не вызывать его повышенного износа; 3) иметь высокие противозадирные свойства; 4) сохранять механические свойства при повышенной температуре; 5) обладать хорошими противокоррозионными свойствами. В зависимости от нагруженности коренных подшипников в них применяют различные по своему составу и свойствам материалы: спла41

Рис. 16. Коленчатый вал двигателя и детали, обеспечивающие его работу: 1 – храповик; 2 – стопорная шайба; 3 – шкив; 4 – передний сальник; 5 – маслоотражатель; 6 – шестерня привода масляного насоса и прерывателя-распределителя; 7 – распорная втулка; 8 – звездочка привода газораспределительного механизма; 9 – сегментные шпонки; 10 – коленчатый вал; 11 – пробка; 12 – коренные вкладыши; 13 – прокладка; 14 – крышка заднего сальника; 15 – шпилька; 16 – шайба; 17 – гайка; 18 – задний сальник; 19 – штифт кожуха сцепления; 20 – стопорная пластина; 21 – болт; 22 – маховик; 23 – трубчатые штифты; 24 – крышка коренного подшипника; 25 – упорные полукольца; 26 – крышка среднего коренного подшипника 42

вы на свинцовой основе с содержанием олова, сурьмы и меди; стальные вкладыши с заливкой свинцовой бронзы; сталеалюминевые вкладыши, обладающие высокой усталостной прочностью и хорошими противоизносными свойствами и др. Конструктивной особенностью коренных вкладышей является наличие на их рабочей поверхности отверстий и кольцевых канавок для обеспечения непрерывной подачи масла к шатунным подшипникам. Шатунные подшипники скольжения коленчатого вала работают в более тяжелых условиях, чем коренные подшипники. Это обусловлено, прежде всего, их неравномерной нагруженностью. На верхнюю половину шатунного подшипника действует непродолжительная, но высокая нагрузка расширяющихся газов, а на нижнюю часть более длительно действуют силы инерции поршневой и шатунных групп. Более затруднительный подвод масла к шатунным подшипникам, чем к коренным. Неравномерная знакопеременная нагрузка на шатунный подшипник затрудняет образование устойчивого масляного слоя, и в некоторых условиях может произойти нарушение жидкостного трения, схватывание микровыступов материалов и появление задиров. Производство шатунных вкладышей конструктивно выполняют подобно вкладышам коренных подшипников и с тем же материалом антифрикционного слоя. Обычно толщина стальной ленты для изготовления шатунных вкладышей для бензиновых двигателей составляет 1,3…1,6 мм, а для дизельных двигателей – 2…36 мм. Толщина слоя антифрикционной заливки соответственно 0,2…0,4 и 0,3…0,7 мкм. 2.3.2. Принцип работы шатунно-поршневой группы в цилиндрах двигателя Поршень с шатуном, поршневые кольца, поршневой палец и фиксирующие его детали образуют шатунно-поршневую группу внутри цилиндров рабочих полостей двигателя (рис. 17). Герметичность рабочей полости обеспечивается ее конструкцией и качеством моторного масла, которые решающим образом оказывают влияние на эффективные показатели и долговечность двигателя. При этом общие потери на трение внутри двигателя составляют примерно 25 % от индикаторной мощности. Из них потери на трение поршня и поршневых колец составляют 45…64 % от общих потерь, а потери на трение в коренных и шатунных подшипниках скольжения коленчатого вала состав43

ляют 5…10 % от общих потерь. Остальные потери приходятся на трение в редукторах, приводных механизмах и насосах, причем потери на трение поршневых колец будет 9,6 % от эффективной мощности, а потери на трение в подшипниках скольжения примерно 2 %.

Рис. 17. Шатунно-поршневая группа: а – поршень с шатуном; б – установка поршневых колец; 1 – крышка шатуна; 2 – шатунные вкладыши; 3 – гайка; 4 – болт; 5 – шатун; 6 – втулка верхней головки шатуна; 7 – стопорное кольцо; 8 – поршневой палец; 9 – поршень; 10 – компрессионные кольца; 11 – кольцевые диски маслосъемного кольца; 12 – осевой расширитель; 13 – радиальный расширитель; А – выступы

Поршни работают в чрезвычайно тяжелых условиях, которые характеризуются: 1) воздействием высокого давления расширяющихся газов; 2) контактом с горячими продуктами сгорания; 3) движением с переменной по величине и направлению скоростью. Давление газов внутри цилиндра достигает 35…45 кг/см2 в двигателях с электроискровым воспламенением рабочей смеси, а в двигателях с воспламенением от сжатия – 65…85 кг/см2. На днище поршня бензинового двигателя действует сила 3…4 т, а на днище поршня дизельного двигателя действует сила расширяющих44

ся газов в 17…20 т. Такие силы вызывают высокие удельные давления в шатунных и коренных подшипниках. Температура газов в двигателях за время одного цикла колеблется от 300 до 2200…2800 °C. При этом днище поршня воспринимает на себя от 10 до 30 % тепла, отводимого от рабочего тела в систему охлаждения, и нагревается до температуры 300…320 °C. Такая высокая температура поршня вызывает коксование масла в зоне поршневых колец. Перемещение поршня под воздействием газовых и инерционных нагрузок сопровождается повышенным трением и износом. Наибольший износ наблюдается на торцевых поверхностях канавок для поршневых колец, на боковых поверхностях поршня и в отверстиях для поршневого пальца. Для уменьшения перекачки масла в камеру сгорания и обеспечения лучшего режима смазки цилиндра поршни оборудуют маслосъемными кольцами, а для увеличения теплоотдачи от днища поршня его принудительно охлаждают маслом, которое впрыскивается на внутреннюю поверхность днища из форсунки, расположенной на верхней головке шатуна или блоке двигателя. Для повышения теплостойкости и улучшения механических свойств при высоких температурах поршни изготавливают из высококремнистых (кремнеалюминиевых) сплавов с присадками никеля и меди. Поверхность теплонапряженного днища и жарового пояса для форсированных двигателей покрывают теплоизоляционной пленкой окислов толщиной до 100 мкм. Компрессионные кольца покрывают слоем пористого хрома, а поверхность гильзы подвергают обработке таким образом, чтобы в неровностях поверхности и углублениях пористого хрома удерживалась бы масляная пленка, и создавались бы микрорезервуары для масла. В результате при граничном трении за счет такой технологической обработки обеспечивается несущая поверхность пары кольцо–гильза. Внутренние потери на трение в двигателе, приходящиеся на поршневую группу, обычно достигают 50…60 %. Поэтому, чтобы снизить потери на трение, надо уменьшить число компрессорных колец и понизить их размер по высоте. Первое компрессорное кольцо наиболее интенсивно отводит теплоту в гильзу, так как оно всегда работает в условиях граничного трения. 45

Компрессионные и маслосъемные поршневые кольца являются упругими элементами поршневой группы и выполняют роль уплотнения. При этом они обеспечивают: 1) герметичность рабочей полости двигателя; 2) отвод тепла от головки поршня; 3) предотвращают перекачку масла в камеру сгорания. Кольца работают в условиях высоких давлений и температуры газов, сил инерции и трения, поэтому для изготовления поршневых колец применяют перлитный чугун с легированными присадками Si, Cr, Ni, Mo, W, которые обеспечивают хорошую прирабатываемость поршневых колец без задиров и рисков. Насосное действие компрессионных колец и расход масла на угар можно снизить следующими методами: 1) оптимизацией антифрикционных и противоизносных свойств моторного масла; 2) конструкцией маслосъемных колец. Поршневой палец обеспечивает шарнирное соединение шатуна с поршнем и работает в условиях больших динамических нагрузок циклического характера. Качательный характер шатуна создает полужидкостный характер смазки, что обусловливает неравномерный износ. Выводы 1. Конструкции систем смазок в ДВС зависят от размещения в них запасов масла. Они могут быть с мокрым или сухим картером. 2. Количество моторного масла, циркулирующего по системе, зависит: а) от теплоты, которое отводит масло при номинальном режиме работы двигателя; б) плотности масла; в) теплоемкости масла и степени его нагрева. 3. Основными приборами систем смазок являются масляные насосы, редукционные клапаны, масляные фильтры, масляные радиаторы и системы вентиляции картеров. 4. Работоспособность любого ДВС зависит от условий, в которых функционирует моторное масло. 5. Условия работы моторного масла зависят от термодинамических параметров работы коренных и шатунных подшипников скольжения 46

коленчатого вала, а также от термодинамических параметров работы шатунно-поршневой группы в цилиндрах ДВС. Контрольные вопросы 1. Какая система смазки называется с мокрым картером? 2. Какая система смазки называется с сухим картером? 3. Какие детали ДВС смазываются под давлением? 4. Какие детали ДВС смазываются разбрызгиванием? 5. От каких параметров зависит количество масла, циркулирующего по магистрали системы смазки? 6. Что такое односекционный масляный насос и в каких системах смазки он находит применение? 7. Что такое двух- или трехсекционные масляные насосы и в каких системах смазки они находят применение? 8. Для чего предназначены редукционные клапаны в масляных насосах? 9. В чем заключается принцип работы полнопоточного масляного фильтра? 10. В чем заключается принцип работы фильтра центробежной очистки масла? 11. Для чего предназначен масляный радиатор? 12. В каком случае масляный радиатор включают в систему смазки последовательно? 13. В каком случае масляный радиатор включают в систему смазки параллельно? 14. Для чего предназначена вентиляция картера ДВС? 15. В чем заключается принцип работы открытой вентиляции картера? 16. В чем заключается принцип работы закрытой вентиляции картера? 17. Как характеризуются тяжелые условия работы коренных подшипников скольжения коленчатого вала, и в чем заключается надежность их работы? 18. Какие требования предъявляются к материалам для изготовления подшипников скольжения? 19. Чем обусловлены более тяжелые условия работы шатунных подшипников скольжения по сравнению с коренными подшипниками скольжения коленчатого вала? 20. В чем заключается принцип работы шатунно-поршневой группы и характеристика условий, в которых она находится?

47

Глава 3. МОТОРНЫЕ МАСЛА 3.1. Основные требования к качеству моторных масел На долговечность двигателей и надежность их работы большое влияние оказывает качество применяемых моторных масел. Нагрузочные и скоростные режимы двигателей приводят к уменьшению удельной емкости системы смазки, а также к повышению температуры основных деталей и узлов. При этом условия работы масла ужесточаются, что приводит к интенсивному процессу его окисления. В этих условиях у масла понижаются основные функции, заключающиеся в том, чтобы снизить трение и уменьшить износ трущихся деталей за счет создания на их поверхности прочной масляной пленки и при этом обеспечить: уплотнение зазоров в сопряженных деталях; эффективный отвод тепла от трущихся поверхностей деталей; удаление из зон трения продуктов износа; защиту рабочих поверхностей деталей от коррозионного воздействия продуктов окисления и сгорания топлива; предотвращение образования всех видов отложений (нагаров,

Чтобы эти эксплуатационные требования были выполнимы, у моторного масла должны быть определенные свойства, важнейшими из которых являются вязкостно-температурные, противоизносные (смазывающие), противоокислительные, диспергирующие (моющие), противокоррозионные и др. 3.2. Эксплуатационные свойства моторных масел 3.2.1. Вязкостно-температурные свойства

надежно защищало трущиеся поверхности и другие металлические детали от атмосферной коррозии.

Вязкость моторного масла является основным показателем, характеризующим качество смазывания, распределение масла по поверхности трения, потери энергии на трение и износ деталей двигателя. Вязкость – это такое свойство масла, которое оказывает сопротивление при перемещении его слоев под действием внешней силы. Это свойство является следствием его внутреннего трения, возникающего между молекулами. Различают вязкость динамическую и кинематическую. Динамическая вязкость характеризуется текучестью масла в экстремальных условиях, то есть при низкой температуре применительно к условиям пуска холодного двигателя и при высокой температуре, когда скорости сдвига близки к реальным. Если две поверхности масла площадью в 1 м2 на расстоянии 1 м сдвигаются в течение 1 с с силой в один Н (ньютон), то единицей измерения динамической вязкости в этом случае будет пуаз, который обозначается буквой = Н с/м2. Кинематическая вязкость характеризуется текучестью масла при нормальной и высокой температурах. Единицей измерения является стокс (Ст = см2/с) или сантистокс (сСт = мм2/с). С изменением температуры вязкость масла существенно изменяется. Так, при изменении температуры на 100 °C вязкость масла может измениться в 250 раз. На сетке с логарифмическими координатами показана номограмма для определения индекса вязкости моторного масла (рис. 18). Учитывая линейный характер зависимости, по номограмме можно определить вязкость масла при любой температуре. С повышением температуры вязкость масла понижается, а характер изменения вязкости на графике выражается параболой (рис. 19, а). Такая зависимость неудобна для расчетов вязкости. Поэтому кривую зависимости вязкости от температуры обычно представляют в полулогарифмических координатах, в которых она приобретает практически прямой характер (рис. 19, б).

48

49

сохранность первоначальных свойств, т. е. высокую стабильность при обводнении, окислении и механическом воздействии; недопущение большого расхода и увеличение своего срока службы. Для обеспечения указанных функций необходимо, чтобы качество моторного масла удовлетворяло основным эксплуатационным требованиям, а именно: обладало оптимальными вязкостными свойствами, которые предопределяют надежную и экономичную работу механизмов, узлов и деталей двигателя на всех эксплуатационных режимах его работы; имело хорошую смазывающую способность, чтобы предотвращать изнашивание трущихся деталей; химическая стойкость должна обеспечивать минимальное изменение свойства масла и не допускать образование коррозионно-активбыло бы устойчиво к процессам испарения, выпаривания при-

ти. Так, в масляной пленке коренного подшипника скольжения коленчатого вала двигателя величина давления достигает до 500 МПа. Зависимость вязкости масла от давления определяют по уравнению Гуревича = о (1 + k P), р и о – соответственно вязкость при давлении 0,4 МПа и Р, мм2/с; k – коэффициент для нефтяных (минеральных) масел, k 0,025. С повышением давления вязкость более жидких масел возрастает в меньшей степени, чем более вязких масел. При давлении (1,5…2,0) 103 МПа минеральное масло затвердевает. Вводимые в базовое масло присадки способствуют сохранению несущей способности масляного слоя при увеличении нагрузки. Эксплуатационные факторы, такие как быстрота запуска двигателя, прокачивание масла по системе смазки, охлаждение трущихся деталей и их очистка от загрязнений в наибольшей степени зависят от вязкости масла. При нормальной работе двигателя с использованием минеральных (незагущенных) масел из-за накопления продуктов окисления, сгорания и износа вязкость масла увеличивается. При этом происходит ухудшение поступления масла к парам трения, снижается работоспособность системы фильтрации масла и ухудшаются пусковые свойства двигателя. Из-за неполного сгорания топлива или вследствие утечек его из системы питания оно может попадать в масло работающего двигателя, в результате чего снижается вязкость масла и оно разжижается. Это приводит к износу подшипников скольжения коленчатого вала. О степени разжижения масла топливом и о наличии в нем более легких топливных фракций можно судить по параметру, который называется температурой вспышки. Эта температура характеризует огнеопасность масла, дает представление о характере углеводородов в нем и позволяет узнать о наличии примесей легкоиспаряемых компонентов. На температуру вспышки масел влияет атмосферное давление, которое обязательно необходимо учитывать при определении температуры вспышки, используя формулу где

t масла, С

Рис. 18. Номограмма для определения вязкости масла при различных его температурах в двигателе

а)

б) lg Q

Кинематическая вязкость

Q

Температура, qС

Температура, qС

Рис. 19. Зависимость вязкости масла от температуры: а – в прямолинейных координатах; б – в полулогарифмических координатах

С повышением давления вязкость масла возрастает. Величины давления в масляной пленке, заключенной между трущимися поверхностями, могут быть значительно выше, чем сами нагрузки на эти поверхнос50

р

t = tP + 0,0345 (760 – P), где t – определяемая температура вспышки масла; 51

tP – температура вспышки масла при атмосферном давлении P; P – атмосферное давление в момент определения температуры вспышки. У современных моторных масел температура вспышки обычно больше 200 °C. Если окажется, что масло разжижено топливом, то температура вспышки станет ниже 175 °C. С понижением температуры вспышки внутреннее взаимодействие между молекулами масла начнет усиливаться, объем макромолекул полимеров, наоборот, будет уменьшаться и макромолекулы станут «свертываться» в клубки. При повышении температуры клубки макромолекул «разворачиваются» в длинные разветвленные цепи, присоединяют к себе молекулы базового масла, объем их становится больше, отчего вязкость масла возрастает. Масла, в которые добавляют загущенные присадки, обладают необходимым уровнем вязкости при положительных температурах от 50 до 100 °C и пологой кривой изменения вязкости (рис. 20).

Интенсивность изменения вязкости с повышением или понижением температуры определяется показателем, который называется индексом вязкости (ИВ). Он определяется путем сравнения вязкости данного масла с двумя эталонными маслами, вязкостно-температурные свойства одного из которых приняты за 100, а второго за 0 единиц. Индекс вязкости определяют по номограмме (рис. 21) расчетным путем или по специальным таблицам. Для определения индекса вязкости по номограмме необходимо знать значения кинематической вязкости масла при температурах 50 и 100 °C.

Q, мм2/с

1

2

t, qС Рис. 20. Влияние вязкостной присадки на вязкость масла при различных температурах: 1 – маловязкое масло; 2 – то же масло с вязкостной присадкой (загущенное)

52

Рис. 21. Номограмма для определения индекса вязкости моторных масел

Чем выше индекс вязкости, тем более пологой кривой характеризуется моторное масло и тем лучше его вязкостно-температурные свойства (рис. 22). 53

Из двух моторных масел с одинаковой вязкостью при температуре 100 °C, но с разными индексами вязкости одно (1) можно применять только в теплое время, так как при низких температурах оно теряет свою подвижность, а другое масло (2) можно применять всесезонно. Оно обеспечит легкий пуск двигателя при низких температурах воздуха и жидкостное трение при рабочих температурах. Такие масла получили название всесезонные, поскольку они имеют одновременно свойства одного из зимних и одного из летних классов. У всесезонных масел высокий индекс вязкости – 115…140. Поэтому, учитывая, что вязкость масла и его индекс вязкости характеризует работоспособность узла трения, в стандартах на масла эти параметры нормируются в количественном выражении. Для автомобильных моторных масел индекс вязкости должен быть не менее 90. В системах смазки современных автомобильных двигателей обычно применяются загущенные всесезонные масла. При их использовании мощность двигателя повышается на 3..7 %. Это обеспечивается высоким индексом вязкости и способностью загущенных масел снижать вязкость в парах трения при высоких скоростях сдвига.

Кроме этого, использование загущенных всесезонных масел облегчает пуск двигателя и сокращает время его прогрева, снижает механические потери на трение, в результате чего снижается расход топлива, увеличивается долговечность деталей и срок службы масла. Экономия топлива при больших пробегах автомобилей достигает более 5 %, а при коротких пробегах в зимнее время и с частыми пусками двигателей достигает до 15 %. К недостаткам загущенных масел относят низкую стабильность загущенных присадок при высоких температурах, так как это вызывает ухудшение вязкостно-температурных характеристик масел при длительной бессменной работе их в двигателях. Считается, что средняя температура масла в картере и в масляной магистрали двигателя равна 100 °C. Эту температуру принято считать рабочей. Вязкость масла при этой температуре включается в его маркировку. Например, в марке масла М-12 Г1 цифра 12 означает номинальную вязкость в сСт при 100 °C. Поэтому правильный подбор масла с оптимальным значением вязкости зависит прежде всего от конструкции и режима работы узла трения. Это имеет значение для каждого конкретного случая. Так, масла повышенной вязкости требуются для двигателей высоконагруженных, низкооборотных (тихоходных) или работающих в условиях напряженного теплового режима. При этом чем выше вязкость масла в работающем двигателе, тем надежнее уплотнение, меньше вероятность прорыва газов и убыль масла на угар. Поэтому применение масел с большой вязкостью целесообразно в тех условиях, когда двигатель изношен, зазоры увеличены или эксплуатационные условия характеризуются высокой запыленностью, повышенной температурой, изменяющимися в значительных пределах нагрузками. Масла с меньшей вязкостью применяют для легконагруженных высокооборотных (быстроходных) двигателей. В этом случае запуск двигателя становится легче, масло по системе смазки прокачивается лучше, теплоотдача от поверхностей рабочих деталей ускоряется и улучшается их очистка от механических примесей. Свойство, при котором моторное масло теряет свою текучесть, называется застыванием. При понижении температуры до определенной величины текучесть масла снижается, а при дальнейшем понижении оно застывает. Процесс происходит следующим образом: с увеличением вязкости масла из него выделяются высокоплавкие углеводороды (парафин

54

55

2

1

Рис. 22. Зависимость вязкости моторных масел от температуры для различных значений индекса вязкости: 1 – ИВ 90; 2 – ИВ 140

и церезин), а при полной потере текучести масла микрокристаллы твердых углеводородов (парафины) образуют пространственную кристаллическую решетку, которая связывает все масло в единую неподвижную массу. Температуру, при которой масло полностью теряет свою текучесть, называют температурой застывания. Нижний температурный предел применения масла примерно на 8…12 °C выше температуры застывания, то есть

Под противоизносными (смазывающими) свойствами масла понимают его способность препятствовать износу поверхностей трения, образованию на трущихся поверхностях прочной пленки, исключающей непосредственный контакт деталей. Высокие противоизносные свойства масла особенно востребованы при небольших частотах вращения коленчатого вала, когда появляются высокие удельные нагрузки, а также когда геометрические формы или размеры деталей имеют существенные отклонения. Это чревато задирами и разрушением трущихся поверхностей деталей. Противоизносные (смазывающие) свойства масла зависят от его вязкости, вязкостно-температурной характеристики, смазывающей способности и чистоты масла. С повышением температуры масла его адсор-

бционный слой ослабляется, а при температуре 150…200 °C прочность масляной пленки достигает грани сухого трения и разрушается. Масла с высокими противоизносными свойствами для предупреждения изнашивания способны формировать такой режим трения, который исключает непосредственный контакт трущихся поверхностей металлов. Поэтому изнашивание может быть вызвано цикличностью нагрузок на отдельных участках поверхностей трения, а также усталостными разрушениями металла (например, усталостные трещины в галтелях коленчатых валов). Хорошим смазывающим свойством моторного масла является его способность предотвращать изнашивание, задиры и сваривание путем полирующего действия трущейся поверхности металла продуктами реакции смазочного материала, которые образуются при химическом взаимодействии с металлом. Особенно в этом случае эффективна комбинация расклинивающего и полирующего действия, так как сила трения между трущимися поверхностями зависит от их шероховатости. Чем ровнее поверхность трения, тем меньше механическое и больше молекулярное трение, и наоборот. С другой стороны, на мелкошероховатой поверхности масло удерживается лучше. Поэтому для оптимизации режима трения в быстроходных мощных дизельных двигателях на поверхности гильз методом хонингования создают специальные борозды углублений до 3 мкм, в которых удерживается масло для постоянной смазки поверхностей цилиндров. Отложения в кольцевых канавках полируют стенки цилиндров до зеркального блеска. О смазывающей способности или «маслянистости» масла судят по его химическому составу, вязкости и по наличию присадок. На маслянистость масел оказывают влияние смолистые вещества, высокомолекулярные кислоты и сернистые соединения, которые могут содержаться в маслах и обладать высокими поверхностно-активными свойствами. Для снижения потерь на трение в моторные масла вводят антифрикционные присадки, основой которых служат беззольные органические соединения, содержащие в себе благородные металлы: никель, кобальт, хром, молибден. Малорастворимые поверхностно-активные вещества такого типа образуют в узлах трения многослойные защитные пленки с внедрением легирующих металлов в зону трения. Особое место при этом принадлежит молибдену, атомы которого способны связывать атомы железа и образовывать структуры, стойкие к местному выкрашиванию металла (питтингу) и фреттинг-коррозии. Более того, в результате

56

57

tо.в = tз – (8…12), где tо.в – нижний температурный предел окружающего воздуха, °C; tз – температура застывания определенной марки масла (регламентируется стандартом), °C. Снижения температуры застывания масел добиваются путем депарафинизации (частичного удаления парафинов) или добавлением присадок-депрессантов в процессе производства масел. Депрессанты предотвращают образование кристаллической решетки, когда кристаллы парафина объединяются в объемные структуры. При этом, понижая температуру застывания масла, депрессанты не влияют на его вязкостные свойства. Таким образом, оптимальные вязкостно-температурные свойства масла предопределяют надежную и экономичную работу механизмов, узлов и деталей двигателя на всех эксплуатационных режимах его работы. 3.2.2. Противоизносные (смазывающие) свойства

окисления поверхностных слоев только этот металл образует оксиды, температура плавления и твердость которых на порядок ниже, чем у металла поверхности трения. Таким образом, правильный выбор вязкости масла в значительной мере влияет на скорость изнашивания. Высоковязкие масла при низких температурах загустевают, что затрудняет их доступ к трущимся поверхностям деталей. В то же время пуск и прогрев двигателя на менее вязких (жидких) маслах облегчается. Режим жидкостного трения наступает быстрее. 3.2.3. Противоокислительные свойства При хранении и в процессе работы моторное масло подвергается глубоким химическим изменениям: окислению, полимеризации, алкилированию, разложению и т. д. При этом в маслах образуются коксовые, смолистые, асфальтеновые и другие вещества. Учеными Н. И. Черножуковым и С. Э. Крейном, проводившими исследования окислительных свойств различных масел, было установлено, что для большинства углеводородов первичными продуктами окисления являются перекисные соединения: моноалкил перекиси R–O–O–H, диалкил перекиси R–O–O–R и другие, у которых в дальнейшем окисление и окислительная полимеризация углеводородов протекают еще по двум направлениям:

Углеводородные перекиси

кислоты – оксикислоты – сложные эфиры – кислые смолы (асфальтогеновые кислоты) смолы – асфальтены – карбены – карбоиды

Среди этих групп углеводородов, входящих в состав моторного масла, при высоких температурах легче всех окисляются алкановые, затем циклановые и ароматические углеводороды. Повышенное давление воздуха ускоряет процесс окисления, так как усиливается процесс взаимной диффузии масла с атмосферным воздухом. При этом решающее влияние на процесс окисления оказывает температура. Опытным путем было установлено, что масла, хранящиеся при 58

температуре 18…20 °C, сохраняют свои первоначальные свойства в течение 5 лет, а начиная с 50…60 °C скорость окисления удваивается с увеличением температуры на каждые 10 °C. Поэтому высокая тепловая напряженность деталей двигателя, с которыми моторному маслу приходится контактировать, а также взаимодействие его с отработавшими газами, которые прорываются в картер из камер сгорания, резко ухудшают его качество. Продолжительность работы масла в двигателе зависит от его химической стабильности, под которой понимают способность масла сохранять свои первоначальные свойства и противостоять внешнему воздействию при нормальных температурах. На стабильность моторных масел сильное влияние оказывают следующие факторы: химический состав, температурные условия, длительность окисления, каталитическое действие металлов и продуктов окисления, площадь поверхности окисления, а также присутствие в маслах воды и механических примесей. Повышение термической напряженности моторных масел зависит от конструкции ДВС и принципов их работы. Например, использование наддува, применение герметизированной системы охлаждения, уменьшение объема системы смазки, масляное охлаждение поршней и другие конструктивные решения вызывают возрастание опасности термического и механического разрушения масляной пленки в основных сопряженных парах узлов и механизмах двигателя. В результате этого возможны износ деталей, загрязнения продуктами окислительной полимеризации углеводородов масла и топлива с последующим закоксовыванием поршневых колец, засорением дренажных отверстий масляных каналов и т. д. Все эти явления снижают надежность работы двигателей, увеличивают затраты на их техническое обслуживание, а в ряде случаев являются причиной аварийных ситуаций и преждевременного выхода их из строя. Таким образом, чтобы обеспечить минимальное изменение свойства моторного масла и не допустить образования корзозионно-активных продуктов с вредными отложениями в нем, масло должно обладать достаточной химической стойкостью. Для замедления реакций окисления и уменьшения образования отложений в двигателе в моторные масла вводят противоокислительные присадки, действие которых основано на торможении образования активных радикалов в начальной стадии цепного процесса окисления, разложении уже образовавшихся переки59

сей и переводе их в устойчивое к окислению состояние, препятствуя тем самым распространению цепной реакции, в уменьшении каталитического действия окисей и солей металлов на процесс окисления. 3.2.4. Противокоррозионные свойства Проблемы защиты металлов от коррозии возникают при изготовлении, эксплуатации и хранении автомобилей. Это очень важная проблема, стоящая перед современной химмотологией. При хранении автомобилей на открытых площадках двигатели подвергаются коррозионному воздействию, вызывающему ржавление внутренних полостей и деталей. В результате коррозионных процессов поверхностный слой деталей разрыхляется и разрушается, что неизбежно влечет за собой их повышенный износ и снижение общей долговечности работы двигателей. Коррозия усиливается с повышением влажности и температуры воздуха при наличии в нем агрессивных газов. Коррозионное воздействие становится особенно интенсивным, когда двигатель эксплуатируется или хранится в зонах влажного жаркого тропического или морского климата. Масло в этом случае играет двойную роль: с одной стороны, оно защищает поверхности деталей от агрессивного влияния внешней среды; а с другой – масло само вызывает коррозию из-за присутствия в нем веществ, обладающих коррозионным действием. Причиной коррозионных свойств масел является то, что в них содержатся перекиси органических и неорганических кислот и другие продукты окисления, а также сернистые соединения, щелочи и вода. В свежем моторном масле присутствуют природные органические кислоты и сернистые соединения, а в работающем масле накапливается присутствие более сильных кислотных агентов, при этом коррозионность этого масла возрастает. Однако несмотря на резко возрастающий рост коррозионности, она, по сравнению со свежим маслом, незначительна. Дело в том, что присутствие в свежих маслах органических (нафтеновых) кислот связано с их неполным удалением в процессе очистки, а также с содержанием в них 15…20 % сернистых соединений в виде сульфидов и компонентов остаточной серы, которые при высоких температурах приводят к выделению сероводорода, меркаптанов и других активных продуктов. В условиях высоких температур сернистые соедине60

ния становятся особенно агрессивными по отношению к серебру, меди и свинцу. В процессе использования моторного масла в зависимости от условий его работы, химической стабильности и содержания в нем антиокислителей, содержание кислот в работающем масле возрастает в 3…5 раз. Показателем коррозионной стойкости масла является кислотное число, которое не должно превышать 0,4 мг едкого калия КОН (гидрооксид калия) на 1 г масла. В коррозионном отношении эта концентрация практически не опасна. Благодаря высокой молекулярной массе кислóты, находящиеся в свежем масле, слабо диссоциируют, а кислóты, образующиеся при окислении масла, становятся наиболее опасными, так как их низкомолекулярная масса обладает повышенной коррозионной агрессивностью из-за хорошей растворимости в воде и лучшей диссоциации. При сгорании масла образуются высокомолекулярные органические кислоты, которые в присутствии кислорода пагубно действуют на металлы. Кислород входит в состав перекисей, поэтому в присутствии кислорода и воды металл подвергается электрохимическому растворению. При этом процесс коррозии происходит в виде химической реакции: Me + H2O +

1 O 2 2

Me(OH)2 + 2RCOOH

Me(OH)2

Me(RCOO)2 + 2H2O,

где Ме – металл. Протеканию коррозии в определенной мере способствует вода как основная среда для электрохимических процессов и катализатор процесса окисления масла. В свежем масле неорганические кислоты отсутствуют. Однако если в картер двигателя вместе с парами воды попадают серный SO2 и сернистый SO3 ангидриды, то в результате химической реакции образуется серная или сернистая кислоты, которые в коррозионном отношении становятся агрессивными к цветным металлам и сплавам. Защитные свойства масел обусловливаются созданием защитного слоя (барьера) на пути агрессивных продуктов (влаги и газов) к металлическим поверхностям. 61

62

Темп износа поршневых колец, мг/ч

Этим слоем являются поверхностно-активные вещества – ингибиторы коррозии, способствующие образованию на металлических поверхностях адсорбированных или химических пленок. Обычно коррозионные процессы в двигателях подавляют следующими способами: нейтрализацией кислых продуктов; замедлением процессов окисления; созданием на металле защитной пленки. Для замедления процесса образования перекисей кислот в моторные масла вводят антиокислительные присадки. Поскольку эти присадки полностью не предотвращают накопление окислительных продуктов, для создания на поверхностях деталей защитной пленки дополнительно в масло вводят пассиваторы. Пассиваторы – это органические соединения, содержащие отдельно серу или фосфор, а иногда оба эти элемента вместе, которые способны в результате химического взаимодействия присадки с металлом образовывать на поверхностях деталей стойкие защитные пленки. Кроме того, для уменьшения коррозионного износа металлических деталей в масла вводят присадки, обладающие щелочными свойствами и обеспечивающие нейтрализацию кислых продуктов, образующихся в масле. Щелочные свойства масла характеризуются щелочным числом, определяемым количеством гидроксида калия – КОН (едкого калия), который эквивалентен количеству соляной кислоты HCl, израсходованной на нейтрализацию всех основных соединений, содержащихся в 1 г масла. Щелочное число выражается в мг КОН на 1 г масла, и, согласно ГОСТу, оно не должно превышать 2…6 мг. На рис. 23 показано, что с увеличением нейтрализующей (щелочной) способности масла резко уменьшается износ поршневых колец. Щелочное число снижается при уменьшении концентрации моющих присадок. При этом в масле накапливаются кислые продукты, которые повышают коррозионный износ деталей. Следовательно, основной функцией щелочных присадок масла является нейтрализация кислот и защита металла от коррозии. Поэтому одним из признаков, свидетельствующих о необходимости смены масла, может являться уменьшение щелочного числа.

3

2

1

0 Нет

1–3

4–5

6–8

9–10

Среднее значение щелочности, мг КОН / г масла Рис. 23. Скорость износа поршневых колец при работе одноцилиндрового дизельного двигателя на маслах различных групп

3.3. Состав моторных масел В зависимости от способа производства все современные моторные масла бывают: минеральными, полученными из нефтяных фракций и очищенными от нежелательных примесей; синтетическими, полученными из органических соединений многоступенчатым синтезом; частично синтетическими, полученными смешиванием минеральных и синтетических масел. По составу товарные моторные масла представляют собой различные смеси базовых минеральных и синтетических масел, к которым добавлены присадки для достижения требуемых эксплуатационных свойств. 3.3.1. Базовые масла минеральные По способу выделения из нефти минеральные базовые масла подразделяются на дистиллянтные, остаточные и компаундные, т. е. смесь дистиллянтных и остаточных компонентов. 63

Качество минеральных базовых масел зависит от состава нефти, технологического процесса вакуумной дистилляции атмосферного остатка и способа очистки масляных дистиллятов от нежелательных примесей. Для производства базовых масел в России наиболее широко используют пермские (легкие) и западно-сибирские (сернистые) нефти. Пермские нефти имеют низкое содержание серы, смол, асфальтенов, но повышенное содержание парафиновых и нафтеновых углеводородов. Масляные дистилляты из Пермских нефтей по отношению к фенолу имеют относительно высокую критическую температуру растворения (70…80 °C), что затрудняет процесс экстракции высокоплавких парафинов. Западно-сибирские нефти по сравнению с пермскими, наоборот, имеют повышенное содержание серы, смол, асфальтенов и низкое содержание парафинов. Такой состав нефти облегчает процесс депарафинизации, но усложняет процесс очистки от других нежелательных компонентов. Современные вакуумные установки обеспечивают разделение мазута на более «узкие» фракции и производство «широкого» ассортимента масел по нормативам вязкости. Например, на высокоавтоматизированной вакуумной установке ВДУ-5 производят четыре масляные фракции с различными вязкостями при температуре 100 °C: маловязкую – 4…4,5 сСт; средневязкую – 4…5,5 сСт; вязкую – 7,5…8,5 сСт; высоковязкую – 8,5…9,5 сСт. «Узкое» фракционирование позволяет повышать вязкость остаточного компонента до 25 сСт при 100 °C, а в составе гудрона, наоборот, понизить содержание фракций до 500 °C с 25 до 5 %. Повышение вязкостных характеристик «узких» масляных фракций позволило снизить в них содержание остаточных компонентов на 15…20 %, что благоприятно сказалось на эксплуатационных свойствах базовых масел. Качество базовых масел по отдельным характеристикам соответствует требованиям западных стандартов. Так, фирма «Лукойл-Пермьнефтеоргсинтез» поставляет на экспорт базовые масла марок SAE-10 и SAE-30, практически по качеству соответствующие мировому стандарту. Однако в некоторых случаях отечественные базовые масла уступают по своим свойствам западным аналогам, так как имеют более «широкий» фракционный состав, высокую испаряемость, более низкие 64

значения индекса вязкости и температуры вспышки, худший групповой углеводородный и химический состав, а также они содержат большое количество воды и азота. У западных производителей требования к типовым спецификациям смазочных масел гораздо жестче по сравнению с требованиями отечественных стандартов. Так, на экспортные российские базовые масла по ТУ 38.101 1270 допускаются такие послабления, как характеристики испаряемости, групповой углеводородный и химический состав, диэмульсационные показатели, что оказывает существенное влияние на востребованность российских базовых масел на западном рынке. 3.3.2. Базовые масла синтетические Синтетические масла получают при помощи процессов полимеризации и алкилирования непредельных углеводородов, хлорирования алкановых и ароматических углеводородов, конденсации эфиров и другими способами. Эти масла подразделяются на следующие классы: 1) углеводородные масла на основе полиальфаолефиновых соединений, изопарафиновых углеводородов и алкилбензола; 2) полиэфирные масла, включающие алифатические полиэфиры (полиалкиленгликоли), эфиры карбоновых кислот, эфиры себациновой кислоты, неопентилполиэфиры, эфиры фосфорной кислоты и др.; 3) силиконовые масла, включающие силоксаны и эфиры кремниевой кислоты. Свойства синтетических масел различаются не только между классами, но и внутри каждого класса. Синтетические базовые масла не имеют всей совокупности положительных качеств, характерных для минеральных масел. Однако отдельные синтетические масла обладают улучшенными эксплуатационными свойствами, превышающими свойства минеральных масел. Углеводородные масла. Полиальфаолефиновые (ПАО) масла наиболее распространены в технике и составляют более одной трети всех синтетических масел. Они отличаются универсальными смазочными свойствами, могут работать в широком интервале температур, обладают высоким индексом вязкости и стабильностью свойств. Эти масла не вызывают коррозии металлов, не оказывают отрицательного влияния на материалы прокладок, манжет и уплотнений и хорошо смешиваются с минеральными маслами. Из всех синтетических масел эти масла самые дешевые. 65

Полимеры этилена имеют высокий индекс вязкости до 130, низкие температуры застывания и невысокую коксуемость. Полимеры пропилена имеют умеренный индекс вязкости и низкую термическую стабильность. Сополимеры пропилена и этилена позволяют получить синтетические масла с индексом вязкости до 140 и с температурой застывания до –54 °C, высокой стойкостью к окислению до 200 °C и термической стабильностью до 315 °C. Полибутены с молекулярными массами 300…1500 применяют в качестве присадок, улучшающих индекс вязкости. Применение ограничено низкой окислительной и термической стойкостью. При температуре выше 200 °C они деполимеризуются. Полимеры высших олефинов получают из сырья на основе крекинга природных парафинов и синтетических олефиновых фракций первичных продуктов. Разветвленные -олефины имеют более низкие значения индекса вязкости, чем олефины с прямой цепью. Индекс вязкости повышается с увеличением молекулярной массы. Полимерные масла на базе крекинг-олефинов характеризуются хорошими вязкостно-температурными свойствами. Полимеры алкилированных ароматических углеводородов применяют в качестве базовых масел и специальных жидкостей с хорошими низкотемпературными свойствами. Низкозастывающие масла (–30 °C) с индексом вязкости выше 100 могут быть получены из крекинг-олефинов конденсацией с бензолом или его производными. Высококачественные смазочные масла получают комбинированной полимеризацией – конденсацией крекинг-олефинов с ароматическими нефтяными фракциями после тщательного удаления кислорода, серы и азота в присутствии катализатора AlCl3. Эфиры карбоновых кислот имеют низкие температуры застывания, высокие температуры вспышки, хорошие смазывающие и термические свойства. Они хорошо смешиваются с минеральными маслами. Эфиры фосфорной кислоты применяют в качестве огнестойких гидравлических жидкостей и присадок к маслам и топливам. Силиконовые масла. Силоксаны – это прямоцепочные полимеры алкил- и алкилсилоксанового ряда, свойства которых определяются молекулярной массой и природой боковых цепей. Они имеют сравнительно высокие температуры кипения, низкую испаряемость и высокие температуры вспышки. Обладая высокой термической стабильностью, име-

ют хорошую окислительную стабильность, химическую нейтральность и совместимость с эластомерами. Недостаток силоксанов – высокая растворимость воды. Сложные эфиры кремниевой кислоты, в отличие от силоксанов (углеводородные радикалы связаны через атом кислорода – Si–O–R), имеют низкую испаряемость, превосходные вязкостно-температурные характеристики. Как недостаток отмечается низкая гидролитическая стабильность. Частично синтетические масла содержат в смеси с минеральным маслом более 25 % синтетического масла. Хотя некоторые фирмы к частично синтетическим маслам относят масла с измененной молекулярной структурой гидрокрекинга масел минерального происхождения.

66

67

3.3.3. Особенности синтетических и полусинтетических моторных масел Синтетические и полусинтетические моторные масла, обладающие по ряду эксплуатационных свойств лучшими, чем нефтяные (минеральные) масла, показателями, находят в настоящее время все большее применение. К достоинствам синтетических и полусинтетических моторных масел относятся: более высокий индекс вязкости, чем у минеральных масел лучших марок и сортов; лучшая вязкостно-температурная характеристика в зоне отрицательных температур; более низкая температура подвижности обеспечивает более легменьшая склонность к образованию низкотемпературных отложений способствует нормальной эксплуатации в районах Крайнего Севера; высокие показатели вязкости при рабочих температурах 250…300 °C (в 3–5 раз выше равновязких или минеральных масел при температуре 100 °C) обеспечивают гарантированные условия гидродинамической смазки до более высоких температур и термическую стабильность; низкая испаряемость и малая склонность к образованию высокотемпературных отложений позволяют использовать эти масла в высо-

кофорсированных теплонагруженных двигателях при эксплуатации в условиях жаркого климата; синтетические масла в зависимости от синтетической основы характеризуются лучшими противоокислительными, диспергирующими свойствами и механической стабильностью, а также лучшими противоизносными и противозадирными характеристиками; большой срок службы до замены и меньший расход на угар сокращают эксплуатационный расход масла на 30…40 %; применение синтетических моторных масел на 4…5 % снижает расход топлива благодаря созданию оптимальных условий трения. Основные сравнительные показатели нефтяного (минерального) масла и синтетических моторных масел представлены в табл. 2.

3.3.4. Основные характеристики синтетических моторных масел

Синтетические масла объединяют в себе свойства самых маловязких зимних и вязких летних классов и имеют обозначение в западных странах Fully Synthetic – в переводе «полностью синтетическое». Стоимость синтетических моторных масел в среднем в 2–3 раза выше минеральных. Тем не менее применение их целесообразно не только с эксплуатационной точки зрения, но и с экономической, так как они обладают большим сроком службы в двигателях до их замены. Кроме того, у них меньший расход на угар.

Синтетические моторные масла в зависимости от основы бывают: диэфирными; полиалкенгликолевыми; полисилоксановыми (силиконовыми); фторуглеродными; хлорфторуглеродными. При производстве диэфирных синтетических масел используются сложные эфиры двухосновных карбоновых кислот. Диэфиры, образующиеся при взаимодействии двухосновных кислот с одноатомными спиртами и одноосновных кислот с многоатомными спиртами, применяются при производстве синтетических моторных масел наиболее часто. Каталитические процессы этерификации применяются при получении диэфира путем взаимодействия себациновой кислоты C8H16, вырабатываемой из касторового масла с изооктиловым спиртом C8H17OH. Масла, получаемые на основе диэфиров, превосходят минеральные почти по всем важнейшим эксплуатационным свойствам: они имеют более высокие индексы вязкости и низкие температуры застывания; у них меньше испаряемость и огнеопасность. В то же время диэфирные масла более агрессивны по отношению к деталям из маслостойкой резины, так как вызывают набухание и размягчение резиновых прокладок, резиновых манжет, дюритов, шлангов и т. д. Полиалкенгликолевые синтетические масла имеют лучшие, чем у минеральных, противоизносные свойства, отличаются более пологой вязкостно-температурной характеристикой, более низкой температурой застывания и высоким индексом вязкости. Они выдерживают высокие рабочие температуры (до 300 °C), не провоцируют коррозии металлов, а также, в отличие от эфирных масел, не вызывают набухания и размягчения натуральной и синтетической резины. Это вызвано тем, что полиалкенгликоли по своей структуре являются простыми полиэфирами с длинными цепями, получаемыми взаимодействием различных гликолей и других спиртов с окисью этилена или окисью пропилена, а также с их смесями. Молекула полиглюколя может содержать одну или несколько свободных гидроксильных групп, замена которых на алкильную эфир-

68

69

Таблица 2 Основные показатели синтетических и минеральных моторных масел

Наименование показателей Вязкость кинематическая при 100 °C, мм2/с Индекс вязкости Температура застывания, °C Температура вспышки, °C Температурный предел работоспособности, °C Потери на испарение при 100 °C за 22 ч, %

Нефтяное (минеральное масло)

Диэфирные

2,5

3,2

Синтетические масла ПолиПолиФторалкенсилокуглеглико- сановые родные левые 3,2 3,5 –

70 140…150 135…180 –40…–73 –43…–63 –53…–63 149

232

193

270 –63… –100 315

500 –3…–23

220

220

260…300

250

400…500

8

0,1

0,1

0,1

0

–

ную группу приводит к получению эфиров полигликолей. Различные радикалы, вводимые в молекулу полигликоля, влияют на свойства получаемых масел. Широкое применение синтетических масел на полигликолевой основе ограничивается только высокой стоимостью их производства. Полисилоксановые (силиконовые) синтетические масла отличаются низкой температурой застывания, имеют пологую вязкостно-температурную кривую и они термостабильны. Эти масла химически инертны, поэтому не вызывают коррозию стали, чугуна, меди, латуни, бронзы, свинца и других металлов даже при нагревании до температуры 150 °C. Это вызвано тем, что в их основе лежит цепочка из чередующихся атомов кремния и кислорода (Si–O–R). Углеводородные и другие органические радикалы различного строения закрывают боковые цепи атомов кремния. То есть эти полимерные кремнийорганические соединения находят все более широкое применение в качестве специальных смазочных масел и жидкостей с метильными или этильными радикалами. Поэтому они имеют название метилполисилоксаны или этилполисилоксаны. Однако у масел этой группы низкая смазывающая способность и противоизносные свойства, которые несколько улучшаются введением в них присадок. Поэтому полисилоксаны более перспективны в качестве рабочих жидкостей в гидравлических системах и гидроамортизаторах, а также для изготовления пластичных смазок. Фторуглеродные синтетические масла получают путем замены в углеводородах всех атомов водорода фтором. Они обладают хорошими смазывающими свойствами и используются в узлах трения, работающих при высоких температурах в атмосфере химически активных веществ. Это вызвано тем, что в них высокая термическая и химическая стабильности, инертность к кислотам и щелочам, а также минимальная коррозионная агрессивность. Однако низкая температура кипения и высокая температура застывания при очень крутой вязкостно-температурной кривой исключает их применение в качестве моторных масел. Хлорфторуглеводородные синтетические масла получают путем замены атомов водорода частично хлором, а частично фтором. Эти масла характеризуются более высокой температурой кипения, лучшими вязкостно-температурными свойствами и смазывающей способностью, но худшей термической и химической стабильностью. 70

3.3.5. Полусинтетические моторные масла Эти минеральные масла улучшены благодаря специальной технологии очистки и содержанию в них синтетических добавок. Обозначаются они как Semi-Synthetic, в переводе «полусинтетическое». Такие масла обладают лучшими эксплуатационными свойствами и, конечно, они дороже минеральных, однако дешевле полностью синтетических. Переход на хорошо очищенные минеральные, синтетические и полусинтетические масла облегчает пуск двигателя при низких температурах (до –40 °C) и экономит от 2 до 5 % топлива за счет снижения потерь на трение в гидродинамическом режиме смазки. 3.3.6. Присадки для базовых масел Присадки в базовые масла вводят для придания маслу новых свойств; для улучшения имеющихся свойств и для замедления нежелательных процессов. Эффективность действия присадок обусловливается их химическими свойствами, концентрацией, приемистостью к базовым маслам. Присадки классифицируют по функциональному действию: вязкостные, которые улучшают индекс вязкости и снижают темулучшающие смазывающие свойства (модификаторы трения, антиокислительные, предотвращающие окисление масла (антиоксиданты); антикоррозионные (ингибиторы коррозии); моющие (детергенты); противопенные и т. д. Большинство присадок являются многофункциональными, т. е. обладающими несколькими полезными свойствами. Например, моющие присадки одновременно являются и антикоррозионными. Вязкостные присадки применяют для улучшения вязкостно-температурных характеристик. Эти присадки еще называют модификаторами вязкости. К вязкостным присадкам относят депрессанты температуры застывания. Их действие основано на подавлении гелеобразования при низкой температуре в результате кристаллизации парафина. Модификаторы вязкости повышают текучесть масел при низкой температуре и стабилизируют вязкость при высокой. Это достигается 71

введением полимерных загустителей. При низкой температуре, когда масло вязкое, молекулы парафина находятся в «скрученном» виде и мало влияют на вязкость. С повышением температуры они «раскручиваются» и повышают вязкость жидкости (рис. 24). а)

б)

в)

Температура Низкая

Высокая

Рис. 24. Полимерные молекулы модификатора вязкости в холодном (а), промежуточном (б) и нагретом (в) масле

Таким образом, подавляется зависимость вязкости масла от температуры и повышается индекс вязкости. В качестве модификаторов вязкости применяют полиизобутилен, полиметанкрилаты, сополимеры этилена, пропилена, бутилена и др. Загущающие полимеры выпускают в виде растворов в стандартном базовом масле и поставляют на рынок маркированными как концентраты в соответствии с их загущающим эффектом. Полимерные модификаторы вязкости эффективны в маслах при умеренных нагрузках и невысокой деформации сдвига. При большой нагрузке и высокой деформации сдвига длинные молекулы загустителей могут разрываться на мелкие фрагменты, вследствие чего эффективность загустителя уменьшается. Однородные по длине и линейной конфигурации молекулы масла более устойчивы к механической деструкции. Депрессанты подавляют срастание кристаллов парафина и снижают температуру их кристаллизации. При понижении температуры из углеводородного масла начинают выпадать парафиновые кристаллы в виде игл и пластины с образованием пространственной кристаллической ре72

шетки, что приводит к потере текучести масла. Низкотемпературную текучесть улучшают глубокой депарафинизацией и добавлением депрессантов. Масла депарафинируют лишь частично до температуры застывания порядка –15 °C, а дальнейшее понижение температуры застывания еще на 20…30 °C достигается введением депрессорных присадок, в качестве которых применяют алкилнафталины, алкилфенолы и другие полимерные продукты в концентрации 0,05…1,0 %. Присадки, улучшающие смазывающие свойства, по принципу действия делят на противоизносные и противозадирные. Противоизносные присадки увеличивают липкость и улучшают смазываемость. При нормальном смазывании полярные группы молекул масла образуют на поверхностях трения адсорбированные пленки. При граничном смазывании сила трения и износ зависят от стойкости этих пленок и силы взаимодействия молекул масла с поверхностью металла, т. е. от липкости масла. Противоизносными свойствами обладают жирные спирты, амиды, сложные эфиры, соединения фосфора, которые образуют химическую связь с поверхностью металла. Чем сильнее связь, тем меньшая величина вязкости масла требуется для снижения износа и потерь энергии на трение (рис. 25). Модификаторы трения регулируют коэффициент трения смазываемых поверхностей. Для уменьшения коэффициента трения применяют такие соединения, в молекулах которых имеется сильная полярная группа, обеспечивающая хорошее прилипание, и длинная линейная цепочка, обеспечивающая хорошее скольжение (рис. 26). Для повышения трения применяют соединения, в молекулах которых имеется сильная полярная группа, обеспечивающая хорошее прилипание, и короткая линейная часть, обеспечивающая хорошее сцепление. Противозадирные присадки предотвращают поверхность трения от задиров при высоких давлениях. Сваривание и заедание деталей предотвращают соединениями серы, фосфора, которые в местах наивысшего трения и высоких температур разлагаются с выделением соответствующих активных элементов, реагирующих с металлом и образующих сульфидную, фосфидную, твердую хемосорбционную пленки. Такая пленка более стойкая, чем адсорбционная, и лучше защищает поверхности трения от износа в условиях высоких нагрузок и температур. 73

нейтрализация кислот. Для этих целей применяют диалкилдитиофосфат цинка, соединения серы и фосфора. Присадки против коррозии хорошо защищают стальные и чугунные детали от ржавчины. Механизмом защиты служит адсорбированная защитная пленка, предохраняющая поверхность металла от непосредственного контакта с водным раствором кислоты. Для этой цели применяются аминосукцинаты и сульфонаты щелочных металлов, обладающие сильными поверхностно-активными свойствами.

k 1

3

0,15

4

1

t1

Температура

t

Рис. 25. Влияние свойств присадок на изменение коэффициента трения в зависимости от температуры: 1, 2, 3, 4 – базовое парафиновое масло без присадок; с противозадирными, липкостными, липкостными и противозадирными присадками

Коэффициент трения

Коэффициент трения

2

0,10

2 0,05

Твердыми противозадирными присадками являются дисульфид молибдена, политетрафтор этилена. Они имеют коллоидную структуру и на поверхности трущихся деталей образуют прочные противоизносные и противозадирные пленки с высокой критической рабочей температурой. Трение снижают также за счет легкого скольжения слоистой графитной присадки. Антикоррозионные присадки нейтрализуют кислоты, образующиеся при окислении углеводородов. Создают защитную адсорбционную и хемосорбционную пленку, которая препятствует реакции кислот с поверхностью металла, а также связывает влагу, вызывающую коррозию. Ингибиторы коррозии защищают поверхность деталей из цветных металлов от коррозии и коррозионного износа, вызываемых органическими кислотами. Механизм защиты заключается в том, что на поверхностях деталей образуется защитная пленка и происходит

Антиокислительные присадки, называемые ингибиторами окисления, подавляют окисление масла в начальной его стадии путем взаимодействия с первичными продуктами реакции окисления – перекисями и обрывают цепные реакции окисления. Антиокислительные присадки, снижающие образование кислот, являются одновременно антикоррозионными присадками.

74

75

10

100

1000

10000

Скорость скольжения, мм/с Рис. 26. Влияние модификатора трения на коэффициент трения: 1 и 2 – масло без модификатора и с модификатором трения. Заштрихованная площадь эквивалентна экономии энергии

Каталитическое действие ионов металлов на окисление масла подавляют деактиваторами металлов, которые являются органическими соединениями, связывающими ионы металлов в неактивные комплексы. В качестве антиокислителей применяют фенолы и амины, а в качестве деактиваторов металлов – органические соединения серы и фосфора. Моющие присадки предотвращают агломерацию (слипание) нерастворимых продуктов окисления и их отложений на деталях. По механизму действия их делят на детергенты и дисперсанты. Детергенты – это поверхностно-активные вещества (маслорастворимые алкилбензолсульфонаты, фосфаты и др.), защищающие поверхность деталей двигателя от прилипания и скопления на них продуктов окисления. Некоторые сульфонаты имеют щелочные свойства и нейтрализуют кислые продукты окисления. В состав щелочных присадок могут входить диспергированные окиси, гидроокиси и карбонаты металлов. Дисперсанты подавляют агломерацию и слипание продуктов окисления, и осаждение смолистых веществ на поверхностях деталей. В качестве дисперсантов применяют полимеры с полярными группами, которые поддерживают коллоидные частицы продуктов окисления и загрязнения во взвешенном состоянии (рис. 27).

Эмульгаторы понижают поверхностную энергию жидкостей, вследствие чего вода в масле образует стойкую эмульсию и выделяется в отдельный слой. Эмульгаторами служат детергенты. Противопенные присадки снижают пенообразование и предупреждают вспенивание масел из-за снижения прочности поверхностных масляных пленок. В составе противопенных присадок обычно содержатся силиконовые масла – полиалкилсилоксаны и некоторые другие полимеры. Силиконовые масла разрушают стенки крупных пузырей, а полимеры уменьшают количество мелких пузырей. Таким образом, составы моторных масел – это смеси базовых моторных и базовых синтетических масел с различными присадками 3.4. Общие изменения свойств моторных масел при эксплуатации

Рис. 27. Схема действия дисперсантов: а и б – образование суспензии и эмульсии

При эксплуатации под воздействием различных факторов масло теряет свои первоначальные свойства. Все изменения, происходящие с моторным маслом в ДВС, можно охарактеризовать как количественные и качественные. Количественные изменения происходят при испарении легких масляных фракций и частичном вытекании масла из уплотнений, а также при его сгорании («угар»). Качественные изменения связаны со старением масла и с химическими изменениями его компонентов, попаданием в масло пыли, продуктов износа, воды и несгоревшего топлива. Уменьшение количества и ухудшение качества работающего масла может привести к выходу двигателя из строя. Старение масел при работе двигателей представляет собой очень сложный процесс. Повышенная температура и кислород воздуха, с которым контактирует масло, вызывают окисление и окислительную полимеризацию его молекул. Продукты окисления углеводородов (смолы, органические кислоты), присутствующие в масле в растворенном состоянии, способствуют увеличению вязкости и кислотного числа, а асфальтеновые соединения, являющиеся основой образования лаков и особо опасных липких осадков, способствуют залеганию и пригоранию поршневых колец. Еще одной группой продуктов окисления является мелкая механическая взвесь, которая является устойчивым источником образования нагара и шлама. Все эти продукты глубокой окислительной полимериза-

76

77

a)

б)

ции оказывают огромное влияние на моторное масло, и тогда в картере работающего двигателя формируется сложная смесь исходного масла с разнообразными продуктами его старения, от которых очистить масло с помощью фильтрации не удается. Вследствие этого количество углеродистых частиц в масле возрастает (рис. 28).

Неорганические загрязнения – это продукты срабатывания зольных присадок в маслах, а также оставшиеся в двигателе технологические загрязнения (стружка, абразив и т. д.) после его изготовления. Кроме этого, из камеры сгорания в масло могут попадать соединения серы и свинца, смешанные с частицами износа деталей размером 0,5…1,0 мкм, а также вода и частицы пыли. На интенсивность процесса загрязнения масла в работающем двигателе непрерывно оказывают влияние: вид и свойства топлива, качество моторного масла, тип, конструкция, техническое состояние, режим работы и условия эксплуатации двигателя. Поэтому при снижении полноты сгорания топлива и увеличении прорыва газов в картер масло загрязняется прежде всего органическими примесями. Крупные частицы – конгломераты (до 30…40 мкм), образующиеся в результате цементирующего действия асфальтосмолистых продуктов и попадания в масло воды, под действием собственного веса выпадают в осадок, формируя на деталях низкотемпературной зоны двигателя вредные отложения, называемые шламами. Этому препятствуют диспергирующие присадки, которые сдерживают коагуляцию частиц, могут размельчить и даже перевести в коллоидный раствор органические частицы и мелкодисперсную фазу. Увеличение содержания в масле механических примесей в определенный момент может уменьшиться или прекратиться. Это происходит, когда срабатывается диспергирующая присадка. При этом частицы загрязнения укрупняются и в большей степени удерживаются масляными фильтрами. Присутствие воды в работающих маслах объясняется следующим рядом причин: попаданием из камеры сгорания вместе с прорывающимися га-

Рис. 28. Вещества, загрязняющие моторные масла

Загрязнения моторного масла по характеру происхождения бывают органическими и неорганическими. Органические загрязнения – это продукты неполного сгорания топлива, размеры частиц которых составляют не более 2 мкм, а также продукты термического разложения окисления и полимеризации масла, попадающие в него из камер сгорания.

возможным проникновением в картер из системы охлаждения; из-за конденсации влаги в случае резкого снижения температуры двигателя при его охлаждении. Содержание воды в масле ухудшает его эксплуатационные свойства: повышается коррозионность и ухудшаются смазывающие свойства. При этом возрастают водородный износ деталей и коррозия вкладышей подшипников скольжения и других деталей из цветных металлов и сплавов при высоких температурах. Для нейтрализации вредного воздействия воды следует содержать систему охлаждения и вентиляции картера двигателя в исправном состо-

78

79

3.4.1. Характеристики загрязнений моторного масла при эксплуатации

янии, сокращать время прогрева двигателя до рабочей температуры и соблюдать его оптимальный температурный режим. В процессе старения масел прежде всего окисляются углеводороды и срабатывают присадки, а затем изменяются физико-химические и эксплуатационные свойства, такие как вязкость, температура вспышки, коксуемость, содержание воды, щелочные и кислотные числа, содержание нерастворимых осадков и продуктов изнашивания. Вязкость масла в процессе работы двигателя может увеличиваться и уменьшаться. Увеличивается вязкость в результате испарения легких фракций и накопления в масле продуктов неполного сгорания топлива в виде сажи и окисления углеводородов. Уменьшается вязкость масла в результате попадания в него топлива, разрушающего полимерную присадку. Также увеличение вязкости обычного, незагущенного минерального масла происходит и при нормальной работе двигателя, когда в нем накапливаются продукты окисления, полимеризации, износа и сгорания. При этом интенсивность повышения вязкости зависит от температуры в зонах окисления, качества топлива (т.е. содержания в нем серы), совершенства процесса сгорания топлива, эффективности фильтрации масла и попадания в него охлаждающей жидкости. Значительное увеличение вязкости масла нежелательно, так как при этом уменьшается его поступление к парам трения, снижается эффективность фильтрации и ухудшаются пусковые свойства двигателя. При неполном сгорании топлива или вследствие его утечек из системы питания оно может попадать в масло. В результате вязкость масла заметно уменьшится, окисление его произойдет быстрее, смазывающая способность ухудшится, возрастут отложения и нарушится режим жидкостного трения. В результате возможно повреждение подшипников скольжения коленчатого вала, а на других деталях появятся образования нагара и лаковые отложения. Обычно вязкость масел оценивают с помощью прибора под названием вискозиметр (рис. 29).

80

4

Рис. 29. Прибор для определения кинематической вязкости масла: А, Б – соответственно узкое и широкое колено; а, б – метки; 1 – капилляр; 2, 3 – нижнее и верхнее расширение; 4 – отводная трубка; 5 – расширение; 6 – стакан; 7 – крышка; 8 – термометр; 9 – электроплитка

81

3.4.2. Специфика работы моторного масла в двигателях внутреннего сгорания

3.4.3. Процесс нагарообразования в высокотемпературной зоне двигателя

В зависимости от условий работы и химического изменения состава масла в ДВС в нем выделяют три зоны: высокотемпературную, куда входят камеры сгорания и обращенные к ним поверхности днища поршней, а также верхние части цилиндров с впускными и выпускными клапанами, которые при температуре сгорающей рабочей смеси нагреваются до 800 °C; среднетемпературную, куда входят поршни с поршневыми кольцами и пальцами, верхние части шатунов и стенки цилиндров, подвергающиеся максимальной температуре нагрева до 300…350 °C; низкотемпературную, куда входят коленчатый вал и картер, где температура в области коренных и шатунных подшипников скольжения достигает 180 °C. В процессе работы двигателя моторное масло под действием масляного насоса принудительно проталкивается вверх через все вышеуказанные термические зоны, а затем самотеком поступает в картер. При этом оно, подвергаясь термическому воздействию, должно проявлять термоокислительную стабильность, т. е. устойчивость к окислению в тонком слое при повышенной температуре. Оценку термоокислительной стабильности обычно определяют методом прочности масляной пленки. В средне- и низкотемпературных зонах прогретого двигателя масло интенсивно испаряется и образует «масляный туман». Это говорит о том, что оно недостаточно физически стабильно и при повышенных температурах изменяет свои свойства. В результате испарения количество масла в системе смазки уменьшается, а его качество ухудшается. Этот процесс характеризуется минимальной температурой масла, при которой масляные пары от нагревания, попадая в атмосферу, смешиваются с воздухом и образуют горючую смесь, вспыхивающую от пламени огня. Такая температура называется температурой вспышки масла. Чем выше будет температура вспышки масла, тем меньше испаряемость масла, а следовательно, лучше будет его физическая стабильность. Температуру вспышки масла определяют экспериментально в специальном стандартном приборе.

В результате насосного действия поршней при работе двигателя моторное масло частично попадает в камеру сгорания, где сгорает вместе с топливом, но некоторая его часть, расплываясь по днищу поршней и горячим стенкам камеры сгорания, остается на их поверхностях в виде слоя густой смолистой массы, а затем в результате глубоких химических превращений преобразуется в твердые углеродистые вещества, которые называются нагаром. По своей структуре нагар может быть монолитным, пластинчатым и рыхлым. Его химический состав зависит от качества масла и топлива, от режима работы двигателя, запыленности воздуха, наличия и характера присадок и т. д. Поэтому нагар по своей природе крайне непостоянен. Основную его часть составляют карбены и карбоиды – 50…70 %, асфальтены и оксикислоты – 3…6 %, смолы и масла – 15…40 % и золы – 1…10 %. Чем холоднее стенки камеры сгорания, тем больше на них формируется нагар (летом нагара образуется меньше, чем зимой). Это объясняется тем, что во время фазы роста его количество определяется размером зоны низкой температуры, прилегающей к поверхности металла, то есть чем больше эта зона, тем больше нагар. В зоне высокой температуры нагар не образуется, так как масло сгорает полностью или остаются углеродистые частицы, которые не могут удержаться на поверхности, лишенной связующей среды. Обильный нагар ухудшает охлаждение камеры сгорания и уменьшает ее объем. В результате этого увеличивается степень сжатия, возникает детонационный металлический стук, и мощность двигателя снижается. Кроме этого, возможно разрушение деталей и узлов в двигателе из-за преждевременного воспламенения смеси от раскаленных частиц нагара, которые также могут вызвать абразивный износ зеркальной поверхности гильз цилиндров и загрязнение моторного масла. Для борьбы с нагарообразованием необходимо создавать нормальные эксплуатационные условия, обеспечивающие поддержание оптимального теплового режима работы двигателя. Нагар с деталей удаляют механическим или химическим способами, используя различные растворы.

82

83

3.4.4. Процесс лакообразования в среднетемпературной зоне двигателя

ления масла во взвешенном состоянии, препятствуя прилипанию их к поверхностям нагретых деталей и сращиванию частичек между собой, что нарушило бы поступление масла к трущимся деталям (рис. 30).

В среднетемпературной зоне двигателя углеводороды и другие компоненты масел становятся недостаточно химически стабильными. Они окисляются и образуют плохо испаряющиеся, высоковязкие, практически нерастворимые в масле оксикислоты, асфальтены и кислые смолы, которые осаждаются на деталях в виде тонкого блестящего слоя, называемого лаковым отложением. Лаковые отложения представляют собой богатые углеродом вещества, формирующиеся в виде отложений в канавках под поршневыми кольцами, на юбках и внутренних стенках поршней. Несмотря на относительно небольшую толщину (50…200 мкм), лаковые отложения существенно ухудшают отвод тепла от деталей двигателя из-за теплоизоляционного воздействия лаковой пленки. Из-за этого возможно пригорание («залегание») поршневых колец, что вызывает прорыв газов в картер и снижение компрессии в цилиндрах, а в результате – падение мощности двигателя. При этом значительно увеличивается расход моторного масла, нарастает изнашивание, даже возможны задиры на зеркалах цилиндров и поломка поршневых колец с заклиниванием поршней. Возможно повреждение сепаратора подшипника качения, установленного в заднем торце коленчатого вала, который также является передним подшипником первичного вала коробки переключения передач. На интенсивность лакообразования влияют температура, количество и качество применяемого масла, его термоокислительная стабильность и моющая способность, а также и техническое состояние цилиндропоршневой группы двигателя. Кроме того, для предотвращения образования лаковых отложений нежелательно подвергать двигатель частым перегрузкам и экстремальным тепловым режимам при эксплуатации. Одной из мер борьбы с лакообразованием является введение в масла антиокислительных и моющих присадок, которые тормозят отложение образующихся смолисто-асфальтеновых веществ и снижают процессы образования лаковых отложений и нагара на горячих поверхностях деталей двигателя. При использовании масла с хорошими моющими свойствами детали двигателя выглядят как бы вымытыми, отсюда появление термина «моющие». Кроме того, моющие присадки удерживают продукты окис-

Моющие свойства масел оценивают по цветной эталонной шкале в баллах от 0 до 6 с помощью прибора ПЗВ, работающего на принципе создания в небольшом двигателе условий интенсивного лакообразования. В установку ПЗВ заливают 250 г масла, подогретого до температуры 125 °C. При этом чистый поршень имеет 0 баллов, а поршень с небольшим отложением лака – 6 баллов. Образование лаковых отложений на деталях двигателя, работающего на маслах с моющими присадками, уменьшается от 3 до 6 раз, т. е. с 3…5 до 0,5…1,5 балла. Работающее масло со временем изменяет свой цвет от светлого до темно-коричневого. Для определения цвета масла используется прибор, который называется колориметр (рис. 31). Моющие присадки бывают зольными и беззольными. Зольные присадки содержат бариевые и кальциевые соли сульфокислот (сульфонаты), а также алкилфеноляты щелочно-земельных металлов бария и кальция. Масла с зольными присадками в количестве от 2 до 10 %, сгорая, образуют золу, прилипающую к поверхностям деталей. Беззольные моющие присадки при сгорании масел золу не образуют, так как не содержат металлов. Таким образом, моющий потенциал моторного масла – это процентное содержание эталонного вещества в масле, при котором оно способно сохранять высокую агрегативную устойчивость, то есть жидкое со-

84

85

а)

б)

Рис. 30. Схема углеродистой дисперсии в масле, наблюдаемая с помощью электронного микроскопа: а – без моющей присадки; б – с моющей присадкой

стояние без выпадения в осадок продуктов окислительной поликонденсации, который обычно должен быть не менее 70…80 %. Благодаря этому моюще-диспергирующие присадки способствуют снижению лаковых отложений на металлических деталях двигателя.

Рис. 31. Колориметр для определения цвета масла: 1 – цилиндр с эталонной жидкостью; 2 – окуляр оптической системы; 3 – цилиндр с испытуемым маслом; 4 – экран

ней стороне крышки головки блока цилиндров, в масляных фильтрах и в маслопроводах, в результате чего возможно прекращение подачи масла к трущимся поверхностям деталей двигателя. Мазеобразные осадки обычно состоят из масла – 50…80 %, воды – 5…35 % и продуктов окисления, которые включают в себя: оксикислоты – 2…15 %; карбены и карбоиды – 2…10 %; асфальтены – 0,1…15 %, а также механические примеси различного происхождения. Вода в таких осадках находится в виде стойкой эмульсии. Образование мазеобразных осадков происходит при пониженном тепловом режиме работы двигателя, когда ухудшается процесс сгорания топлива и возрастает попадание в картер его продуктов неполного сгорания. Обычно такое явление происходит из-за низкой эффективности системы вентиляции картера. Эти мазеобразные осадки называются шламами, или низкотемпературными отложениями. Если напряженный тепловой режим работы двигателя наиболее опасен образованием нагаров и лаков на деталях цилиндропоршневой группы, то пониженный тепловой режим работы двигателя наиболее опасен образованием шламов. Углистые черные частицы нагара, водяные пары, тяжелые фракции топлива, кислотные и щелочные соединения в процессе работы двигателя активно конденсируются на его деталях, полимеризуются и попадают в моторное масло. Образовавшиеся в масле и растворившиеся в нем кислоты очень агрессивны к металлам, и в первую очередь по отношению к свинцу (рис. 32).

3.4.5. Изменение качества масла в низкотемпературной зоне двигателя Несмотря на довольно мягкий тепловой режим в низкотемпературной зоне двигателя, в ней также происходит процесс окисления масла. Типичными продуктами окисления масла в этой зоне являются органические кислоты, преобразующиеся частично в кислые смолы в виде конгломератов до 30…40 мкм. Из них образуются частицы, которые под действием собственной массы выпадают в осадок, образуя мазеобразные сгустки, откладывающиеся на стенках поддона картера, на внутрен-

Рис. 32. Вкладыш подшипника из свинцовистой бронзы, разрушенный коррозией

86

87

Для предотвращения образования осадков необходимо выполнять следующие мероприятия: 1) поддерживать оптимальный тепловой режим работы двигателя; 2) применять масла с хорошей химической стабильностью; 3) вводить в масла диспергирующие присадки, которые сдерживают коагуляцию частиц, размягчают и переводят в коллоидный раствор органические примеси; 4) своевременно менять масляные фильтры и тщательно промывать картер и систему смазки перед заправкой свежим маслом. Таким образом, загрязнение масла в работающем двигателе практически происходит непрерывно. Этот процесс зависит от очень многих факторов. Особое влияние на этот процесс оказывают, прежде всего, вид и свойства применяемого топлива, качество моторного масла, тип, конструкция, техническое состояние, условия эксплуатации и режим работы двигателя внутреннего сгорания. 3.4.6. Регенерация отработанных масел Несмотря на глубокие изменения качества масла при его работе в двигателях, основной его углеводородный состав меняется незначительно, а количество продуктов окисления составляет примерно от 4 до 6 % общей массы. Если из масла удалить все механические примеси и продукты окисления, то вновь можно получить базовое масло хорошего качества. На этом принципе основан процесс регенерации (восстановления) отработавшего масла и повторное его использование. Регенерация позволяет сократить расход дорогостоящих и дефицитных масел, а также использовать их в качестве вторичного сырья. При этом не только расширятся топливно-энергетические ресурсы, но и предотвратится загрязнение окружающей среды. Для рационального и целесообразного использования отработанных нефтепродуктов их собирают раздельно по группам и производят регенерацию на специальных установках. В соответствии с ГОСТ 21046–81 «Нефтепродукты отработанные. Общие технические условия» все отработанные нефтепродукты подразделяются на три группы: масла моторные отработанные; масла индустриальные отработанные; смесь нефтепродуктов отработанных. 88

Выход базового масла зависит от глубины очистки и от технологии регенерации. Общий процент выхода базового масла обычно составляет 70…85 %. По групповому углеводородному составу и физико-химическим свойствам регенерированные масла близко соответствуют свежим маслам. Отработанные моторные масла регенерируют разнообразными методами, в том числе и многоступенчатыми. Для этого применяют следующие технологические процессы: физический, предусматривающий отстаивание, фильтрацию, отгон топливных фракций, центрифугирование, промывку водой, вакуумную перегонку и другие методы; физико-химический, включающий коагуляцию загрязнений поверхностно активными веществами, контактную очистку отбеливающими глинами, селективную очистку пропаном, фенолом, фурфуролом и другими веществами; химический, включающий обработку сернокислотными или щелочными растворами, а также гидрогенизационным воздействием. Наиболее качественный технологический процесс регенерации отработанных масел разработан в научно-исследовательском институте нефтяной промышленности. Этот процесс включает: коагуляцию отработанных масел в растворе бензина; отделение загрязнений и воды в центробежных сепараторах; отгон бензина, воды и топливных фракций; последующую вакуумную перегонку масла с получением дистиллятных фракций и остатка от перегонки. Из дистиллятных фракций после гидроочистки получают дистиллятные компоненты масел, а из остатков от перегонки после селективной очистки пропаном и гидроочистки получают остаточные компоненты. Эти дистиллятные и остаточные компоненты масел, полученные путем регенерации, по основным физико-химическим свойствам не уступают товарным маслам. 3.4.7. Пути снижения расхода моторных масел Основная доля потерь масла в ДВС приходится на угар. Потери масла в результате угара зависят от свойств топлива и масла, типа двигателя, технического состояния и режима эксплуатации автомобиля. 89

Угар определяют как разность между количеством масла, залитым в двигатель, и количеством масла, слитым при его смене (с учетом количества, добавленного между сменами). Нормальный расход масла Gм прямо пропорционален расходу топлива Gт: Gм = k Gт,

Свойства моторного масла, определяющие его расход на угар

Вязкость

Испаряемость, Противоизфракционный носные и просостав тивокоррозионные

Моющедиспергирующие

Противоокислительные

где k – нормативный коэффициент расхода масла (для бензиновых двигателей k = 0,024; для четырехтактных дизелей k = 0,032; для двухтактных дизелей k = 0,075). По мере совершенствования конструкций двигателей и улучшения качества масел значение коэффициента снижается. Схема влияния физико-химических и эксплуатационных свойств моторного масла на его расход приведена на рис. 33. Угар масла существенно зависит от состояния двигателя, степени износа его деталей, а также от условий эксплуатации. С увеличением частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель угар масла возрастает. Одновременно величина угара масла косвенно свидетельствует о техническом состоянии двигателя. Уменьшение расхода масла достигается также понижением удельной емкости системы смазки, отнесенной к единице мощности. Такого эффекта добиваются за счет совершенствования конструкции двигателя, а также уменьшения старения масла. В первом случае улучшают рабочий процесс работы двигателя за счет уплотнения цилиндропоршневой группы, а во втором случае применяют масла с большим запасом эксплуатационных свойств. Благодаря совершенствованию конструкции поршня и поршневых колец разработчикам автомобильных двигателей удалось добиться существенного снижения расхода масла на угар. В частности этому способствовало: использование поршней, имеющих минимально допустимые зазоры с гильзой цилиндра и оптимальную геометрию боковой поверхности (овально-бочкообразной формы); применение материалов с малым коэффициентом линейного (объемного) расширения; снижение рабочих температур поршней, улучшение их охлаждения за счет применения специальных покрытий на днищах поршней и износостойких вставок в канавках под поршневые кольца;

использование поршневых колец оптимального профиля, расположения и количества; применение колец с заданной эпюрой радиальных давлений; внедрение маслосъемных колец с эспандерами торсионного и специального профиля;

90

91

Мероприятия по изменению свойств моторного масла Повышение вязкости

Снижение испаряемости, оптимизация фракционного состава

Повышение щелочности, снижение зольности

Улучшение присадками

Улучшение присадками

Последствия изменения свойств масла на его расход Снижение попадания масла в камеру сгорания, уменьшение износа деталей

Снижение попадания масла на испарение, уменьшение износа деталей поршневой группы

Снижение износа и уменьшение коррозии деталей

Снижение пригорания поршневых колец и засорения маслопроводящих отверстий

Снижение засорения маслопроводящих отверстий, улучшение подвижности колец

Рис. 33. Схема влияния физико-химических свойств моторного масла на его потери и угар

применение при изготовлении поршневых колец новых материалов, в том числе из высокопрочного чугуна, и износостойких покрытий (хромирование, молибденирование и т. д.). Снижению потерь масла также способствует замена масла в двигателе по его фактическому состоянию, а не от календарных сроков замены сезонных масел. Состояние масла и необходимость его замены определяют при его анализе. В том случае, если достигнуты важные параметры изменения качества работающего масла и предельные значения его загрязнений или изменения в ухудшении работы двигателя, то масло заменяют. В современных двигателях масло рекомендуется заменять через 10…20 тыс. км пробега в зависимости от указаний изготовителя двигателя или производителя масла, что позволяет существенно сократить затраты моторного масла и увеличить срок службы двигателя. 3.5. Классификация отечественных и зарубежных моторных масел 3.5.1. Классификация отечественных моторных масел Руководства по эксплуатации автомобилей допускают применение моторных масел различных фирм-производителей, объединенных общей классификацией по вязкостным и эксплуатационным свойствам. На упаковках с названием фирмы-изготовителя обязательно присутствуют буквенные и цифровые обозначения. Маркировка моторных масел российского производства производится по ГОСТ 17479.1–85. В соответствии с этим стандартом моторные масла по вязкости делятся на три класса: зимние, летние, всесезонные. По эксплуатационным свойствам они делятся на шесть групп, каждая из которых обозначается буквами А, Б, В, Г, Д и Е. Зимние масла нормируются значением кинематической вязкости при температурах +100 и –18 °C, а летние – при температуре +100 °C. Всесезонные масла обозначаются дробью, в числителе которой указывается класс вязкости зимнего, а в знаменателе – класс летнего масла (табл. 3). Рекомендуемые для применения в двигателях моторные масла отечественного производства в зависимости от эксплуатационных свойств представлены в табл. 4. 92

Таблица 3 Классы кинематической вязкости моторных масел в соответствии с ГОСТ 17479.1–85 Класс вязкости Зимние классы 3з 4з 5з 6з Летние классы 6 8 10 12 14 16 20 Всесезонные классы 3з/8 4з/6 4з/8 4з/10 5з/10 5з/12 5з/14 6з//10 6з//14 6з//16

Кинематическая вязкость, мм2/с, при температуре +100 °C –18 °C Не менее 3,8 Не менее 4,1 Не менее 5,6 Не менее 5,6

1250 2600 6000 10400

5,6–7,0 7,0–9,5 9,5–11,5 11,5–13,0 13,0–15,0 15,0–18,0 18,0–23,0

– – – – – – –

7,0–9,5 5,6–7,0 7,0–9,5 9,5–11,5 9,5–11,5 11,5–13,0 13,0–15,0 9,5–11,5 13,0–15,0 15,0–18,0

1250 2600 2600 2600 6000 6000 6000 10400 10400 10400

Структура обозначений моторных масел включает группу букв и цифр. Буква «М» указывает на принадлежность к моторным маслам. Следующие через дефис цифры характеризуют класс кинематической вязкости (см. табл. 3). При обозначении дробными цифрами в числителе указывается класс вязкости масла при температуре –18 °C, а в знаменателе – класс вязкости при температуре +100 °C. Прописные буквы после цифр указывают на принадлежность к группе масел по эксплуатационным свойствам (см. табл. 4). Индекс «1» у букв обозначает, что масла предназначены для бензиновых двигателей, а индекс «2» – для дизельных двигателей. 93

Таблица 4 Группа масел в зависимости от эксплуатационных свойств по ГОСТ 17479.1–85 Группа масел А Б, Б1 Б2 В1 В, В1

Г, Г1

Г2

Рекомендуемая область применения Нефорсированные карбюраторные и дизельные двигатели Малофорсированные карбюраторные двигатели, работающие в условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений и коррозии подшипников Малофорсированные дизели Среднефорсированные карбюраторные двигатели, работающие в условиях, способствующих окислению масла и образованию всех видов отложений Среднефорсированные дизели, предъявляющие повышенные требования к противокоррозионным, противоизносным свойствам масел и склонности к образованию высокотемпературных отложений Высокофорсированные карбюраторные двигатели, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях, способствующих окислению масла и образованию всех видов отложений, коррозии и ржавлению Высокофорсированные дизели без наддува или с умеренным наддувом, работающие в эксплуатационных условиях, способствующих образованию высокотемпературных отложений Высокофорсированные дизели с наддувом, работающие в тяжелых эксплуатационных условиях или в случае, когда применяемое топливо требует использования масел с высокой нейтрализующей способностью, антикоррозионными и противоизносными свойствами, малой склонностью к образованию всех видов отложений Лубрикаторные системы смазки цилиндров дизелей, работающих на топливе с высоким содержанием серы

В обозначении масла отечественного производства М-10Г2К буква М означает, что масло моторное; цифра 10 – класс вязкости (летнее); буква Г с индексом 2 означает, что по эксплуатационным свойствам масло относится к группе «Г» и предназначено для смазывания высокофорсированных дизельных двигателей без наддува; буква К свидетельствует о том, что масло используется для автомобилей КамАЗ. В обозначении масла отечественного производства М-6З/10B буква М означает, что масло моторное; индекс 6З/10 – класс вязкости (всесезонное), буква З означает, что масло имеет загущенную присадку, улучшающую вязкостно-температурные свойства масла, и предназначено для применения в качестве всесезонного сорта; буква В без индекса означает, что масло универсальное и предназначено для смазывания как бензиновых (карбюраторных), так и дизельных двигателей. Основные характеристики отечественных моторных масел по ГОСТ 10541–78 и ОСТ 38-10-370–84 для бензиновых автомобильных двигателей приведены в табл. 5, а для дизелей по ГОСТ 8581–78 в табл. 6. 3.5.2. Классификация зарубежных моторных масел

В необходимых случаях применяют дополнительные индексы: З – масло, содержащее дополнительную загущенную присадку; ЦЛ – для циркуляционных и лубрикаторных смазочных систем; РК – рабоче-консервационные масла; 20, 30 – значение щелочного числа и т. д. Например, в обозначении масла отечественного производства М-8В1 буква М означает вид смазочного материала (моторное масло); цифра 8 – класс вязкости (летнее); буква с индексом В1 означает, что по эксплуатационным свойствам масло относится к группе В и предназначено для смазывания среднефорсированных карбюраторных (бензиновых) двигателей.

В США и странах Западной Европы моторные масла маркируются в соответствии с их вязкостью (по классификации SAE – Общества американских автомобильных инженеров). Эксплуатационные свойства моторных масел определяются по классификациям, разработанным API (Американский нефтяной институт) и ACEA (Ассоциация европейских производителей автомобилей), которая в 1996 г. заменила CCMC (Комитет изготовителей автомобилей Общего рынка). По классификации SAE моторные масла делят на летние, зимние и всесезонные. В зависимости от вязкостно-температурных показателей моторных масел классификация SAE J-300 включает 5 классов летних и 6 классов зимних (табл. 7). Масла маркируют следующим образом: летние – SAE 20, 30, 40, 50, 60 (цифра означает вязкость в секундах Сейболта при температуре + 90,9 °C); зимние – SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W (цифра означает вязкость в секундах Сейболта при температуре –17,8 °C, а W – первая буква от слова Winter – зима); всесезонные (загущенные) масла обозначаются двойной нумерацией. Например, SAE 10W – 50 означает, что данное масло при температуре –17,8 °C соответствует по SAE вязкости 10, при температуре +98,9 °C соответствует по SAE вязкости 50.

94

95

Д

Е

Таблица 5

Таблица 6 Характеристики отечественных моторных масел для дизельных двигателей

Характеристики отечественных моторных масел для карбюраторных двигателей

Наименование показателей Вязкость кинематическая, мм2/с: при температуре 100 qC, не более при 0 qC

М8В2

М10В2

Марки моторных масел ММММММ8Г2 10Г2 8Г2к 10Г2к 8ДМ 10ДМ

7,5– 8,5

10,5– 11,5

7,5– 8,5

10,5– 115

7,5– 8,5

10,5– 11,5

8,0– 8,5

1200

–

1200

–

1200

–

–

Не менее 1,1 –

102

90

8,5

8,2

195

220

–30

–18

1,5

1,5

0,02

0,025

Индекс вязкости, 90 85 85 85 95 95 не менее Щелочное число, 3,5 3,5 6,0 6,0 6,0 6,0 мг КОН на 1 г масла, не менее Температура 200 205 200 205 210 220 вспышки в открытом тигле, qC, не ниже Температура за–25 –15 –25 –15 –30 –18 стывания, qC, не выше Зольность суль– 1,3 1,65 1,65 1,15 1,15 фатная, % не более Массовая доля 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 механических примесей, % не более

Чем выше число, входящее в обозначение класса, тем выше вязкость масел, относящихся к нему. Масла, имеющие класс вязкости больше 60W, в автомобильных двигателях применения не находят. Классификация по условиям эксплуатации API подразделяет масло на две категории: S – категория «Сервис» для бензиновых двигателей; C – коммерческая категория для дизельных двигателей. Маркировка моторных масел складывается из букв латинского алфавита – S и C; первая буква обозначает категорию масла применительно к типу двигателя (бензиновый или дизельный), а вторая – уровень эксплуатационных свойств. 96

97

Таблица 7 Классификация моторных масел по вязкости – SAE J-300 (декабрь 1995 г.)

Таблица 8 Классификация API моторных масел по эксплуатационным свойствам

Например, масла, обозначенные API SA, SB, SC, SE, SF, SG, SH, SJ, предназначены для бензиновых двигателей, а масла API CA, CB, CC, CD, CE, CF – для дизельных двигателей. Чем ближе к началу латинского алфавита вторая буква в маркировке масла, тем меньшим требованиям отвечает данное масло и наоборот. Универсальные масла, имеющие сдвоенное обозначение API SG/CD, API SJ/CF, пригодны как для бензиновых, так и для дизельных двигателей.

Классификационные категории двигателей Бензиновые двигатели (категория S) Дизельные двигатели (категория C) Классы Характеристики двигателей Классы Характеристики двигателей SA Двигатели, работающие в CA Дизели, работающие при умелегких условиях ренных нагрузках на малосернистом топливе SB Двигатели, работающие CB Дизели без наддува, рабопри умеренных нагрузках тающие при повышенных нагрузках на сернистом топливе SC Двигатели, работающие с CC Дизели, в том числе с умеповышенными нагрузками ренным наддувом, работаю(модели выпуска до 1964 г.) щие в тяжелых условиях SD Двигатели, работающие в CD Дизели легковых автомобитяжелых условиях (модели лей с одним турбонаддувом выпуска до 1968 г.) (модели до 1993 г.) SE Двигатели, работающие в CD II То же, с учетом специфичетяжелых условиях (модели ских требований двухтактных выпуска до 1972 г.) дизелей SF Двигатели автомобилей CE Дизели грузовых автомобилей иностранного производства с наддувом (модели выпуска выпуска 1980–1989 гг., все до 1983 г.), работающие в тяотечественные автомобили желых условиях (высокие нагрузки, малая частота вращения вала) SG Двигатели европейских, CF Дизели легковых автомобиамериканских автомобилей лей с одним или двумя турбовыпуска 1989–1993 гг., наддувами «битурбо», выпусяпонских – с 1989–1995 гг. ка с 1993 г. SH Двигатели европейских, CF-2 Улучшенные характеристики американских автомобилей CD II для двухтактных двигавыпуска 1993–1996 гг., телей японских – с 1995 г. SJ Двигатели европейских, CF-4 Высоконагруженные дизели американских автомобилей грузовых автомобилей выпусвыпуска с конца 1996 г. ка до 1994 г. CG-4 Высоконагруженные дизели грузовых автомобилей выпуска с 1994 г. Улучшенные характеристики и ужесточенные требования к токсичности отработавших газов

98

99

Класс вязкости

Зимние 0W 5W 10W 15W 20W 25W Летние 20 30 40

Низкотемпературная вязкость ПрокачиваеПроворачимость, МПа/с, ваемость, mах, при темМПа/с, mах, при темперапературе, qC туре, qC

Высокотемпературная вязкость При высокой Кинематическая скорости вязкость, мм2/с, сдвига, при 100 qC МПа/с, min, min max при 150 qC и 106 с–1

3250 при –30 3500 при –25 3500 при –20 3500 при –15 4500 при –10 6000 при –5

6000 при –40 6000 при –35 6000 при –30 6000 при –25 6000 при –20 6000 при –15

3,8 3,8 4,1 5,6 5,6 9,3

– – – – – –

– – – – – –

– – –

– – –

5,6 9,3 12,5

d 9,3 d 12,5 d 16,3

40

–

–

12,5

d 16,3

50 60

– –

– –

16,3 21,9

d 21,9 d 26,1

2,6 2,9 2,9 (0W, 5W, 10W классы) 3,7 (15W, 20W и 25W классы) и всесезонное 3,7 3,7

Примечание. Показатель проворачиваемости определяют на имитаторе холодного пуска CCC (ASTM D 2602); показатель прокачиваемости определяют на мини-ротационном вискозиметре MRV (ASTM D 4684); показатель кинематической вязкости определяют по стеклянному капиллярному вискозиметру (ASTM D 445); показатель высокотемпературной вязкости при сдвиге определяют на коническом имитаторе подшипника (ASTM D 4683).

Классы дизельных масел CD и CF подразделяются на предназначенные для четырех- и двухтактных дизелей. Последние обозначаются CD II и CF-2. Уровень эксплуатационных свойств, характеризуемый второй буквой в маркировке масла по классификации API, определяется по табл. 8. Европейская классификация эксплуатационных свойств ACEA (1998 г.), предъявляя более жесткие требования к маслам, содержит 9 категорий и делит масла по назначению: А – для бензиновых двигателей легковых автомобилей (А1-96, А2-96 и А3-96); В – для дизелей легковых автомобилей (В1-96, В2-96 и В3-96); Е – для дизелей грузовых автомобилей (Е1-96, Е2-96 и Е3-96). Эксплуатационные свойства указанных категорий двигателей приведены в табл. 9.

Продолжение табл. 9 Категория масла

В1-96

Таблица 9 Классификация эксплуатационных свойств моторных масел по ACAE (1998 г.) В2-96 Категория масла А1-96

А1-98 А2-96

А3-98

Характеристики

Назначение

А – бензиновые двигатели легковых автомобилей Предотвращение образо- Масло с максимальным топливования отложений на сберегающим эффектом. Новый поршне (шлама), стойстандарт для моторных масел с низкость к высокотемпераким значением вязкости при 150 qC турному окислению, за(без турбонаддува) щита от износа То же, что А1-96 То же, что и А1-96, но с лучшими энергосберегающими характеристиками То же, что и А1-96, но с Стандартный класс для двигателей лучшей защитой подсовременных и перспективных авшипников томобилей, используемых на скоростных автострадах (с турбонаддувом и без него) То же, что и А2-96, но с Экстракласс для двигателей скоролучшей стойкостью к вы- стных автомобилей, предъявляющих сокотемпературному повышенные требования к противоокислению, чем А1-96 и окислительным, вязкостным и проА2-96 тивоизносным свойствам масла (с турбонаддувом и без него)

100

В2-98 В3-96

В3-98 В4-98

Е1-96

Характеристики

Назначение

А – бензиновые двигатели легковых автомобилей То же, что и А3-96, но с Экстракласс для двигателей скоролучшей стойкостью к пе- стных автомобилей, предъявляющих нообразованию и высоособые требования к пенообразовакотемпературному окис- нию, противоокислительным, вязколению стным и противоизносным свойствам масла (с турбонаддувом и без него) В – дизельные двигатели легковых автомобилей Предотвращение образо- Масло с максимальным топливосбевания отложений на порш- регающим эффектом. Новый станне, диспергирования сажи дарт для моторных масел с низким (загущение масла), защита значением вязкости при 150 qC (без кулачков распределитель- турбонаддува) ного вала от износа То же, что и В1-96, но с Стандартный класс, дизели легколучшей защитой подвых автомобилей с турбонаддувом и шипников без него То же, что и В2-96, но с Дизели легковых автомобилей с турлучшими эксплуатацибонаддувом и без него онными свойствами То же, что и В2-96, но с Экстракласс, дизели с турбонаддулучшей защитой кулач- вом для легковых автомобилей ков распределительного вала от износа, способность диспергировать сажу и сохранять вязкостную характеристику То же, что и В3-96, но с То же, что и В3-96 лучшими эксплуатационными свойствами То же, что и В3-98, но с То же, что и В3-98 лучшими эксплуатационными свойствами Е – дизельные двигатели грузовых автомобилей Предотвращение обраСтандартный класс, двигатели с вызования отложений на соким наддувом, работающие в тяпоршне, полировка цижелых условиях линдров, защита кулачков распределительного вала от износа 101

Окончание табл.9 Категория Характеристики Назначение масла Е2-96 Лучшие характеристики, Стандартный класс, двигатели с вычем для Е1-96 по тем же соким наддувом и без него, работающие в легких и тяжелых условипоказателям ях, по свойствам (чистота и износ) лучше, чем Е1-96 Е3-96 Лучшие характеристики, Экстракласс, с отличной способночем для Е2-96 по тем же стью диспергировать сажу, двигатепоказателям. Дополнили с высоким наддувом, работающие тельно контролируется в особо тяжелых условиях способность диспергировать сажу и сохранять вязкостную характеристику Е4-98 Лучшие характеристики, Класс для нового поколения быстрочем для Е3-96 по тем же ходных дизелей грузовых автомобипоказателям лей Е5-98 То же, что и Е4-98, но с Для быстроходных дизелей грузовых увеличенным интерваавтомобилей нового поколения с увелом замены личенным интервалом замены масла

В 2002 г. была принята новая классификация моторных масел по ACAE (табл. 10). Таблица 10 Классификация эксплуатационных свойств моторных масел по ACAE (2002 г.) Класс Категория Область применения и свойства масла масла масла Бензиновые двигатели легковых автомобилей А1-02 Двигатели, конструкция которых допускает применение снижающих трение энергосберегающих масел, маловязких при высокой температуре (150 qC) и большой скоростью сдвига (2,6…3,5 МПа/с)*. Могут быть непригодны для некоторых моделей двигателей, поэтому необходимо руководствоваться инструкцией по эксплуатации автомобиля или справочниками А-96 Большинство умеренно форсированных двигателей с А выпуск 3 нормальным интервалом замены масла. Не предназначены для высокофорсированных двигателей

102

Продолжение табл. 10 Класс Категория Область применения и свойства масла масла масла А3-02 Высокофорсированные двигатели и/или при увеличенных интервалах замены масла, рекомендуемых автопроизводителями. Сезонное применение маловязких масел. Тяжелые условия эксплуатации, определяемые производителями двигателей. Масла, стойкие к деструкции** вязкостных загущающих присадок А4-хх Зарезервирована для перспективных двигателей с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания А5-02 Высокофорсированные двигатели, конструкция которых допускает применение снижающих трение энергосберегающих масел, маловязких при высокой температуре (150 qC) и большой скорости сдвига*. Могут быть непригодны для некоторых моделей двигателей, поэтому необходимо руководствоваться инструкцией по эксплуатации автомобиля. Масла, стойкие к деструкции** Дизели легковых автомобилей и автофургонов В1-02 Дизели, конструкция которых допускает применение снижающих трение энергосберегающих масел, маловязких при высокой температуре (150 qC) и с большой скоростью сдвига*. Могут быть непригодны для некоторых В моделей дизелей, поэтому необходимо руководствоваться инструкцией по эксплуатации автомобиля или справочниками В1-98 Большинство дизелей (преимущественно с раздельной выпуск 2 камерой сгорания) с нормальным интервалом замены масла. Не предназначены для высокофорсированных дизелей В3-98 Высокофорсированные дизели и/или при увеличенных выпуск 2 интервалах замены масла, рекомендуемых автопроизводителями. Всесезонное применение маловязких масел. Тяжелые условия эксплуатации, определяемые производителями дизелей. Масла, стойкие к деструкции** В4-02 Дизели с непосредственным впуском топлива. Масла, В стойкие к деструкции**. Могут быть использованы в тех же условиях, что и категория В3-98, выпуск 2

103

Окончание табл. 10 Класс Категория Область применения и свойства масла масла масла В5-02 Дизели, конструкция которых допускает применение снижающих трение энергосберегающих масел, маловязких при высокой температуре (150 qC) и большой скорости сдвига. Могут быть непригодны для некоторых моделей дизелей, поэтому необходимо руководствоваться инструкцией по эксплуатации автомобиля. Масла долгоработающие и стойкие к деструкции Дизели грузовых автомобилей Е2-96 Большинство дизелей без наддува и с турбонаддувом, выпуск 4 работающих в средних и тяжелых условиях эксплуатации с нормальным интервалом замены масла Е3-96 Дизели, выполняющие требования по выбросу токсичвыпуск 3 ных веществ Евро 1 и Евро 2 и работающие в тяжелых условиях. Допускается увеличенный интервал замены масла, если это рекомендовано автопроизводителем. Масла обладают высокими моющими свойствами, препятствуют полировке цилиндров, износу, росту вязкости Е от накопления сажи, имеют высокую стойкость к старению Е4-99 Высокофорсированные дизели, выполняющие требовавыпуск 2 ния по выбросу токсичных веществ Евро 1, Евро 2 и Евро 3 и работающие в особо тяжелых условиях с увеличенными интервалами замены масла согласно рекомендациям автопроизводителей. Масла стойкие к деструкции**, обеспечивающие лучшую чистоту поршней, меньший износ и рост вязкости из-за накопления сажи по сравнению с маслами категории Е3-96, выпуск 4 Е5-02 Высокофорсированные дизели, выполняющие требования по выбросу токсичных веществ Евро 2 и Евро 3 и работающие в особо тяжелых условиях с увеличенными интервалами замены масла согласно рекомендациям авЕ топроизводителей. Масла, стойкие к деструкции**, обеспечивающие особо хорошую чистоту поршней, предотвращение полировки цилиндров, износ и образование отложений в турбокомпрессоре. По сравнению с маслами категории Е3-96, выпуск 4 обладают меньшим ростом вязкости от накопления сажи и лучшей стойкостью к старению * Перемещение слоев масла относительно друг друга. ** Разрушение структуры. 104

Маркировка моторного масла для европейского рынка должна содержать четыре параметра: вязкость (по SAE); эксплуатационные свойства по американской классификации (API); европейской (ACEA) классификации; «одобрение» фирм-производителей автомобилей. «Одобрение» заводов-производителей изображается фирменным знаком или кодом (табл. 11) на маркировке современных моторных масел. Это означает одобрение применения данного масла на автомобилях этого изготовителя. Таблица 11 Коды «одобрения» некоторых фирм-производителей автомобилей Коды одобрения BMW MercedesBenz (MB)

Volkswagen – Audi (VW) Porsche

Характеристики эксплуатационных свойств моторных масел Только для всесезонных масел (на основе испытаний) MB 226.0 – сезонное масло для легковых автомобилей; MB 226.1 – всесезонное масло для легковых автомобилей; MB 226.3 – всесезонное масло с увеличенным интервалом замен для легковых автомобилей; MB 226.5 – всесезонное масло с еще более увеличенным интервалом замен для легковых автомобилей; MB 229.1 – масло для новых двигателей легковых автомобилей с 1997 г. выпуска (с интервалом замены 30 000 км) VW 500.00 – всесезонное; VW 501.01 – всесезонное; VW 505.00 – для двигателей с турбонаддувом; VW T4 – спецификация, характеризующая увеличение интервала замены Только синтетические и полусинтетические масла с увеличенными интервалами замен, так как Porsche обеспечивает минимальный интервал замены 20 000 км

Пример маркировки моторного масла: SAE 5W-50; API SJ/CF; ACEA A3-96, B3-96; MB 229.1, BMW, VW 501.01/505.00, Porsche. Указанная маркировка означает: по вязкостно-температурным свойствам моторное масло SAE 5W-50 относится к всесезонным маслам, сочетающим в себе зимний (SAE 5W) и летний (SAE 50) классы вязкости; эксплуатационные свойства API SJ/CF по американской классификации API свидетельствуют, что масло может быть использовано для бензиновых двигателей легковых автомобилей, выпускаемых с конца 1996 г. (SJ), а также для дизелей легковых автомобилей, выпускаемых с 1993 г. (CF); 105

эксплуатационные свойства ACEA A3-96 и B3-96 по европейской классификации ACEA свидетельствуют, что это масло экстра-класса для бензиновых двигателей скоростных легковых автомобилей, предъявляющих особые требования к противоокислительным, вязкостным и противоизносным свойствам (A3-96), а также масло экстра-класса для легковых дизельных двигателей с турбонаддувом (B3-96); коды «одобрения» фирм-производителей автомобилей MB 229.1, BMW, VW 501.01/505.00 и Porsche указывают, что масло может быть использовано для двигателей легковых автомобилей фирмы «MercedesBenz» выпуска с 1997 г. (MB 229.1), одобрено к применению для двигателей BMW и Porsche, используется как всесезонное масло (VW 501.01) для двигателей автомобилей Volkswagen и Audi и двигателей с турбонаддувом (VW 505.00) этих же заводов-изготовителей. Таблица 12 Соответствие классов вязкости моторных масел и групп условий эксплуатации по ГОСТ 17479.1–85 системам SAE и API ГОСТ 17479.1–85 Система SAE Класс вязкости Зимние 5W 3з 4з 10W 5з 15W 6з 20W Летние 6 20 8 20 10 30 12 30 14 40 16 40 20 50 Всесезонные 5W20 3з/8 10W20 4з/6 4з/8 10W20 4з/10 10W30 5з/10 15W30 5з/12 15W30 6з/10 20W30 6з/12 20W30 6з/14 20W40 6з/16 20W40

ГОСТ 17479.1–85 Система API Группа условий эксплуатации

106

А Б Б1 Б2

B SC/CA SC CA

В1 В2 Г Г1 Г2 Д Е

SD CB SE/CC SE CC CD –

– – – – – – – – – –

CE SG – – – – – – – –

Отечественные масла, имеющие маркировку по ГОСТ 17479.1–85, стали дополнительно маркироваться и по международной классификации. Ориентировочное соответствие моторных масел по классам вязкости и группам условий эксплуатации по ГОСТ 17479.1–85, системе SAE и системе API можно определить по табл. 12. 3.5.3. Ассортимент моторных масел, их применение и взаимозаменяемость Имея информацию о физико-химических свойствах масел, зная к какому классу по эксплуатационным свойствам оно относится (классификация по ГОСТ 17479.1–85, системам SAE и API), можно подобрать масло другой фирмы-производителя, пригодное для замены. Возможно, заменитель не будет полным эквивалентом, что связано с различиями, встречающимися в классификациях по вязкости (разное число и границы классов) и эксплуатационным свойствам (разные методы испытаний). В общем случае для подбора прямых аналогов масел различных фирм необходимо проведение моторных испытаний заменителей в аналогичных условиях. В табл. 13 приведены данные по взаимозаменяемости моторных масел отечественного производства и некоторых зарубежных фирм. Эти материалы позволяют легко подобрать зарубежные эквиваленты российским маслам, и наоборот. Таблица 13 Соответствие марок моторных масел отечественных и зарубежных фирм-производителей Марка отечественного масла М-4З /6В1 М-5З /10Г1

Класс Группа Группа Фирмавязко- свойств свойств производитель сти по по API по импортного SAE ACEA масла Масла для бензиновых двигателей 10WSD – Shell 20 Super Viscostatic 5W20 15WSE – Shell 30 Mobil BP

107

Марка импортного масла X-100 SAE 10W20 X-100 Multigrade Special 15W30 10W40, 10W30

Продолжение табл. 13 Марка отечественного масла

Класс вязкости по SAE

М-6 З/12Г1

20W-30

Группа свойст в по API SE

Группа свойств по ACEA –

Фирмапроизводитель импортного масла Texaco Shell Castrol Mobil

М-8Г1

–

М-12Г1

–

BP BP Shell Mobil BP Shell

Марка импортного масла Ursatex SAE 20W40 Deusol CRX Multigrade HD SAE 20W30 Special 20W50 Super 15W40 Super 15W50 HD (SE) HD20W SAE 20W SAE 20W20 HD30 SAE 30, Super Plus SAE 30

Mobil Масла для дизелей М-8Г2 20 CC – Shell Protella TX 20W20 Mobil Delvas 1220 М-10Г2 30 CC – Shell Protella TX 30 Mobil Delvas 1230 М-8Г2к 20 CC – BP Energol HD 20W М-10Г2к 20 CC – BP Energol HD 20W М-10Г2и 20 CC – Castrol Deusol CRB 30 М-8ДМ 20 CD – Shell Rimula CT 20 Mobil Delvas 1320 М-10ДМ 30 CD – BP Wanelus C3 30 Масла универсальные (для бензиновых двигателей идизелей) М-8В 20 SD-SB – Shell X-100 SAE 20W20 Energol HD 20W BP М-6 З/10В 20W-30 SD-SB – Shell X-100 SAE 20W30 Wanellus M SAE BP 20W30 М-6 З/12Г 15W-30 SE-CC – – – М-5 З/12Г 10W-30 SE-CC – – –

108

Окончание табл. 13 Марка отечественного масла

Класс вязкости по SAE

Группа свойств по API

М-6З/14Г

15W-40

SJ/CF-4

То же

То же

SJ/CE/C G-4

-»-»-

-»-»-

SF/CC SG/CE/ CF-4

-»-

-»-

SH/CD

-»-

-»-

SJ/CF

-»-

-»-

SF/CE SG/CD SF/CC

М-10Ги

20W-30

Группа свойст в по ACEA А2-96 В2-96 Е2-96 А3-98 В3-98 Е2-96 – А2-96 В2-98 Е2-96 А2-96 В2-96

Фирмапроизводитель импортного масла JB German Oil

А2-98 В2-98 – – –

Texaco

Марка импортного масла Evolution F3 HighTech

Liqui Moly

Touring High-Tech Motoroil

Liqui Moly Liqui Moly Motoroil

Motoroil Super HD Nova Super HD

Liqui Moly

MOS2-Leichlauf Super Motoroil

SCT SCT –

Havoline Premium Universal Standard –

3.6. Промывочные масла и жидкости

Промывочные масла и жидкости предназначены для очистки деталей двигателей от высокотемпературных нагаров и лаковых отложений, удаления продуктов износа двигателя и шламовых отложений. Имея незначительную вязкость, они эффективно очищают и промывают систему смазки двигателя, повышая надежность смазки поверхностей трения. Кроме того, применение промывочных масел увеличивает продолжительность работы моторного масла, предотвращая его окисление. Это способствует уменьшению эксплуатационных расходов на двигатель. Для промывки системы смазки двигателя используют масло. Просливают отработавшее масло с прогретого двигателя; заливают промывочное масло до среднего уровня по щупу (между метками min и max), не заменяя масляного фильтра; 109

пускают двигатель и дают ему поработать на режиме холостого хода в течение 15–20 мин (приводить автомобиль в движение не следует); после остановки двигателя сливают промывочное масло и заменяют масляный фильтр; заливают свежее моторное масло требуемой марки в необходимом количестве, пускают двигатель на некоторое время, а затем проверяют уровень масла по щупу и при необходимости доводят до нормы. В табл. 14 приведены потребительские свойства промывочных масел и жидкостей. Таблица 14 Потребительские свойства промывочных масел и жидкостей Наименование Назначение и характерные особенности Фирмамасла производитель, страна Экойл-ПМ Промывочное масло Лукойл

U-tech Fast

Масло для промывания двигателя Consol – промывочная жидкость Промывочное масло Нордикс Эффект

Изготавливается на основе качественного моторного масла с повышенным содержанием моющих присадок Очищает от отложений, образующихся в системе смазки бензиновых карбюраторных и дизельных двигателей без наддува отечественных легковых и грузовых автомобилей Промывает масляную систему бензиновых двигателей от отложений, образовавшихся в процессе эксплуатации. Изготовлено на высококачественной основе с использованием моющих присадок отечественного и импортного производства Очищает систему смазки бензиновых и дизельных двигателей. Используется до 4 раз Промывает масляную систему бензиновых и дизельных двигателей легковых и грузовых автомобилей Промывает масляную систему бензиновых и дизельных двигателей легковых и грузовых автомобилей. Моющие диспергирующие присадки фирмы EXXON обеспечивают отличную моющую способность. Совместимо с большинством моторных масел 110

Окончание табл. 14

Наименование масла

Назначение и характерные особенности

Промывочная жидкость Спектрол Мотор Клинер Qualitet- МП-К

Удаляет остатки отработанного масла из смазочной системы, а также снимает отложения и нагар с внутренних поверхностей двигателя Универсальное полусинтетическое масло обладает высокой моющей и растворяющей способностью по отношению к отложениям, образующимся в смазочной системе и на деталях двигателя Промывает масляную систему двигателей и агрегатов трансмиссии автомобиля, сохраняет свойства масла, залитого после промывки, замедляя его окисление Высокоэффективное синтетическое масло для промывки систем смазки бензиновых и дизельных двигателей Изготавливается на основе базового масла YUBASE, применяемого при производстве моторных масел ZIC. Специальный пакет присадок растворяет все виды отложений, улучшает моющие, антикоррозионные, противопенные и др. свойства. Эффективно используется для минеральных и синтетических моторных, а также трансмиссионных масел

Промывочная жидкость

Экойл, Россия

Flushing Oil ЛУКОЙЛ, Россия

ЮКОС, Россия

ПРОСТОР, Россия CONSOL, Россия NORDIX, Россия

ZIC FLUSH

Фирмапроизводитель, страна SPECTROL, Россия QUALITET, Россия

Тосол-Синтез, Россия BP, Великобритания SK Corporation, Южная Корея

Выводы 1. В процессе работы двигателя моторное масло подвергается разнообразным воздействиям, в результате чего оно стареет. 2. Термические и термоокислительные воздействия на масло приводят к образованию продуктов окисления, таких как органические кислоты и смолы, находящиеся в растворенном состоянии. Они вызывают увеличение вязкости и кислотного числа масел, увеличивая тем самым его коррозионную активность. 3. Получающиеся смолисто-активные вещества, в зависимости от степени термического воздействия, образуют нагары, лаки и осадки 111

с хорошей адгезией к поверхностям деталей (шламы). Кроме этого, в масло из воздуха попадает пыль, она загрязняется продуктами сгорания, водяными парами, серной и сернистыми кислотами. Все эти физико-химические явления увеличивают коррозионный износ двигателя. 4. Продукты термоокислительной деструкции под действием высоких температур понижают температуру вспышки, снижают щелочное число, ухудшают моющие свойства и повышают коррозионность масла. Образуются нагары, лаки, шламы, которые плохо проводят тепло, и двигатель перегревается. 5. Изменения, проходящие в моторном масле при нагреве, можно уменьшить повышением эффективности различных присадок, которые задерживают окислительный процесс масла и тем самым увеличивают срок службы двигателя.

18. Что показывает температура застывания масла? 19. По каким внутренним причинам происходит застывание моторного масла и как влияет эта температура на работу двигателя? 20. Что такое плотность и вязкость моторного масла и как эти параметры взаимосвязаны между собой? 21. Какое влияние оказывает плотность масла на работу двигателя? 22. Что обусловливает коррозионное действие масел? 23. Как классифицируются моторные масла по ГОСТу? 24. Как классифицируются моторные масла по SAE и API?

Контрольные вопросы 1. В чем заключаются основные функции моторного масла? 2. Какие эксплуатационные требования предъявляются к моторным маслам? 3. Что такое динамическая и что такое кинематическая вязкость масла? 4. Как изменяется вязкость масла с повышением или с понижением температуры? 5. Что такое индекс вязкости масла и какое влияние он оказывает на работу двигателя? 6. Что характеризует щелочное число моторного масла? 7. Каким показателем и для чего определяется щелочное число моторного масла? 8. Что происходит с моторным маслом в трех зонах работающего двигателя? 9. Какие присадки вводят в масло для улучшения их качества? 10. Что такое зольные присадки и для чего они применяются в моторных маслах? 11. Что происходит в двигателе, если масло обладает высокой зольностью? 12. В чем преимущества синтетических масел перед минеральными? 13. К чему приводит загрязнение моторных масел механическими примесями? 14. Какими причинами объясняется присутствие воды в работающих моторных маслах? 15. Что такое температура вспышки масла? 16. О чем можно судить по температуре вспышки масла? 17. Как изменяется расход масла при соответствующем изменении температуры вспышки? 112

113

Глава 4. ТРАНСМИССИОННЫЕ МАСЛА 4.1. Основное назначение трансмиссионных масел Трансмиссионные масла предназначены для смазки высоконагруженных зубчатых механизмов силовых передач механических, гидромеханических и гидрообъемных трансмиссий, а также других узлов и деталей автомобилей. Масла, применяемые в гидродинамических и гидрообъемных передачах, также являются трансмиссионными, хотя условия их работы имеют несколько отличную специфику. Дело в том, что в этом случае масло выполняет двойную роль: во-первых, оно служит средством передачи мощности; во-вторых, оно является рабочей средой, которая заполняет регулирующие системы. Следовательно, состав и свойства масел находятся в прямой зависимости от конструкций трансмиссий и условий работы в них, т. е. от температуры, контактных напряжений, скорости скольжения и т. д. Если сравнивать трансмиссионные масла с моторными, то по своим свойствам между ними существуют различия, которые заключаются в условиях работы. Во-первых, трансмиссионные масла не соприкасаются с горячими поверхностями камеры сгорания; во-вторых, они не имеют контакта с продуктами сгорания топлива; в-третьих, они одновременно подвергаются высокому контактному давлению с большой скоростью сдвига в сопряженных поверхностях. Доля трансмиссионных масел в общем потреблении смазочных материалов составляет от 0,3 до 0,5 % в зависимости от параметров автомобиля. Однако, несмотря на относительную малую долю потребления, значение трансмиссионных масел для обеспечения оптимальных условий эксплуатации автомобилей чрезвычайно велико. Дело в том, что агрегаты трансмиссий могут иметь в одном корпусе все виды передач и механизмов: зубчатые, фрикционные, гидродинамические и гидравлические. Поэтому трансмиссионные масла должны обладать универсальными свойствами: 1) как смазывающий материал в механических зубчатых передачах; 2) как рабочее тело, которое обеспечивает сцепление во фрикционных передачах; 3) как жидкость, которая передает мощность в гидравлических передачах и регулирующих устройствах. 114

По уровню напряженности работы зубчатых передач трансмиссионные масла делятся на следующие группы: 1) универсальные, обеспечивающие работу всех типов зубчатых передач и других трущихся деталей агрегатов трансмиссии; 2) общего назначения – для цилиндрических, конических и червячных передач; 3) для гипоидных передач, сочетающих высокие скорости относительного скольжения профилей зубьев с высокими давлениями, что обусловливает очень неблагоприятные условия трения и вызывает необходимость применения масел с высокоэффективными противозадирными присадками; 4) масла для гидромеханических передач; 5) масла для гидрообъемных передач. Таким образом, функции трансмиссионных масел заключаются в том, что они: в механических трансмиссиях снижают износ, уменьшают коэффициент трения, отводят тепло от трущихся поверхностей, защищают от коррозии, подавляют вибрации, смягчают нагрузки, удаляют продукты износа и загрязнения; во фрикционных механизмах обеспечивают прочный контакт смыкающихся поверхностей, обеспечивают необходимый статический и динамический коэффициент трения при разных скоростях скольжения, обеспечивают смазывание в экстремальных условиях, предотвращают проскальзывание пар трения и подавляют вибрации; в гидромеханических передачах снижают износ, снижают трение в зубчатых передачах, обеспечивают необходимый коэффициент трения для фрикционных механизмов, защищают от коррозии и отводят тепло от трущихся поверхностей. 4.2. Автомобильные трансмиссии и эксплуатационные требования к качеству трансмиссионных масел Обычно комплекс узлов и агрегатов, входящих в состав трансмиссий автотранспортных средств, составляют: коробка переключения передач (механическая, полуавтоматическая, автоматическая и т. д.); сцепление; главная передача; дифференциал; передача рулевого управления; раздаточная коробка; карданные валы с шарнирами и т. д. Этот комплекс узлов и агрегатов, взаимодействующих между собой, передает крутящий момент от двигателя к ведущим колесам. При передаче 115

крутящий момент изменяется как по величине, так и по направлению, одновременно распределяясь между ведущими колесами автомобиля. По характеру связи между двигателем и ведущими колесами, а также по способу преобразования крутящего момента трансмиссии делятся на механические, комбинированные (гидромеханические), электрические и гидрообъемные. Наибольшее распространение получили механические трансмиссии, применяемые на грузовых и легковых автомобилях. Комбинированную (гидромеханическую) трансмиссию применяют на ряде моделей автомобилей и автобусов. В эту трансмиссию входят гидротрансформатор и механическая коробка передач. Гидротрансформатор устанавливают вместо сцепления. Крутящий момент от гидротрансформатора передается к механической коробке передач с механическим или полуавтоматическим управлением. Такую трансмиссию иногда называют гидромеханической передачей. Электрическую трансмиссию применяют на карьерных автомобилях-самосвалах грузоподъемностью 75–170 т. Электрическая трансмиссия состоит из генератора постоянного тока, приводимого в действие дизельным двигателем с турбонаддувом мощностью 770–1690 кВт, и тяговых электродвигателей ведущих колес. Эта трансмиссия обеспечивает преобразование механической энергии дизеля в электрическую, которая от генератора передается тяговым электродвигателям, расположенными совместно с редукторами в ведущих колесах автомобиля. Электродвигатели в сборе с ведущими колесами обычно называют электромоторколесами. Электротрансмиссия упрощает конструкцию привода к ведущим колесам, однако ее применение ограничено из-за большей металлоемкости и несколько меньшего КПД по сравнению с механическими и гидромеханическими трансмиссиями автомобилей особо большой грузоподъемности. Гидрообъемная трансмиссия обеспечивает преобразование механической энергии в напор циркулирующей жидкости. В такой трансмиссии гидронасос, приводимый в действие от ДВС, соединен трубопроводами с гидродвигателями. Напор жидкости, создаваемый гидронасосом, преобразуется в крутящий момент на валах гидродвигателей, соединенных с ведущими колесами автомобиля. Недостатками гидрообъемной трансмиссии по сравнению с механической являются большие габаритные размеры и масса, меньший КПД и высокая стоимость. Поэтому такая трансмиссия широкого применения не находит.

По принципу действия детали, узлы и механизмы, входящие в устройства агрегатов трансмиссий, обычно разделяют на три основные группы: 1) зубчатые передачи и механизмы, которые находятся в коробках переключения передач, раздаточных коробках, главных передачах, дифференциалах, рулевых передачах и т. д.; 2) фрикционные механизмы, куда входят синхронизаторы механических коробок передач, тормоза и сцепления (фрикционы) автоматической коробки передач, фрикционная муфта дифференциала повышенного трения, фрикционная бесступенчатая коробка переключения передач и другие механизмы; 3) гидродинамические и гидравлические механизмы, представляющие собой гидротрансформаторы, гидравлические муфты, гидродинамические замедлители, гидравлические механизмы управления, гидравлические усилители и т. д. Все механизмы в агрегатах трансмиссий, за редкими исключениями, находятся погруженными в масло, которое служит одновременно как смазочный материал и как гидравлическая среда. Каждая из этих групп предъявляет разные требования к маслам в зависимости от того, какую функцию выполняет масло и какие конструкционные особенности у механизма, а также какие задачи он выполняет. К наиболее важным эксплуатационным требованиям, которым дол-

116

117

уменьшение интенсивности изнашивания и величины износа всех деталей трансмиссии; снижение потерь энергии, передаваемой от двигателя к ходовой части автомобиля; отвод тепла и удаление из зон трения продуктов износа и других загрязняющих масло примесей; отсутствие коррозионной агрессивности по отношению к детаснижение вибрации и шума шестерен, а также защита их от ударных нагрузок (при движении автомобиля по неровностям дороги); отсутствие вспенивания масла; стабильность свойств масла при работе механизмов, которые оно смазывает. Рассмотрим виды основных механизмов, принципы их действия и требования к маслам, которые обеспечивают их смазку.

4.2.1. Зубчатые передачи и требования к качеству масел, обеспечивающих их надежную работу Зубчатые передачи отличаются большим разнообразием конструкций, от которых, как и от условий работы, зависят износ и энергетические потери на трение. Это вызывает и особый подход к их смазыванию. Виды зубчатых передач механических трансмиссий очень разнообразные. Это могут быть цилиндрические, конусные, конусно-спиральные, гипоидные, червячные и другие. Каждая из этих передач характеризуется различными условиями работы, трения и смазывания. В зависимости от конструкций шестерен зубья могут соприкасаться небольшой площадью, линией или точкой. Профиль зубьев сконструирован так, что при движении зубья перемещаются путем качения, а не скольжения. Это позволяет уменьшить трение и износ. В цилиндрических передачах наибольшее трение скольжения проявляется у основания и вершины зубьев. Скорость скольжения в цилиндрических и конических передачах составляет от 1,5 до 12 м/с, а контактные давления от 500 до 2000 МПа. Наиболее трудными условиями работы отличаются гипоидные и червячные передачи, в которых одновременно проявляются высокие скорости сдвига, составляющие от 15 до 25 м/с соответственно, и контактные давления выше 3000 МПа. Конкретные агрегаты трансмиссий имеют конструкцию, которая определяется характером работы и величиной передаваемого крутящего момента. Коробки переключения передач, редукторы, раздаточные и другие распределительные передачи обычно состоят из цилиндрических шестерен с прямыми и косыми зубьями, а главные передачи имеют шестерни гипоидной конструкции. Поэтому в зависимости от условий работы трущихся пар узлы и механизмы в агрегатах механической трансмиссии автомобилей можно разделить на две группы, в которых: скорость скольжения сравнительно невысокая, до 12 м/с, а нагрузка распределена относительно равномерно и не превышает 2100 МПа – это механизмы коробки передач, раздаточных коробок и других редукторов; скорость скольжения достаточно высокая, больше 15 м/с, а нагрузки более 2100 МПа – это главная гипоидная передача и механизм рулевого управления. В связи с такими условиями работы механизмов выпускаются два основных класса трансмиссионных масел, отличающихся друг от друга 118

смазочной способностью и другими эксплуатационными свойствами. Эти классы масел условно называются «маслами для коробок передач» (класс по API GL-4) и «маслами для гипоидных передач» (класс по API GL-5). Эксплуатационные требования, которые предъявляются к трансмиссионным маслам, могут быть довольно противоречивыми. Масла должны, с одной стороны, сохранять высокую вязкость при рабочих температурах, чтобы не разрушалась пленка, и нормально уплотнялись зазоры, а с другой – не становиться слишком вязкими при низких температурах окружающей среды, чтобы в начале работы механизма холодное масло в агрегате не препятствовало бы свободному вращению шестерен. Кроме этого, трансмиссионные масла должны обладать наиболее важными и определяющими функциями, которыми являются противоизносные и антифрикционные свойства масел. Поэтому для обеспечения нормальной работы передач масла составляются из базовых масел с повышенными смазочными и вязкостными качествами, с добавлением к ним подобранного комплекта присадок. Для снижения износа высоконагруженных механических передач применяются более вязкие масла с эффективными противоизносными и противозадирными присадками, которые в иностранной литературе называются EP присадками. В зоне высокого нагрева они выделяют активные элементы – хлор, серу, фтор. Эти элементы на трущихся поверхностях реагируют с металлом и образуют защитную пленку, но при этом они способны вызывать коррозию на деталях из медных сплавов, т. е. на синхронизаторах и внутренних поверхностях вкладышей подшипников скольжения. Кроме этого, эти активные элементы оказывают вредное влияние на фрикционные свойства трущихся поверхностей. Поэтому масла с активными присадками не всегда могут быть применены для передач с деталями из цветных металлов или имеющих фрикционные элементы. Такие детали могут находиться в механической коробке передач с синхронизаторами или в самоблокирующемся дифференциале повышенного трения (LS дифференциал) и в других агрегатах. Эти обстоятельства вынуждают создавать либо специализированные масла, либо для повышения универсальности применять особые, более дорогие, присадки и синтетические базовые масла. Универсальные трансмиссионные масла содержат активные присадки, которые одновременно способны образовывать хемосорбционную пленку и являются малоагрессивными в отношении цветных металлов. 119

4.2.2. Фрикционные механизмы мокрого типа и требования к маслам, в которых они работают Фрикционные механизмы мокрого типа находятся в одном корпусе с другими механизмами передачи и работают в масле. К фрикционным механизмам мокрого типа относятся: синхронизаторы механической коробки передач; дисковые сцепления и ленточные тормоза автоматической коробки передач; фрикционные механизмы других гидромеханических передач; дисковая или коническая муфта (фрикцион) дифференциала повышенного трения; дисковый фрикцион вязкостной муфты; бесступенчатая фрикционная коробка передач. В зависимости от конструкции фрикционных механизмов к трансмиссионным маслам, в которых они работают, предъявляются следуюнизкая и постоянная вязкость в широком температурном интервале; обеспечение прочного контакта смыкающихся поверхностей; обеспечение статического и динамического коэффициентов тре-

4.2.3. Механические и автоматические коробки передач В настоящее время на современных автомобилях используются два типа коробок передач – с ручной и автоматической системами управления. В первом случае решение о переключении передачи принимается и обеспечивается непосредственно водителем. В случае использования автоматической коробки передач все эти функции возложены на систему управления, что в значительной мере облегчает процесс управления транспортным средством. Механические коробки переключения передач строятся по вальной схеме с использованием синхронизаторов (рис. 34 и 35) и механической системы управления, что затрудняет автоматизировать процесс переключения этих коробок. Для облегчения процесса управления транспортным средством предпринимаются попытки использовать на автомобилях с механической коробкой передач автоматические сцепления, работой которых управляет компьютерный блок. Это обеспечивает требуемое количество переключений, но ни в коей мере не снимает с водителя обязанности следить за загруженностью двигателя и внешними условиями движения, вовремя принимать решение о переключении передач.

минимальная зависимость коэффициента трения от температуры; обеспечение смазывания в экстремальных условиях и одновременно предотвращение проскальзывания пар трения и подавление вибрации во включенном сцеплении. От коэффициента трения зависит сила сцепления и качество работы фрикционных механизмов, т. е. плавное переключение и бесшумная работа передач во всех режимах вне зависимости от передаваемого крутящего момента и температуры. Масло должно обеспечить хорошее сцепление, предотвратить проскальзывание фрикционных дисков мощных сцеплений, например механизмов отбора мощности мобильной техники. Такие строгие требования могут выполнить только масла очень высокого качества, чаще всего синтетические и содержащие необходимые модификаторы трения. Масла с улучшенными фрикционными свойствами предназначены для гидромеханических передач, в состав которых входят фрикционные механизмы. Такие классы трансмиссионных масел имеют определение «для тормозов мокрого типа».

Рис. 34. Синхронизатор: 1 – ведомый вал; 2 – шестерня V передачи; 3 – конусное кольцо синхронизатора для включения V передачи; 4 – конусное кольцо шестерни; 5 – муфта включения IV и V передач; 6 – каретка синхронизатора; 7 – корпус (обойма) синхронизатора; 8 – конусное кольцо для включения IV передачи; 9 – ведущий вал; 10, 13 – зубчатые венцы включения синхронизаторов; 11, 12 – зубчатые венцы включения шестерен; 14 – шарик фиксатора

120

121

Чтобы уйти от недостатков вальных коробок передач, фирмы «Honda» и «Mercedes» используют автоматическую коробку переключения передач, в которой применяются дисковые фрикционные муфты, управляемые гидравликой. В большинстве коробок передач с автоматической системой управления используются планетарные передачи (рис. 36).

а)

б)

в)

Рис. 35. Схема работы синхронизатора (III и IV передач автомобиля ВАЗ-2105): а – нейтральное положение; б – начало включения III передачи; в – включение III передачи; 1 – вилка включения III и IV передач; 2 – муфта синхронизатора; 3 – блокирующее кольцо; 4 – возвратная пружина; 5 – зубчатый венец шестерни III передачи; 6 – шестерня III передачи; 7 – вторичный вал; 8 – ступица; 9 – шлицы ступицы вторичного вала; 10, 11 – стопорные кольца; 12 – венец синхронизатора IV передачи; 13 – подшипник; 14 – первичный вал; 15 – шлицы муфты синхронизатора; 16 – зубья блокирующего кольца 122

Рис. 36. Передача планетарного типа: 1 – болт большой крышки ведомой шестерни; 2 – ведомая шестерня с внутренним зацеплением; 3 – большая крышка; 4 – болт крепления чашки водила; 5 – наружная чашка водила; 6 – шестерни-сателлиты; 7 – крутящая шестерня; 8 – малая крышка; 9 – сухарь полуоси; 10 – полуось; 11 – стопорное кольцо; 12 – упор крутящей шестерни; 13 – ось сателлитов; 14 – стопорный болт оси сателлитов; 15 – пробка заливного отверстия; 16 – подшипник сателлита; 17 – стопорная шайба; 18 – кожух полуоси; 19 – наружный подшипник ступицы; 20 – гайка подшипников ступицы; 21 – контргайка подшипников ступицы; 22 – внутренняя чашка водила; 23 – ступица заднего колеса

Планетарные коробки имеют ряд неоспоримых преимуществ, и они наиболее перспективны с точки зрения увеличения количества передач. Простой планетарный ряд состоит из малого центрального колеса, называемого солнце, или солнечная шестерня, которое находится в по123

стоянном зацеплении с шестернями, называемыми сателлитами. Последние свободно вращаются на своих осях, закрепленных в водиле. Зубчатое большое центральное колесо внутреннего зацепления, называемое эпициклом, своей короной или большим кольцом находится в постоянном зацеплении с сателлитами и окружает всю конструкцию. Следует отметить, что малое центральное колесо, водило и эпицикл вращаются относительно одной общей оси, в то время как сателлиты вращаются относительно собственных независимых осей и в то же самое время вместе с водилом вращаются относительно малого центрального колеса. Это подобно планетам, вращающимся относительно своих осей и в то же время вокруг солнца. Трансмиссия с автоматической коробкой передач включает в себя: гидротрансформатор, коробку переключения передач, карданную передачу, главную передачу, дифференциал и полуоси. В настоящее время используются трансмиссии с передне- и заднеприводными схемами компоновки. В переднеприводных схемах используют поперечное или продольное расположение двигателя (рис. 37). В заднеприводных схемах главная передача и дифференциал расположены, как правило, вместе и компонуются они в едином картере. Хотя их функции различны, но работают они совместно (рис. 38). Цель главной передачи состоит в том, чтобы изменить крутящий момент и обороты после коробки передач. При этом величина крутящего момента увеличивается, а обороты снижаются. В заднеприводных автомобилях с продольным расположением двигателя в главной передаче используются гипоидные передачи (рис. 39), которые позволяют располагать ведущую шестерню ниже центра зубчатого колеса. Это делается для обеспечения более низкой и благоприятной установки карданного вала (рис. 40). В коробке передач с поперечным расположением используются планетарные или конические передачи со спиральными зубьями. Как правило, ведомое зубчатое колесо главной передачи закрепляется непосредственно на водиле дифференциала. Дифференциал, находящийся внутри заднего моста, выполняет две главные задачи: во-первых, он всегда делит крутящий момент поровну между приводными колесами; во-вторых, он обеспечивает разность угловых скоростей вращения приводных колес во время криволинейного движения. 124

Полуоси Автоматическая коробка передач

Трансформатор

Главная передача и дифференциал

Передняя часть автомобиля

Рис. 37. Компоновка переднеприводной трансмиссии

В автоматических коробках переключения передач, в отличие от механических вальных коробок передач, используются фрикционные муфты, управляемые гидравликой, получившие название гидромуфты. Гидромуфта – это самый простой элемент гидропривода. Принцип действия гидромуфты дает идеальное представление о том, как масло участвует в передаче крутящего момента двигателя. Конструкция гидромуфты очень простая. Она состоит из насосного и турбинного колес, находящихся в заполненном маслом кожухе (рис. 41). Принцип действия гидромуфты заключается в следующем. При вращении насосного колеса масло под воздействием центробежной силы начинает двигаться по направляющим лопаткам, приобретая при этом кинетическую энергию. При выходе из насосного колеса оно попадает в турбинное колесо, где при соприкосновении с его лопатками отдает свою энергию, приводя тем самым турбинное колесо во вращение. При быстром вращении рабочего колеса в масле возникают два 125

126 127

Рис. 38. Компоновка заднеприводной трансмиссии в сборе с задним мостом: 1 – корпус наружного сальника подшипника; 2 – набивка наружного сальника полуоси; 3 – пластина крепления подшипника; 4 и 6 – подшипник и сальник полуоси; 5 и 7 – упорная и запорная втулки подшипника; 8 – полуось; 9 – картер заднего моста; 10 – пружинная шайба; 11 – болт крепления редуктора; 12 – картер редуктора; 13 – ведомая шестерня главной передачи; 14 – ведущая шестерня главной передачи; 15 и 19 – задний и передний подшипники ведущей шестерни; 16, 18 – регулировочные прокладки; 17 – распорная втулка; 20 – маслоотражательная шайба; 21 – сальник ведущей шестерни; 22 – фланец крепления карданного вала в сборе с грязеотражателем; 23 – шайба; 24 – гайка ведущей шестерни; 25 – штифт пальца сателлитов; 26 – коробка дифференциала; 27 и 28 – подшипник и регулировочная гайка подшипников дифференциала; 29 – стопор; 30 – шайба пружинная; 31 – болт крепления стопора; 32 – шестерни полуоси; 33 – сателлиты; 34 – палец сателлитов; 35 и 36 – пробка и прокладка пробки маслоналивного отверстия; 37 – шайба пружинная; 38 – болт крепления

Рис. 41. Устройство гидротрансформатора: 1 – направление вращения вала двигателя; 2 – коленчатый вал двигателя; 3 – пластина привода гидротрансформатора; 4 – направление потока масла; 5 – турбинное колесо; 6 – насосное колесо; 7 – реакторное колесо; 8 – насос; 9 – опора вала реактора; 10 – входной вал АКПП; 11 – направление вращения входного вала АКПП; 12 – вал реактора; 13 – муфта свободного хода гидротрансформатора

Рис. 39. Смещение осей в гипоидной передаче

Рис. 40. Карданный вал: 1 и 7 – скользящая и фланцевая вилки; 2 – крестовина; 3 – сальник; 4 – игольчатый подшипник; 5 – стопорное кольцо; 6 – труба вала

потока. Первый – переносный, который определяется вращением насосного колеса; другой – относительный, определяемый перемещением масла относительно насосного колеса. Он вызван действием центробежных сил, возникающих в масле в результате вращения насосного колеса (рис. 42). Относительный поток создает скоростной напор масла на выходе из рабочего колеса. Возникновение переносного и относительного потоков можно объяснить, используя в качестве примера ведро с водой. При его быстром вращении вода вращается вместе с ним, т. е. участвует в переносном движении. Это приводит к возникновению центробежной силы, удерживающей воду в ведре в верхних точках траектории движения и создающей в ней давление (рис. 43). 128

129

Относительный поток

Насосное колесо

Турбинное колесо

Переносный поток

Рис. 42. Относительный поток масла в гидромуфте

Рис. 43. Возникновение центробежной силы, которая удерживает воду в ведре при его вращении 130

Поскольку вода ограничена стенками и днищем ведра, то она остается относительно него практически неподвижной. Если в стенке ведра сделать отверстие, то под действием давления, вызванного центробежной силой, вода начнет вытекать из ведра, совершая тем самым относительное движение. Абсолютная скорость воды в отверстии будет определяться векторной суммой скорости переносного движения и скорости относительного движения. В гидромуфте такого ограничения нет. Масло из центральной части быстро вращающегося насосного колеса двигается по его изогнутому профилю и на наружном диаметре выходит из него, попадая в турбинное колесо. Таким образом, масло, приобретая кинетическую энергию от вращения вместе с насосным колесом, попадает на лопатки турбины, отдавая ей часть своей энергии. Устройство гидромуфты таково, что крутящий момент на турбине никогда не превышает момент на насосном колесе. Переход гидромуфты из состояния скольжения к состоянию передачи полного крутящего момента происходит весьма быстро и эффективно. Дело в том, что природа любого гидропривода такова, что в нем всегда имеет место скольжение, т. е. угловая скорость турбинного колеса никогда не равна угловой скорости насосного колеса. Поэтому максимальной эффективности муфта достигает при относительной скорости, равной 0,9. Толчком к развитию автоматических коробок переключения передач для автомобилей послужило использование гидромуфты американской фирмой «Chrysler» в 1938 г., а в 1948 г. был разработан гидротрансформатор-муфта для установки на легковой автомобиль с пятиэлементной конструкцией на новой трансмиссии Dynafion (рис. 44). Результаты эксплуатации коробки передач Dynafion на автомобилях оказались весьма успешными, что привело к широкому использованию гидротрансформаторов в гидромеханических передачах (рис. 45). На современных автомобилях с автоматической трансмиссией гидротрансформатор стал основным элементом. Принцип действия гидротрансформатора такой же, как и гидромуфты. Те же самые относительный и переносные потоки, образуемые вращающимся насосным колесом. Но для увеличения крутящего момента на турбинном колесе введен дополнительный элемент – реакторное колесо. Хотя существуют разработки гидротрансформаторов различной сложности, однако в настоящее время в автоматических трансмиссиях 131

132 133 Рис. 45. Схема гидромеханической передачи: 1 – фрикцион, блокирующий насосное и турбинное колеса; 2 – турбинное колесо; 3 – колесо реактора; 4 – насосное колесо; 5 – ведущий вал коробки передач; 6 – муфта свободного хода; 7 – главный масляный насос; 8 – редукционный клапан; 9, 10 – ведущие шестерни; 11 – ведомая шестерня первой передачи; 12 – зубчатая муфта; 13 – ведомая шестерня заднего хода; 14 – ведомый вал; 15 – фрикцион второй передачи; 16 – барабан; 17 – фрикцион первой передачи; 18 – промежуточный вал; 19 – вспомогательный масляный насос; 20 – вал реактора

Рис. 44. Гидродинамическая передача: 1 – турбинное колесо; 2 – основное насосное колесо; 3 – первичный реактор; 4 – вторичный реактор; 5 – вспомогательное насосное колесо

используются в основном гидротрансформаторы с одним реакторным колесом (рис. 46). Турбинное колесо

Насосное колесо

Реактор

сосному колесу от двигателя. Следует отметить, что, помогая насосному колесу ускорять поток жидкости, реакторное колесо обеспечивает тем самым увеличение крутящего момента. Максимальное преобразование крутящего момента происходит при полностью остановленной турбине. Такой режим работы трансформатора называется стоповым. В процессе изменения крутящего момента преобладающим в жидкости является относительный поток, и поэтому жидкость циркулирует от насосного колеса к турбине и через остановленное реакторное колесо обратно к насосному колесу (рис. 47).

Турбинное колесо

Насосное колесо

Реактор

Реактор Турбинное колесо

Рис. 46. Схема гидротрансформатора с одним реакторным колесом

Реакторное колесо (реактор) устанавливается между выходом из турбины и входом в насосное колесо для поворота потока жидкого масла в направлении, совпадающем с направлением вращения насосного колеса. В этом случае неизрасходованная энергия масла не тормозит насосное колесо, как это происходит в гидромуфте, а помогает его вращению, что позволяет насосному колесу приобретать дополнительную кинетическую энергию. Рециркуляция жидкости увеличивает скорость потока масла и крутящий момент на турбине по сравнению с моментом, подводимым к на134

Реактор изменяет направление потока масла после турбинного колеса

Насосное колесо

Циркуляция масла Насосное колесо Турбинное колесо

Реактор

Рис. 47. Процесс циркуляции масла в гидротрансформаторе 135

Это происходит до тех пор, пока скорость турбины не будет составлять 0,85 скорости насосного колеса. В этот момент коэффициент полезного действия гидротрансформатора начинает уменьшаться, поэтому становится целесообразным перевести работу гидротрансформатора в режим работы гидромуфты. Лопатки реактора спроектированы так, что при относительной скорости 0,85 поток масла начинает воздействовать на реактор в противоположном направлении. В этот момент реакторное колесо, благодаря муфте свободного хода, теряет связь с картером трансмиссии и начинает свободно вращаться вместе с потоком, не воздействуя на него, в результате чего гидротрансформатор переходит в режим работы гидромуфты (рис. 48). Масло воздействуе т на реактор в обратном направлении

2. В зависимости от условий движения автомобиля он может работать в режиме гидромуфты, когда необходимо ускоренное движение, или в режиме трансформации крутящего момента при движении на подъемах. 3. Сглаживание колебаний нагрузки и не пропускание их в двигатель. 4. Поглощение крутильных колебаний, возбуждаемых двигателем, и не пропускание их в трансмиссию. 5. Допуск длительного движения в режиме «остановка–разгон» без возникновения больших динамических нагрузок, что увеличивает срок службы трансмиссии. Исходя из этих преимуществ, можно сделать вывод о том, что гидротрансформатор является агрегатом, в котором в качестве рабочего органа используется трансмиссионное масло. Основная функция этого масла заключается в том, чтобы обеспечить крутящий момент в гидравлических и гидромеханических механизмах автоматической коробки передач. 4.2.4. Гидравлический усилитель руля

После этого гидротрансформатор начинает работать с коэффициентом трансформации крутящего момента, равным 1,0. Весь этот процесс трансформации крутящего момента происходит автоматически в зависимости от внешних условий движения транспортного средства. Таким образом, важнейшими преимуществами гидротрансформатора являются: 1. Обеспечение нормальной работы двигателя при торможении или полной остановке автомобиля.

Чтобы уменьшить усилия, затрачиваемые при повороте рулевого колеса, а также смягчить удары, передающиеся на рулевое колесо при наезде управляемых колес на неровности дороги, и повысить безопасность при разрыве шин переднего колеса, в конструкцию рулевого управления поставлен специальный гидравлический усилитель. Гидроусилитель входит в состав рулевого механизма, который состоит из картера, винта с гайкой на циркулирующих шариках, рейки, изготовленной вместе с поршнем, гидроусилителя и зубчатого сектора, выполненного заодно с валом рулевой сошки (рис. 49). Гидроусилитель при этом объединен в один агрегат с рулевым механизмом, к которому относятся рулевая колонка, карданный вал с двумя сочленениями (рис. 50). Гайка рулевого механизма жестко закреплена внутри поршня-рейки. Зубчатые рейка и сектор имеют зубья, толщина которых изменяется по длине. Это позволяет регулировать зазор в зацеплении «рейка–сектор» регулировочным винтом, ввернутым в боковую крышку картера. Для уменьшения трения между винтом и гайкой в их резьбе циркулируют шарики. Вращение рулевого вала преобразуется в поступательное движение поршня–рейки в результате перемещения гайки по винту. Зубья поршня–рейки поворачивают сектор, а вместе с ним вал с сошкой.

136

137

Муфта свободного хода разблокирована Изменение направления потока масла

Рис. 48. Переход работы гидротрансформатора в режим работы гидромуфты

Циркулирующие шарики

Гайка Винт Картер

Рулевой вал

Поршень-рейка

Корпус клапана управления Золотник клапана управления

На картере механизма установлен клапан управления. Насос гидроусилителя лопастного типа двойного действия (имеет две камеры) с бачком и фильтром закреплен на двигателе и приводится в действие ремнем от шкива коленчатого вала. Насос соединен с клапаном управления двумя шлангами: один шланг высокого давления, по которому подводится масло от насоса; другой шланг низкого давления (слива), по которому масло возвращается к насосу. Схема работы рулевого механизма с гидроусилителем автомобиля ЗИЛ-130 показана на рис. 51; ее принцип действия заключается в следующем. Во время движения автомобиля по прямой дороге клапан находится в среднем положении и масло из насоса перекачивается в бачок (рис. 51, а). а)

Зубчатый сектор

Бачок Фильтр

Вал рулевой сошки

Насос

Рис. 49. Рулевой механизм автомобиля ЗИЛ-130

Шланг низкого давления Шланг высокого давления Рулевая колонка Бачок насоса Карданный вал Насос гидроусилителя Рулевой механизм

Рулевая сошка

Рис. 51 (начало). Схема работы рулевого механизма с гидроусилителем автомобиля ЗИЛ-130: а – при движении по прямой

Рис. 50. Рулевое управление с гидроусилителем автомобиля ЗИЛ-130 138

139

высокой смазывающей способностью; высокой термической стойкостью; высокой стойкостью к окислению; антикоррозийной стойкостью; совместимостью с уплотнителями; стойкостью при хранении; взаимосмешиваемостью.

б) Гайка

Винт

4.3.1. Смазывающая способность трансмиссионных масел в)

Для обеспечения надежной и эффективной работы узлов, механизмов и агрегатов трансмиссий масла должны обладать целым комплексом положительных эксплуатационных свойств:

Смазывающая способность трансмиссионного масла характеризует особенности и результат процессов трения и проявляется в способности масла снижать сопротивление движению (уменьшать силы трения) и предупреждать изнашивание трущихся деталей в условиях жидкофазного и граничного режимов. Жидкофазная смазка – это смазка, при которой разделение поверхностей трения деталей, находящихся в относительном движении, осуществляется жидким смазочным материалом. Граничная смазка – это смазка, при которой трение и износ между поверхностями, находящимися в относительном движении, определяется свойствами поверхностей и свойствами смазочного материала, отличными от объемных. Смазывающая способность масла должна находиться в соответствии с тем режимом трения, который имеет место в каждом конкретном случае смазки. Все свойства смазочного материала, обеспечивающие снижение затрат энергии на трение и уменьшение изнашивания механизмов, можно разделить на две большие группы: противоизносные и антифрикционные. Противоизносные свойства заключаются в способности масел снижать процесс изнашивания трущихся деталей за счет образования на них граничного слоя, который препятствует непосредственному контакту трущихся деталей. Изнашивание деталей происходит в результате механического, абразивного, гидроабразивного, коррозионно-механического и окислительного воздействия на трущиеся поверхности. Известны два основных механизма противоизносного действия граничного слоя: расклинивающее и модифицирующее действие. Смазочные масла, проявляющие эти действия, обладают соответственно расклинивающими и модифицирующими свойствами.

140

141

Зубчатый сектор

Поршень-рейка

Картер

Циркулирующие шарики

Клапан управления

Рис. 51 (окончание). Схема работы рулевого механизма с гидроусилителем автомобиля ЗИЛ-130: б – при повороте вправо; в – при повороте влево

При повороте вправо клапан перемещается вниз и открывает доступ маслу в пространство над поршнем–рейкой (рис. 51, б). При повороте рулевого колеса влево клапан перемещается вверх и открывает доступ масла под «поршень–рейку», в результате чего облегчается поворот колес влево (рис. 51, в). В качестве рабочей жидкости в гидроусилителе применяют всесезонное трансмиссионное масло марки P. Его заменителем может быть: летом – турбинное или индустриальное масло, а зимой – веретенное масло АУ. 4.3. Основные эксплуатационные свойства трансмиссионных масел

Расклинивающие свойства масла – это способность создавать граничный слой, обеспечивающий высокое сопротивление сближению контактирующих поверхностей твердых тел под действием нормальной нагрузки и малое сопротивление тангенциальным силам сдвига. Это связано с полярностью молекул и наличием в них гидроксильных, карбоксильных и других функциональных групп, содержащих кислород, серу, азот, хлор и др. вещества. В трансмиссионных маслах могут находиться молекулярные кислоты, сернистые соединения, смолистые вещества, жирные кислоты, эфиры, животные жиры и растительные масла. Эти вещества, находящиеся в масле, могут образовывать с поверхностью трения граничную пленку, которая сопротивляется своему утоньшению и развивает отталкивание, т. е. противодавление. Расклинивающее действие углеводородов возрастает с увеличением их вязкости, плотности, теплоты смачивания. Эти показатели служат косвенными характеристиками противоизносных свойств. Модифицирующие (полирующие) свойства масла заключаются в способности отдельных элементов смазочного материала взаимодействовать с металлами и при этом образовывать новые вещества, отличающиеся по механическим свойствам от основного металла. Однако в трансмиссионных маслах таких компонентов нет. Они вводятся с присадками, которые обладают полирующими свойствами. Эти вещества содержат серу, хлор, фосфор, а также органические соединения молибдена и др. В результате химического взаимодействия этих веществ с поверхностью металла образуются новые продукты, отличающиеся более низкой температурой плавления и увеличением пластичности. Например, сера образует сульфиды металла. Температура плавления сульфида железа на 350 °C ниже температуры плавления железа, а фосфида железа ниже на 515 °C. Течение сплава в местах контакта производит химическое полирование поверхности, в результате чего снижаются удельное давление и температура. Противозадирные свойства масла – это способность масла предотвращать повреждение трущихся поверхностей в направлении скольжения в виде широких и глубоких борозд, которые называются задирами. Задир может произойти в результате процессов схватывания или заедания поверхностей при трении.

Противоизносные свойства трансмиссионного масла повышают путем увеличения вязкости и сохранения в базовом масле природных полярно-активных веществ. При установлении требований к величине вязкости трансмиссионных масел исходят из необходимости обеспечения высоких противоизносных свойств и предотвращения утечек, с одной стороны, уменьшения затрат энергии на трение и улучшения пусковых свойств, с другой стороны. Чем выше вязкость, тем лучше противоизносные свойства и тем большую нагрузку могут выдержать трущиеся детали. На улучшении несущей способности масляного слоя благоприятно сказывается местное повышение вязкости в зоне высокого давления. Несущая (нагрузочная) способность – это свойство масла сохранять пленку масла на поверхностях трения и предохранять их от интенсивного износа, а также схватывания под воздействием большой нагрузки, скорости и температуры. Несущая способность принята за основу при классификации трансмиссионных масел для механических передач (ГОСТ 17479.2–85). Нагрузка задирания зубчатых колес Рзад возрастает с увеличением вязкости:

142

143

Рзад = K ˜ Q 0,5 , где Q – кинематическая вязкость при температуре испытания (60…90 °C); K – константа, зависящая от условий испытаний. Поэтому трансмиссионные масла для зубчатых передач отличаются от моторных масел повышенной вязкостью 20…30 сСт при 100 °C. Для улучшения противоизносных свойств трансмиссионных масел при их приготовлении используют неочищенные остатки от прямой перегонки нефти, которые содержат естественные полярно-активные вещества: смолы, асфальтены, сернистые и кислородные соединения. Кроме того, используют также экстракты от селективной очистки моторных масел. Повышение нагрузок и температуры вызывает необходимость введения в масло расклинивающих присадок. В связи с невозможностью использования в гидромеханических трансмиссиях высоковязкого масла, единственно возможным оказывается использование маловязких масел (жидкостей) и эффективных противоизносных присадок.

Характеристики противоизносных свойств Существуют две группы характеристик противоизносных свойств смазочных материалов. Первая группа – это характеристики, непосредственно оценивающие противоизносные свойства. Их получают в лабораторных условиях: на специальных машинах трения; на стендах, которые имитируют рабочие узлы шестеренчатых и червячных передач, подшипников скольжения или качения, а также на стендах с реальными отдельными агрегатами трансмиссий. Вторая группа – характеристики, которые позволяют косвенно судить о противоизносных свойствах смазочных материалов. К прямым характеристикам противоизносных свойств трансмиссионных масел относятся нижеследующие. Критическая температура, т. е. такая температура, при которой разрушается или плавится адсорбированный слой смазки. Это мера прочности граничной пленки при переходе к сухому трению, которая обычно не превышает 200 °C. Критическая нагрузка – это давление, при котором происходит резкое увеличение коэффициента трения за счет разрушения или плавления адсорбированного граничного слоя смазки. Критическая нагрузка сваривания – это давление, при котором происходит прочное соединение двух трущихся поверхностей металла в форме сваривания. Критическая нагрузка заедания – это давление, при котором возникают и развиваются повреждения поверхностей трения вследствие схватывания и переноса материала. Показатели износа – это результаты изнашивания, измеряемые в единицах длины и массы путем обмера или взвешивания изнашиваемых деталей, или определением качества продуктов износа в испытуемом смазочном материале. Скорость изнашивания – это отношение показателя износа к интервалу времени, в течение которого возник износ. Интенсивность изнашивания – это отношение показателя износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или к объему выполненной работы. Обобщенный показатель износа (ОПИ) – это показатель, учитывающий нагрузки истирания, задира и сваривания, представляющий собой среднее отношение осевых нагрузок к соответствующим показателям 144

износа в области 20 последовательных нагрузок, предшествующих нагрузке сваривания. Определяется на четырехшариковой машине по формуле n 20

¦

ОПИ =

n 1

Po dи / dн , 20

где Ро – переменная осевая нагрузка от 6 до 1260 кг; d и – диаметр пятна износа при нагрузке; dн

0,0873 3 Fo – диаметр площадки упругой деформации стальных

шаров по Герцу при той же переменной нагрузке Po . К косвенным характеристикам относятся: Массовая доля активных элементов, содержащихся в масле после добавления в него противоизносных присадок. Количество активных элементов должно быть в каждом случае оптимальным, так как их недостаток снижает противоизносные свойства, а избыток может привести к увеличению коррозионной агрессивности масла. Показатели физико-химических свойств масла (содержание сернистых и смолистых веществ, плотность, вязкость, кислотность, содержание воды, краевой угол смачивания) позволяют косвенно прогнозировать противоизносные свойства масла. Например, присутствие в трансмиссионном масле воды значительно изменяет (преимущественно ухудшает) противоизносные и противозадирочные свойства. Вода оказывает существенное влияние на химические процессы, протекающие на границе раздела фаз. Наибольшие изменения наблюдаются при содержании воды в масле от 0,5 до 2 %. Наличие воды в объеме масла способствует гидролизу присадок определенного химического состава, в результате чего их химическая активность возрастает. При этом вода участвует в формировании граничного слоя на поверхности металла и может привести к интенсивному коррозионно-механическому изнашиванию и задиру пар трения. Антифрикционные свойства – это способность масла уменьшать затраты энергии в механизмах и агрегатах трансмиссии. Затраты энергии на трение зависят от коэффициента трения. Коэффициент трения – это отношение силы трения между двумя телами к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу. 145

Сила трения – это сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, тангенциально направленной к общей границе между двумя телами. При гидродинамическом режиме трения затраты на преодоление сил трения будут определяться только силами внутреннего трения масла – вязкостью. При граничном режиме трения затраты энергии на трение будут определяться коэффициентом трения, который зависит не только от вязкости масла, но и от свойств граничного слоя масла, т. е. свойств поверхности. Уровень антифрикционных свойств трансмиссионного масла зависит от его состава, условий работы узла трения (температура, давление, скорости относительного перемещения поверхностей трения), конструкции и материала деталей трансмиссии. Однако основным показателем антифрикционных свойств масел является их вязкость.

Кинематическая вязкость ( ) характеризует текучесть масел при нормальной и высокой температурах. Стандартными температурами приняты 40 и 100 °C. Определяется стандартным капиллярным вискозиметром по времени истечения масла при фиксированной температуре. Единицы измерения – стокс (Ст) или сантистокс (сСт) = мм2/с. Динамическая вязкость ( ) характеризует текучесть масел в реальных условиях работы, обычно при крайних значениях температуры и скорости сдвига. Низкотемпературная вязкость выражается несколькими характеристиками: вязкостью при наиболее низкой температуре, обеспечивающая

где V – относительная скорость движения поверхностей; h – толщина слоя смазки; S – площадь скольжения. Вязкость зависит: от химического состава масла; факторов температуры; давления (нагрузки); скорости сдвига. Поэтому рядом с числовым значением вязкости всегда должны указываться условия определения вязкости.

вязкостью при низкой температуре, обеспечивающая перекачку масла без подогрева; вязкостью при низкой температуре и низкой скорости сдвига; условной температурной вязкостью при низкой скорости сдвига. Динамическая вязкость определяется ротационным вискозиметром. Единицы измерения динамической вязкости – = пуаз (П) или сантипуаз (Сп), Сп = мПа с. Высокотемпературная вязкость выражается несколькими характеристиками: кинематической вязкостью при низкой скорости сдвига; кинематической вязкостью при высокой температуре и высокой скорости сдвига, определяемая при 150 °C и скорости сдвига 106 с–1; сдвиговая стабильность, или способность масла выдерживать стабильную вязкость при продолжительном действии высокой деформации сдвига. Таким образом, вязкость трансмиссионного масла уменьшается при повышении температуры. Величина вязкости всецело определяется его групповым углеводородным и фрикционным составом. Низкотемпературные свойства трансмиссионного масла определяются температурой застывания. Это когда наступает критическая точка, ниже которой масло теряет свою подвижность и не может выполнять функции смазывания. Температура застывания трансмиссионного масла в комплекс вязкостных показателей по SAE не включается, однако она является одной из важнейших характеристик масел, особенно при эксплуатации в условиях холодного климата.

146

147

4.3.2. Вязкость и вязкостно-температурные свойства трансмиссионных масел Вязкость Вязкость – это объемное свойство жидкого, полужидкого или полутвердого вещества оказывать сопротивление при течении. Вязкость трансмиссионного масла выступает важнейшим физико-химическим свойством, оказывающим влияние на силу трения F: F= K

V ˜S , h

Температурная зависимость вязкости Температурный режим трансмиссионных масел достаточно тяжелый. Рабочая температура агрегатов трансмиссии достигает 150 °C и выше, а температура старта автомобиля может быть низкой, в зависимости от температуры окружающей среды. При высокой температуре масло должно быть достаточно вязким для поддержания прочности высоконагруженной масляной пленки. Индекс вязкости масел должен быть высоким. Повышение индекса вязкости путем введения полимерных загустителей в трансмиссионные масла не всегда приемлемо ввиду высоких деформаций сдвига в нагруженных элементах передач. Для повышения индекса вязкости высококачественных трансмиссионных масел применяются минеральные базовые масла гидрокрекинга или синтетические масла. Затраты энергии на трение зависят от величины вязкости и температуры застывания трансмиссионного масла. Фактическая рабочая вязкость в агрегатах трансмиссии зависит от температуры окружающей среды и эксплуатационной температуры масла в объемах картеров агрегатов трансмиссии. При минимальной температуре масла определяют предельное значение вязкости, обеспечивающее пуск механизма без подогрева масла. Это значение устанавливается экспериментально для каждого вида трансмиссии и мощности двигателя. Для автомобильных трансмиссий предельное значение вязкости масла составляет 4500 П. Средняя эксплуатационная температура позволяет выбрать вязкость масла с минимальными потерями энергии на трение. Для автомобильных трансмиссий максимальная рабочая вязкость масла, не вызывающая значительных затрат на трение, составляет 10…20 П. В гидродинамических трансмиссиях масло движется с большой скоростью (80…100 м/с) в узких каналах между лопатками насосного и направляющего колес и турбины. Для снижения энергетических затрат на преодоление внутреннего трения вязкость масла должна быть возможно более низкой во всем диапазоне рабочих температур. Практически вязкость масел для гидромеханических трансмиссий должна быть 4…8 сСт. Максимальная температура масла предопределяет выбор минимально допустимой вязкости для предотвращения значительных утечек через неплотности агрегатов трансмиссии. Если вязкость масла в автомобильных трансмиссиях не ниже 25…30 сСт, заметной утечки масла не происходит. Нижний предел вязкости масла для гидромеханических 148

трансмиссий (который составляет от 3 до 5 сСт) устанавливают по соображениям возникновения кавитации и подтекания масла через уплотнения. По максимальному и минимальному значениям вязкости масла для агрегатов трансмиссий и кривой зависимости вязкости от температуры можно определить температурную область применения данного масла. Чем шире будет эта область, тем лучше будут эксплуатационные свойства масла. Таким образом, вязкость трансмиссионных масел является комплексным показателем и характеризует поведение масла как при температуре установившегося режима работы, так и при запуске холодного автомобиля. Она характеризуется двумя показателями: кинематической вязкостью, эквивалентной рабочей температуре, в сСт при 100 °C; минимальной температурой работоспособности масла, ниже которой динамическая вязкость масла превышает 15 104 Сп (150 Па с) и не обеспечивает надежное смазывание трансмиссии. Энергетические потери в трансмиссии составляют до 20 % всей потребляемой мощности автомобиля. Уменьшение вязкости трансмиссионных масел является одним из главных путей увеличения экономичности автомобиля. Вязкое масло затрудняет плавное движение холодного автомобиля, труднее проникает в узкие зазоры между поверхностями трения. 4.3.3. Термостабильность трансмиссионного масла и стойкость его к окислению Углеводородные соединения масел способны окисляться. Окисление ускоряется: 1) при повышении температуры; 2) увеличении доступа кислорода, когда происходит перемешивание с воздухом; 3) каталитическом воздействии ионов металлов (особенно цветных); 4) механическом напряжении деталей; 5) большой скорости сдвига и т. д. Окисление масла при высокой температуре называется термоокислением, а способность противостоять окислению – антиокислительной стабильностью. 149

Окисление углеводородов является процессом, состоящим из многих стадий. В начале окисления накапливаются исходные продукты – перекиси, которые впоследствии резко ускоряют процесс окисления. Обычно первый этап заметно не изменяет физических свойств масла. Этот этап называется индукционным периодом, и его продолжительность служит показателем стойкости масла к окислению. После индукционного периода начинаются самоускоряющиеся реакции окисления, заметно изменяющие химические и физические свойства масла. Образуются кислоты, смолы, увеличивается вязкость масла. На нагретых поверхностях деталей образуются отложения, которые могут привести к повышенному износу. Кислые продукты окисления способствуют коррозии деталей. В итоге термоокислительные процессы ухудшают эксплуатационные свойства масла. Поэтому стойкость к окислению является одним из основных эксплуатационных свойств трансмиссионных масел. Термоокисление масла в реальных условиях эксплуатации автомобиля является сложным и зависит от следующих факторов: от температуры масла и деталей трансмиссии; взаимодействия с продуктами сгорания. Для оценки окислительной стойкости моторных и трансмиссионных масел используются лабораторные, стендовые и моторные испытания. Лабораторные испытания применяются для прогнозирования срока службы масла и поведения масла во время эксплуатации. Они проводятся при разработке новых масел с базовыми маслами и готовыми продуктами в целях определения эффективности присадок. Антиокислительная стабильность оценивается несколькими стандартными методами. Основными характеристиками термоокислительной стабильности являются: индукционный период окисления; стойкость к термоокислению; склонность к коксованию; изменение щелочного числа. Индукционный период окисления определяется по скорости расхода кислорода и применяется для моторных масел. Этот метод называется «испытание окислительной стабильности моторных масел для бензиновых двигателей методом поглощения кислорода тонким слоем». Стойкость к термоокислению – это показатель, оценивающий стойкость моторного масла к образованию нагара на горячих поверхностях цилиндропоршневой группы. Измеряется временем в минутах, в тече-

ние которого масло при температуре 250 °C превращается в остаток, состоящий из 50 % фракций масла и 50 % нагара. Склонность к коксованию (коксуемость) – это свойство образовывать твердый кокс при нагревании масла без доступа кислорода. Метод, по которому определяется коксуемость, называется методом Кондратсона. Трансмиссионное масло во время работы обычно не подвергается такому перегреву, как моторное, но все равно рабочие условия его являются довольно жесткими: из-за постоянно высокой температуры, которая возрастает до 150 °C; постоянного перемешивания его в агрегатах трансмиссии; наличия цветных металлов, которые являются катализаторами окисления; влияния больших нагрузок в агрегатах трансмиссий; высокой скорости сдвига. Окисление масла, интенсивно разогревающегося в агрегатах трансмиссии в процессе работы, вызывает изменения его физико-химических и эксплуатационных свойств. На этот процесс активное каталитическое действие оказывают такие металлы, как медь, свинец, их сплавы, железо. После обволакивания металлических деталей продуктами окисления роль металла как катализатора сводится к нулю. Самым эффективным фактором, ускоряющим окисление металла, является температура, при увеличении которой содержание в масле нерастворимого осадка возрастает. Также при этом возрастает вязкость и увеличивается коррозия, которая очень опасна для автоматических коробок передач. Масла для этих коробок передач должны иметь высокую стойкость к термоокислению. При работе в них масла подвергаются интенсивному перемешиванию в присутствии сплавов меди, которые катализируют окисление. Автоматические коробки передач – это агрегаты высокой точности, работа которых в значительной степени зависит от чистоты деталей. Любые отложения продуктов окисления масла могут испортить автоматическую коробку переключения передач, поэтому трансмиссионные масла должны быть идеально чистыми и иметь большой ресурс работы (от 30 до 50 тыс. км пробега).

150

151

4.3.4. Антикоррозионные свойства трансмиссионного масла Коррозия металлов является основной причиной преждевременного разрушения конструкционных материалов трансмиссии. Коррозия

содержанием воды; по характеру коррозии медной или другой металлической плас-

сопровождает процессы образования отложений и изнашивания деталей механизмов. В конечном результате коррозия снижает эффективность и надежность техники и ухудшает эксплуатационные свойства масла. Трансмиссионные масла должны исключать коррозию не только в процессе работы машины, но и в нерабочем состоянии. Ряд деталей трансмиссии изготавливают из цветных металлов, металлокерамики на медной основе, сплавов, содержащих олово, и других металлов. В результате их химического взаимодействия с кислыми продуктами, которые образуются в процессе окисления трансмиссионного масла, возникают коррозионные процессы. Коррозию медных деталей могут вызвать также входящие в состав трансмиссионных масел противозадирные и противоизносные присадки, отличающиеся высокой химической стабильностью. Повышенные рабочие температуры усиливают этот процесс, что может стать причиной серьезных нарушений работы агрегатов трансмиссии. Чтобы предупредить или уменьшить коррозионные процессы, в масло вводят антиокислительные и моющие присадки. Антиокислительные присадки тормозят процессы окисления, так как они снижают концентрацию в масле агрессивных продуктов и нейтрализуют уже образовавшиеся кислые вещества. Эти присадки можно рассматривать и как противокоррозионные. Механизм действия непосредственно противокоррозионных присадок основывается на их способности создавать на поверхности металла защитные пленки, которые исключают прямой контакт с ними агрессивных продуктов и одновременно делают металл более пассивным. Это исключает их роль как катализаторов окисления масла и накопления в нем агрессивных продуктов. Хорошими антикоррозионными свойствами обладают присадки, содержащие сульфонат кальция, окисленный петралатум, нейтрализованные нитрованные масла. Результат коррозии оценивается потерей массы испытуемой металлической пластинки относительно ее поверхности в г/м2 в заданных условиях испытания. Лабораторными методами коррозионные свойства масла оцениваются по следующим характеристикам: содержанием водорастворимых кислот и оснований; кислотным числом; содержанием серы;

тинки. Коррозионность трансмиссионного масла определяется раздельно для меди, медных сплавов и стали. Коррозия цветных металлов оценивается на пластинках при выдерживании их в течение установленного времени в горячем масле с последующей визуальной оценкой повреждения поверхности и изменения цвета или структуры поверхности. Противозадирные присадки трансмиссионного масла, содержащие активные содержания серы, хлора и фосфора, являются агрессивными по отношению к медным сплавам. Поэтому коррозионность трансмиссионного масла определяется пробой на медную пластинку. Медный стержень выдерживается в течение 3 ч в масле при температуре 150 °C (или в других стандартных условиях) с последующей оценкой в баллах поверхности на интенсивность коррозии на цвет. Интенсивность побежалости обозначается в цифрах (1 – слабая побежалость, 2 – умеренная побежалость, 3 – сильная побежалость, 4 – коррозия), а цвет – в буквах (a, b, c, d, f). Например, балл «2c» означает поверхность средней интенсивности (2) с фиолетово-синими и серебряными пятнами (с). Масло считается непригодным, если на поверхности медной пластинки появляются зеленоватые, темно-серые, коричневые, черные пятна, отложения или поверхность покрывается пленкой. Масла для автоматической трансмиссии пригодны к применению, если повреждение медного стержня не превышает 1b. Защитные свойства трансмиссионных масел от коррозии заключаются в способности масел предохранять от коррозии и ржавления деталей трансмиссии. Установлено, что концентрация воды в трансмиссионных маслах во время эксплуатации автомобилей может достигать 8 %. Причины обводнения масла следующие: во внутренние полости через зазоры в уплотнениях и сапуны поступает воздух, содержащий пары воды; неплотности в системах охлаждения редукторов также обеспечивают доступ воздуха; в процессе старения масла возможно образование неорганических солей и коррозионно-агрессивных компонентов. Поскольку вода выполняет функции электролита, проводящего ток, возникновение электрохимической коррозии практически неизбежно.

152

153

В процессе эксплуатации с ней борются методом ввода в масла защитных присадок, которые называются ингибиторами коррозии. Они вытесняют влагу и другие электролиты с поверхности металла и создают на ней прочную адсорбционную или хемосорбционную пленку. Таким путем исключается контакт металла с агрессивной средой. Защитные присадки устойчивы к действию не только органических кислот, но и воды. 4.3.5. Склонность трансмиссионных масел к пенообразованию Пенообразование – это процесс образования пены при интенсивном перемешивании и взбалтывании работающего масла. Пена ухудшает смазывающие и защитные свойства масла, ускоряет окисление, уменьшает производительность масляного насоса. Интенсивность пенообразования и стабильность пены зависит от химического состава масла, вязкости, поверхностного натяжения, наличия присадок, условий эксплуатации и других факторов. При повышении температуры и уменьшении плотности масла интенсивность пенообразования повышается, но стабильность пены уменьшается. Меньше пенятся масла с низкой вязкостью. Моющие, вязкостные, противоизносные, антикоррозионные присадки усиливают пенообразование. Пенообразование проявляется как в моторных, так и в трансмиссионных маслах и в гидравлических жидкостях. Причиной пенообразования в трансмиссионных маслах при высоких оборотах шестерен является интенсивное перемешивание масла с воздухом. Агрегаты трансмиссии рассчитаны на образование некоторого количества пены, которая не должна выходить через сапуны. Пенообразование усиливается при наличии в масле воды. Прорыв масляной пены является первым признаком присутствия воды в масле. Пенообразование масла оценивается двумя показателями: склонностью к пенообразованию и стабильностью пены. Количество пены (мл), образующееся в масле в градуированном мерном цилиндре, прогретом до 24 °C и продуваемом воздухом в течение 5 мин, называется склонностью к пенообразованию. Оставшийся объем пены (мл) после 10 мин называется стабильностью пены. Более строгие требования по пенообразованию предъявляются к масляным жидкостям для автоматических коробок переключения передач. В присутствии специальных присадок, особенно силиконовых жидкостей, пенообразование уменьшается. 154

4.3.6. Совместимость трансмиссионных масел с уплотнительными эластомерами Уплотнительные эластомеры – это сальники, манжеты, прокладки и другие резинотехнические детали, которые служат для недопущения вытекания технических жидкостей из внутренних полостей рабочих корпусов. Поэтому стойкость эластомерных деталей при продолжительном контакте с маслами оценивается в зависимости от состава и типа эластомера. Так как в эластомеры вводят противоокистительные, антифрикционные и другие добавки, то при взаимодействии масла и смазки эластомерные детали могут набухать или терять свою эластичность и твердость. Интенсивность старения зависит от свойств эластомеров, химического состава масла и температуры. Эластомеры быстро стареют при воздействии на них продуктов окисления масла. Отрицательное влияние на эластомеры, особенно при повышенной температуре, оказывают противозадирные присадки, так как сера, входящая в их состав, вулканизирует резину, которая от этого твердеет и уменьшается в объеме. Воздействие трансмиссионного масла для гипоидных передач на эластомеры всегда подвергается проверке. В лучшем случае изменение объема эластомеров не должно превышать 6 %, а на практике допускается до 15 %. Воздействие масла на эластомеры обычно определяется стандартными методами согласно ГОСТ 9.030. Например, изменение свойств четырех эталонных образцов резины при выдерживании их в масле в течение установленного времени при определенных условиях оценивается следующими показателями: увеличением твердости, изменением напряжения разрыва, изменением удлинения до разрыва, изменением объема. 4.3.7. Оценка качества трансмиссионных масел Основными критериями при выборе масла для механической трансмиссии являются: степень вязкости по SAE, класс качества и назначения. А при выборе масла для районов с холодным климатом следует обращать внимание на температуру застывания. В характеристиках трансмиссионных масел наряду с классом вязкости по SAE еще даются следующие параметры: плотность, кинема155

тическая вязкость при 40 и 100 °C, индекс вязкости, вязкость по Брукфильду, температура вспышки и температура застывания. Эти показатели не всегда характеризуют эксплуатационные свойства масел, но они являются ориентирами при выборе масла по вязкости и температуре замерзания, а также для идентификации. Главными эксплуатационными показателями при определении класса качества трансмиссионного масла являются: несущая способность; термическая стойкость и стойкость к окислению; пенообразование; антикоррозионная стойкость; совместимость с уплотнителями; стойкость при хранении; взаимосмешиваемость. Жидкости для автоматической трансмиссии – это хорошо очищенные и специально подобранные минеральные или синтетические масла с присадками, придающими маслу требуемые свойства. Статический и динамический коэффициенты трения должны иметь постоянные значения в ходе всей эксплуатации для обеспечения легкого переключения передач и избежания рывков при работе трансмиссии. Плавная работа трансмиссии без рывков обеспечивается применением модификаторов трения, которые вводятся почти во все жидкости гидромеханических передач и имеют особое значение для масляных жидкостей автоматической коробки передач. Параметры трения этих жидкостей определяются на специальной машине трения SAE № 2 (рис. 52). Высокий индекс вязкости (180 и более) обеспечивается модификаторами индекса вязкости или специально подобранными базовыми минеральными или синтетическими маслами. Пенообразование должно быть минимальным при самых больших оборотах и нагрузках. Масляные жидкости для автоматической трансмиссии должны обладать быстрой деаэрацией (выделением воздуха). Противоокислительная стойкость должна обеспечить стабильность свойств масла в ходе всего периода эксплуатации масла. Для улучшения смазочных свойств вводятся противоизносные и разделяющие присадки. Обобщая вышеизложенное, можно отметить следующие основные требования к качеству маслянистых жидкостей для автоматической трансмиссии: статический и динамический коэффициенты трения должны быть стабильными в течение всего периода эксплуатации жидкости; 156

Стальные пластины

Маховик

Электродвигатель Облицованная пластина Стопорное кольцо Охладитель Масло Нажимная пластина

Рис. 52. Схема машины трения SAE № 2

хорошие низкотемпературные свойства; высокий индекс вязкости; хорошие противоизносные свойства; высокая стойкость к окислению при высокой температуре и интенсивном перемешивании с воздухом; хорошие диспергирующие и моющие свойства; малое пенообразование и хорошая деаэрация; хорошая совместимость с прокладками и деталями из синтетических эластомеров и полимеров. 4.4. Классификации трансмиссионных масел 4.4.1. Классификация по вязкости Стандарт SAE J 306 Для классификации трансмиссионных масел по вязкости наибольшее распространение и признание в мире получила система, разработанная Американским Обществом Автомобильных Инженеров – SAE. 157

Она описывается стандартом SAE J 306 «Классификация вязкости трансмиссионных масел для ведущих мостов и механических коробок передач». Вязкость масла выражается в условных единицах – степенях вязкости по SAE. Спецификация SAE J 306 (табл. 15) используется производителями автомобильных трансмиссий при определении и рекомендации трансмиссионных масел для ведущих мостов и механических коробок передач, а также производителями масел при разработке новых составов, производстве и маркировке новых продуктов. Таблица 15 Степени вязкости масел для механических трансмиссий (SAE J 306 JUL 98) Степень вязкости по SAE 70W 75W 80W 85W

Максимальная температура при вязкости 150 000 Сп, °C –55 –40 –26 –12

80 85 90 140 250

– – – – –

Вязкость при 100 °C, мм2/с min max 4,1 – 4,1 – 7,0 – 11,0 – 7,0 11,0 13,5 24,0 41,0

< 11,0 < 13,5 < 24,0 < 41,0 –

Информация о вязкостях трансмиссионных масел, рекомендованных к применению, заносится в руководство по обслуживанию автомобиля, на основании которого пользователь выбирает соответствующий продукт в ассортименте смазочных материалов. Вязкость трансмиссионного масла должна выбираться с учетом наибольшей и наименьшей температур окружающей среды, при которых планируется эксплуатация автомобиля. По аналогии с классификацией моторных масел степень вязкости трансмиссионных масел можно разделить на условные ряды: зимний ряд: SAE 70W, 75W, 80W, 85W; летний ряд: SAE 80, 85, 90, 140, 250. Условность такого деления объясняется конструктивными особенностями агрегатов трансмиссий различных производителей. В зависимости от рабочих температур масла и нагрузок существуют агрегаты (например, механические коробки передач легковых автомобилей), для ко158

торых масла зимнего ряда будут обеспечивать достаточную степень защиты в широком диапазоне внешних температур. Дополнительные степени вязкости и новые требования по маркировке вынуждают поставщиков смазочных материалов более четко определять уровень вязкостных свойств, а производитель трансмиссии получает возможность более четко сформулировать свои рекомендации. Например: SAE 80W (для эксплуатации в зимнее время); SAE 80 (для эксплуатации в летнее время); SAE 80W-80 (для всесезонной эксплуатации). Учитывая диапазон условных значений, используемых для обозначения вязкости моторных масел (от 0 до 60), для обозначения степени вязкости трансмиссионных масел выбраны значения из диапазона от 70 до 250. Это сделано во избежание возможных ошибок при выборе масла на основе вязкости. В связи с вышесказанным моторные и трансмиссионные масла, имеющие одинаковые значения вязкости, будут значительно различаться в обозначениях по SAE (табл. 16 и 17). Таблица 16 Примерное сопоставление степеней вязкости SAE моторных и трансмиссионных масел на основе высокотемпературных показателей кинематической вязкости при 100 °C

Степени вязкости по SAE Моторные масла Трансмиссионные масла 0W 5W 70 W 10 W 75 W 15 W 20 W 20 80 W 25 W 80 30 85 W 40 85 50 60

90 140 250 159

Таблица 17 Примерное сопоставление зимней степени вязкости по SAE моторных и трансмиссионных масел на основе низкотемпературной вязкости по Брукфильду Степени вязкости по SAE Моторные масла Трансмиссионные масла 0W 70W 75W 5W 80W 10W 15W 85W 20W 25W

обозначаются инициалами и цифрами от ZF TE-ML 01 до ZF TE-ML 14. В списках для каждого вида передач перечисляются: виды и классы качества смазочных материалов; классы вязкости; допущенные к применению продукты с указанием марки и производителя. Таблица 18 Классификация и область применения трансмиссионных масел системы API (американский нефтяной институт) Классы трансмиссионных масел системы API API GL-1

4.4.2. Классификация по эксплуатационным свойствам Система классификации API Системой классификации трансмиссионных масел, общепризнанной во всем мире, является система классификации американского нефтяного института API. По этой системе масла для механических трансмиссий обозначаются знаком API GL и подразделяются на следующие классы (табл. 18). Таким образом, для механических коробок передач (кроме гипоидных) в основном применяются масла API GL-3 и API GL-4; для гипоидной главной передачи применяются масла класса API GL- 4 и API GL-5; причем API GL-4 применяются для средненагруженных передач, а API GL-5 – для сильно нагруженных передач, в том числе для гипоидных со значительным смещением осей. В настоящее время нефтекомпании выпускают универсальные масла, которые могут применятся одновременно как в коробках передач с синхронизаторами, так и в сильно нагруженных гипоидных передачах. Система классификации ZF Компания по производству передач и силовых агрегатов транспортных средств «Zahnradfabrik Friedrichshofen» (Германия, Фридрихсхафен, далее – ZF) является одной из крупнейших и влиятельных в Европе. Компания создала систему классификации всех видов автотранспортных передач. Каждый вид имеет свой список смазочных материалов. Эти списки 160

API GL-2

API GL-3

API GL-4

Область применения и краткая характеристика Масла для передач, работающих в легких условиях. Состоят из базовых масел без присадок. Иногда добавляются в небольшом количестве антиокислительные присадки, ингибиторы коррозии, легкие депрессорные и противопенные присадки. Эти масла предназначены для спирально-конусных, червячных передач и механических коробок передач (без синхронизаторов) Масла для передач, работающих в условиях средней тяжести. Содержат противоизносные присадки. Предназначены для червячных передач в транспортных средствах. Обычно используются для смазывания в трансмиссиях тракторов и других сельскохозяйственных машинах Масла для передач, работающих в условиях средней тяжести. Содержат в себе до 2,7 % противоизносных присадок. Предназначены для смазывания конусных и других передач грузовых автомобилей. В гипоидных передачах не используются Масла для передач, работающих в условиях разной тяжести – от легких до тяжелых. Они содержат 4,0 % эффективных противозадирных присадок. Предназначены для смазывания конусных и гипоидных передач, имеющих малое смещение осей, для коробок переключения передач грузовых автомобилей и для внутренних механизмов ведущих мостов. Данные масла являются основными для синхронизированных и не синхронизированных механических коробок переключения передач в Европе

161

Окончание табл. 18

Классы трансмиссионных масел системы API API GL-5

API GL-6

Область применения и краткая характеристика Масла для наиболее загруженных передач, работающих в суровых климатических условиях. Содержат до 6,5 % эффективных противозадирных и других многофункциональных присадок. Предназначаются в основном для гипоидных передач, имеющих значительное смещение осей, а также как универсальные масла для всех агрегатов механической трансмиссии, кроме коробки передач. Могут применяться для дифференциала повышенного трения, а также для синхронизированной механической коробки передач, если соответствуют требованиям производителей автомобиля Масла для наиболее загруженных передач, работающих в очень тяжелых условиях, т. е. при больших скоростях скольжения и значительных ударных нагрузках. Содержат до 10 % высокоэффективных противозадирных присадок. Предназначены для гипоидных передач со значительным смещением осей. Соответствуют наивысшему уровню эксплуатационных свойств. Класс API GL-6 может быть заменен на класс API GL-5, который достаточно хорошо удовлетворяет наиболее строгие требования

Европейские производители масел, создав систему ZF, сделали ее основной классификацией в странах Европы (табл. 19).

162

Таблица 19 Классификация трансмиссионных масел, применяемых в агрегатах ZF Список смазочных Область применения в узлах, механизмах и агрегатах материалов ZF ZF TE-ML 01 В механических несинхронизированных коробках передач с шестернями постоянного зацепления при помощи зубчатых муфт ZF TE-ML 02 В механических и автоматических трансмиссиях грузовых автомобилей и автобусов ZF TE-ML 03 В коробках передач с гидротрансформаторами для внедорожной мобильной техники (строительная и специальная техника, автопогрузчики и т. д.) ZF TE-ML 04 В судовых трансмиссиях ZF TE-ML 05 В ведущих мостах внедорожной мобильной техники ZF TE-ML 06 В трансмиссиях и гидравлических навесных системах тракторов ZF TE-ML 07 В передачах с гидрообъемным или механическим приводом, в системах с электроприводом, т. е. передачах, переключаемых под нагрузкой, в передачах подъемных механизмов или в приводах поворотных механизмов ZF TE-ML 08 В системах рулевого управления (без гидроусилителя) легковых и грузовых автомобилей, автобусов и внедорожной мобильной техники ZF TE-ML 09 В системах рулевого управления (с гидроусилителем и маслонасосом) легковых и грузовых автомобилей, автобусов и внедорожной мобильной техники ZF TE-ML 10 В коробках передач типа Transmatic для легковых и коммерческих транспортных средств (автомобилей) с гидротрансформатором и блокирующей фрикционной муфтой ZF TE-ML 11 В коробках переключения передач автомобилей ручного управления и в автоматических трансмиссиях легковых автомобилей ZF TE-ML 12 В ведущих мостах легковых автомобилей, в коммерческих транспортных средствах и в автобусах ZF TE-ML 13 В агрегатах специальных транспортных средств колесных и гусеничных машин войск НАТО ZF TE-ML 14 В автоматических коробках передач трансмиссий коммерческих транспортных средств ZF TE-ML 15 В тормозных системах специальных транспортных средств войск НАТО

163

4.4.3. Классификация масел по ГОСТ

Окончание табл. 21

В России ГОСТ 17479.2–85 «Масла трансмиссионные» четко классифицирует масла для механических трансмиссий по вязкости и уровню эксплуатационных свойств. Классификация трансмиссионных масел по вязкости Для механических передач масла по вязкости делят на четыре класса (табл. 20).

Группа Состав масел масел 2 Минеральные масла с противоизносными присадками 3

Минеральные масла с противозадирными присадками умеренной эффективности

4

Минеральные масла с противозадирными присадками высокой эффективности

Таблица 20 Классификация трансмиссионных масел по вязкости

Класс вязкости

9 12 18 34

Кинематическая вязкость Температура, при которой динамическая вязкость не при 100 °C, мм2/с превышает 150 Па ˜ с, не выше 6,00–10,99 –45 11,00–13,99 –35 14,00–24,99 –18 25,00–41,00 –

Классификация трансмиссионных масел по эксплуатационным свойствам Масла для механических передач по эксплуатационным свойствам делят на пять групп (табл. 21). Таблица 21 Классификация трансмиссионных масел по трансмиссионным свойствам Группа Состав масел масел 1 Минеральные масла без присадок

Рекомендуемая область Принятое применения обозначение ТМ-1 Цилиндрические, конические и червячные передачи, работающие при контактных напряжениях от 900 до 1600 МПа и температуре масла в объеме до 90 °C

164

5

Рекомендуемая область Принятое применения обозначение Цилиндрические, конические и ТМ-2 червячные передачи, работающие при контактных напряжениях до 2100 МПа и температуре масла в объеме до 130 °C Цилиндрические, конические, ТМ-3 спирально-конические и гипоидные передачи, работающие при контактных напряжениях до 2500 МПа и температуре масла в объеме до 150 °C Цилиндрические, спиральноТМ-4 конические и гипоидные передачи, работающие при контактных напряжениях до 3000 МПа и температуре масла в объеме до 150 °C Гипоидные передачи, рабоТМ-5 тающие с ударными нагрузками при контактных напряжениях выше 3000 МПа и температуре масла в объеме до 150 °C

Минеральные масла с противозадирными присадками высокой эффективности и многофункционального действия, а также универсальные масла Примечание. ТМ-1 и ТМ-2-смеси – имеют ограниченное применение ввиду низкого уровня смазывающих свойств; ТМ-3 – смеси дистиллятного маловязкого низкотемпературного масла с остаточными вязкими маслами селективной очистки с добавлением противозадирной, противоизносной и антипенной присадок, иногда смеси дистиллятного масла с деасфальтизатом, или загущается полиметакрилатом; ТМ-4 – смеси дистиллятных и остаточных масел, а в некоторых случаях включают осерненный нигрол, окисленный петролатум и загустители консистентных смазок; ТМ-4 – масла предназначены для работы в самых тяжелых условиях, и их состав зависит от конструкции трансмиссии, смеси и условий работы.

Группу маслам устанавливают по результатам оценки их свойств (ГОСТ 9490–75) при разработке новых трансмиссионных масел и до165

пуске их в производство, а также при периодических испытаниях товарных масел один раз в два года (табл. 22). Таблица 22 Оценочные показатели при определении группы масла Определяющее свойство трансмиссионного масла Предельная нагрузочная способность по нагрузке сваривания (Рс), Н, не менее Противоизносное свойство по показателю износа (Дн) при осевой нагрузке 392 Н при температуре (20 r 5) °C в течение 1 ч, мм, не более

1, 2

Группа масла 3 4

2700

2760

0,5

–

3000

–

5 3280

0,4

Примечание. Диаметр пятна износа при испытаниях на 4-шариковой машине трения.

Маркировка масел состоит из следующих знаков: первая группа знаков состоит из букв ТМ (трансмиссионное вторая группа обозначается цифрами и характеризует принадлежность масла к группе эксплуатационных свойств; третья группа обозначается цифрами, характеризующими класс вязкости. Кроме этого, применяются уточняющиеся обозначения: З – масло содержит загущающую присадку; К – консервированное масло; РК – рабочее консервационное масло. Например. Маркировка ТМ-5-12 РК будет расшифровываться следующим образом: масло трансмиссионное пятой группы по эксплуатационным свойствам, 12-го класса вязкости, одновременно является рабоче-консервационным. Приблизительное соответствие классов вязкости и групп эксплуатационных свойств отечественной и зарубежной классификаций показано в табл. 23 и 24.

166

Таблица 23 Соответствие классов вязкости трансмиссионных масел по ГОСТ 17479.2–85 с классом вязкости по SAE Класс вязкости по ГОСТ 9 12 18 34

Класс вязкости по SAE 75W 80W-85 90 140

Таблица 24 Соответствие групп эксплуатационных свойств трансмиссионных масел по ГОСТ 17479.2–85 с группами по API Группа по ГОСТ ТМ-1 ТМ-2 ТМ-3 ТМ-4 ТМ-5

Группа по API GL-1 GL-2 GL-3 GL-4 GL-5

4.5. Эксплуатационные группы трансмиссионных масел и их влияние на работу агрегатов трансмиссии 4.5.1. Эксплуатационные группы зарубежных масел Ассортимент зарубежных трансмиссионных масел в основном состоит из четырех эксплуатационных групп с условными названиями: 1) для механической коробки переключения передач – API GL-4; 2) заднего ведущего моста и гипоидной передачи – API GL-5; 3) автоматической коробки переключения передач – ATF; 4) гидравлических механизмов и систем. Для удовлетворения особенностей работы конструкций некоторых трансмиссий имеются дополнительные сорта масел: для пятиступенчатой коробки переключения передач; самоблокирующегося дифференциала повышенного трения (API GL-5 LS); 167

тракторов и мобильных рабочих машин (рассматриваются отдельно в разделе «Тракторные масла», STOU, UTTO, TOU); несинхронизированных коробок переключения передач грузовых автомобилей (API MT-1); трансмиссий некоторых моделей автомобилей Citroen, BMW, VW, Ford и др. Классификация масел на эксплуатационные группы облегчает составление торгового ассортимента для удовлетворения потребностей покупателей. В описаниях марок масел обычно выделяются особенности, которые могут оказать влияние на выбор масла покупателем: универсальные для всех видов механических передач; синтетические масла; масла продленного интервала замены; энергосберегающие масла; биологически разлагаемые масла и др.

недопущение коррозии синхронизаторов; защита от коррозии других деталей; отвод тепла от нагревающихся деталей; подавление вибрации и смягчение ударных нагрузок внутри агрегатов; удаление продуктов износа и загрязнений; Синтетические трансмиссионные масла отличаются от минераль-

Эти масла применяются в механических узлах и механизмах агрегатов трансмиссий, которые не предъявляют повышенных требований к устойчивости при высоких нагрузках. Такими агрегатами и механизмами являются: синхронизированные коробки переключения передач; несинхронизированные коробки переключения передач; передачи переднего ведущего мости; передачи, переключаемые под нагрузкой; малонагруженная главная передача с дифференциалом; раздаточная коробка; редукторы колес; дополнительные коробки переключения передач. Основными требованиями к качеству этих трансмиссионных масел являются: снижение износа деталей; снижение трения между соприкасающимися деталями;

малой вязкостью (SAE 75W-90); большим индексом вязкости (175…205); низкой температурой замерзания (ниже –50 °C); высокой устойчивостью к сдвиговой деструкции; стойкостью к термическому и окислительному воздействию; низкой склонностью к пенообразованию. Они применяются в передачах, которые чувствительны к увеличению вязкости при низкой температуре. К таким передачам относятся механизмы пятиступенчатых коробок передач и дифференциалы повышенного трения. В условиях холодного климата они становятся незаменимыми и, кроме того, они обеспечивают хорошее смазывание при больших скоростях вращения передач. Как правило, они энергосберегающие с продленным интервалом замены. Их цена намного превышает цену минеральных трансмиссионных масел. Большинство механических коробок передач состоит из системы цилиндрических зубчатых колес и синхронизаторов. Зубчатые передачи сильно нагружены, поэтому для снижения их износа предпочтительнее применять вязкие масла с противоизносными присадками. Синхронизаторы изготовляются из медных сплавов, поэтому противозадирные присадки могут вызывать на них коррозию. Вследствие этого в механических коробках передач применяются масла средней вязкости и с умеренными присадками. Для гипоидной передачи необходимо применение высокоэффективного масла, подавляющего изнашивание. По этой причине становится трудно разработать универсальные трансмиссионные масла для всех агрегатов трансмиссий с высокой несущей способностью, которые бы обеспечивали хорошую работу синхронизаторов и не вызывали бы коррозию. Пятиступенчатые синхронизированные коробки переключения передач, устанавливаемые на современных легковых автомобилях, разме-

168

169

4.5.2. Влияние свойств масел на работу трансмиссионных агрегатов Масла для механических коробок переключения передач легковых и грузовых автомобилей

Mercedes-Benz, Volvo) или моторные масла (Austin-Rover, Honda, Isuzu, Peuqeot, SAAB). В табл. 25 приведены сравнительные оценки этих трех типов смазочных масел.

щены в одном корпусе совместно с главной передачей в переднем ведущем мосту и имеют конструкционные особенности. Для таких коробок требуются специальные масла. Дело в том, что синхронизация шестерней при переключении передач осуществляется путем прижатия блокирующего кольца синхронизатора к конусу зубчатого колеса. При этом их угловые скорости вращения шестерен выравниваются и масляная пленка, находящаяся между ними, выдавливается. Смазывание становится полусухим, и за счет этого осуществляется фрикционное сцепление. Для этого требуются маловязкие масла не выше SAE 80W, а для синхронизированной пятиступенчатой коробки передач – SAE 75W и даже SAE 70W. Модификаторы трения, обеспечивающие коэффициент трения, усложняют применение этих масел в гипоидных передачах, для которых требуется маловязкое масло и без агрессивных для медных сплавов противозадирных присадок. Новые синтетические базовые масла, будучи весьма маловязкими, обеспечивают хорошее смазывание и гипоидной передачи. Поэтому универсальные трансмиссионные масла, как правило, бывают синтетическими. Только они имеют достаточно высокий индекс вязкости, необходимый для плавной работы пятиступенчатой коробки при низкой температуре. В системе качества API не предусмотрены испытания масел по износу и коррозии синхронизаторов. Это связано с тем, что в Северной Америке 90 % всех тяжелых автомобилей снабжены ручными коробками передач без синхронизаторов. В Европе наблюдается обратная картина – 90 % тяжелых автомобилей имеют коробку передач с синхронизаторами. Поэтому в Европе класс API GL-4 рассматривают как типичный класс масел для коробок передач ручного управления и с синхронизаторами. По рекомендации компании ZF масла для механических коробок передач должны иметь категорию API GL-4 с дополнительной спецификацией ZF TE-ML 02, которые можно применять одновременно как для коробок передач, так и для гипоидной передачи. Такие масла не вызывают коррозии деталей из меди и медных сплавов. В настоящее время разработаны новые спецификации трансмиссионных масел, в которых уже предусмотрена проверка совместимости масла с синхронизаторами. Некоторые производители автомобилей рекомендуют применять в коробках передач легковых автомобилей не только трансмиссионные масла, но и жидкости для автоматической коробки передач (BMW,

Пятиступенчатые коробки передач требуют масла, у которых слабая зависимость вязкости от температуры. Такими свойствами обладают масла гидрокрекинга и синтетические масла. Они должны соответствовать категории API GL-4 или API GL-5. При этом оптимальная вязкость масел должна быть SAE 75W-90 или SAE 85W-90. Мощные грузовые автомобили, автобусы, трактора и другие мобильные рабочие машины также имеют механические коробки переключения передач (КПП), но более сложной конструкции, например: несинхронизированная КПП с предварительным делителем или без него; синхронизированная КПП с предварительным делителем или без него; синхронизированная КПП с гидротрансформатором; синхронизированная КПП с гидротрансформатором и промежуточным гидродинамическим тормозом – замедлителем. Если коробка переключения передач и сцепление размещены в общем корпусе с главной передачей и дифференциалом переднего моста,

170

171

Таблица 25 Сравнительная оценка эксплуатационных характеристик трансмиссионных масел, моторных масел и жидкостей для автоматической коробки передач (ATF) Характеристики Высокотемпературная вязкость Низкотемпературная вязкость Стойкость к термоокислению Нагрузочная способность Питтинг зубьев шестерен Характеристика синхронизации

Трансмиссионные масла Хорошо

Моторные масла

Жидкости ATF

Хорошо

Приемлемо

Приемлемо

Хорошо

Отлично

Приемлемо

Отлично

Отлично

Отлично

Приемлемо

Приемлемо

Хорошо

Приемлемо

Приемлемо

Отлично

Приемлемо

Приемлемо

то применяются маловязкие масла типа API GL-4. Изготовители таких масел на этикетках обычно отмечают возможность применения его в переднем ведущем мосту и в коробке передач. Но для некоторых автомобилей может быть использовано и моторное масло. Для масел раздаточных коробок передач особых требований не предъявляется, и для них применяются те же масла, что и для механических коробок передач ручного управления или передач ведущего моста. Главная передача увеличивает вращательный момент, уменьшает скорость вращения и в заднем мосту меняет направление момента вращения на 90°. Она соединяется с дифференциалом, в котором вращение передается на колеса посредством конусных сателлитных шестерен. При этом обе полуоси могут вращаться с разной скоростью при повороте автомобиля. Главная передача чаще всего состоит из пары гипоидных шестерен в легковых автомобилях и конусно-спиральной пары в большинстве грузовых автомобилей. Обычно эти передачи во время работы бывают сильно загруженными и скоростными. Контактное давление в них достигает 2000 МПа и более, а рабочая температура поднимается до 120…130 °C. Для таких передач требуется вязкое масло (SAE 90 или SAE 140), которое содержит достаточно много серы в противозадирных присадках (до 1,5 %). Маслом для ведущего моста – главной передачи и дифференциала может быть масло марки API GL-2 или API GL-4. Для подавления проскальзывания и буксования одного колеса при повороте автомобиля применяются дифференциалы повышенного трения с дисковой фрикционной или конической фрикционной муфтой. Фрикционная муфта создает дополнительное трение между корпусом и шестерней полуоси и при возникновении разницы вращения, когда одна часть крутящего момента передается на проскальзывающие колеса. Для дифференциалов повышенного трения применяются масла с заданными фрикционными свойствами и пониженной вязкостью. Масло должно хорошо смазывать не только гипоидную передачу, но также обеспечивать хорошую работу фрикционной муфты. Коэффициент трения должен быть небольшим при малой скорости скольжения и повышаться при ускорении скольжения. Это достигается добавлением специальных присадок. Единых требований к этим маслам пока нет ввиду разнообразия конструкций дифференциала. Поэтому при выборе масла следует руководствоваться указаниями производителя автомобиля или поставщика масла о его пригодности для данной конструкции дифференциала. 172

Обычно вязкость и спецификация масла для дифференциала повышенного трения бывают следующие: вязкость: SAE 75W-90; SAE 80W-90; SAE 85W-90; SAE 90; класс качества API GL-5 LS; спецификация: OEMs, ZF TE-ML-05; MIL-L-2105 B; Volvo 97311; Ford ESW-M2C 104A; ESP-M2C 154-A. В гипоидной конусной передаче оси конусов не пересекаются. Скольжение зубьев тем больше, чем больше расстояние между осями. Поэтому одним из показателей масел для гипоидных передач является смещение осей конусов, выраженное в миллиметрах (рис. 39). Этот показатель часто приводится в описаниях масел и служит в качестве признака при классификации масел, предназначенных для гипоидных передач. Дело в том, что в гипоидной передаче условия работы особенно тяжелые. На зубья действует высокое контактное давление до 4000 МПа, проявляются динамические нагрузки, удары, высокая скорость скольжения до 15 м/с, поэтому для эффективного смазывания применяются противоизносные и разделяющие присадки. На поверхностях трения гипоидной передачи присадки разлагаются с выделением химически активных элементов, и тогда на поверхности образуется хемосорбционная пленка, отличающаяся пластичностью и хорошим сцеплением с металлом. Присадки высокого качества вводятся во все масла. Они содержат органические соединения хлора и фосфора, которые могут вызвать коррозию цветных металлов. Универсальные трансмиссионные масла, применяемые для гипоидной и механической коробок передач, имеют специальные разделяющие присадки, не вызывающие коррозии цветных металлов и обладающие хорошими смазывающими свойствами. Масла для гипоидных передач должны обладать следующими показателями качества: вязкость: SAE 90; SAE 80W-90; SAE 80W-140; SAE 85W-140; класс качества API GL-5; спецификации изготовления машины: Ford SM-2С 1011 A; Volvo 97310; Volvo 97313; ZF TE-ML 01; ZF TE-ML 05; ZF TE-ML 07. Фрикционная вязкостная муфта используется в некоторых легковых автомобилях (Renault Espace Quadro, Ford Escort RS 2000 и др.) 173

с четырьмя ведущими колесами и представляет распределительный механизм вместо межосевого дифференциала или механизма блокировки межосевого дифференциала. Муфта автоматически распределяет силу между передними и задними ведущими колесами. Когда колеса на скользкой дороге начинают проскальзывать, то диски муфты проворачиваются относительно друг друга. При этом трение возрастает, от чего сила сцепления повышается, и момент вращения передается на стоящие колеса. Для фрикционной вязкостной муфты обычно применяются синтетические или полусинтетические масла API GL-5, у которых вязкость SAE 80W, SAE 75W-90. Червячная передача рулевого механизма (рис. 53) смазывается маслом с низким коэффициентом трения, способным выдержать большие нагрузки при высокой скорости скольжения до 50 м/с, с высоким индексом вязкости и содержащим антиокислительные присадки. Желательно, чтобы во время эксплуатации масло не загущалось и интервал его замены был бы по возможности большим. Обычно масло в рулевом механизме не меняется в течение всего времени эксплуатации автомобиля. Масло может заменяться в ходе ремонта рулевого механизма или в результате его вытекания. Категория качества таких масел API GL-2.

Рис. 53. Схема червячной передачи

Малонагруженные передачи некоторых агрегатов трансмиссий, у которых простая конструкция и легкий режим работы, могут смазываться маслами без присадок или в которых они есть, но в минимальных количествах. Обычно такие масла дешевле и имеются в ассортименте каждой крупной компании. Категория качества таких масел может быть API GL-1. Хотя для передач простых конструкций возможно и примене174

ние смазочных масел более высокого класса, но экономически это будет невыгодно. Масла для автоматической коробки переключения передач К этим маслам предъявляются более высокие требования по вязкости, антифрикционным, противоизносным и противоокислительным свойствам, чем для других агрегатов. Дело в том, что автоматические коробки включают в себя несколько совершенно разнородных узлов: гидротрансформатор, шестеренчатую коробку передач, сложную систему управления и т. д. При этом спектр функций масла весьма широк. Масло смазывает и охлаждает детали, передает вращающийся момент и обеспечивает фрикционное сцепление. Однако из-за отсутствия жесткой связи между двигателем и трансмиссией динамические нагрузки в автоматических коробках переключения передач меньше, чем в обычных механических коробках. Средняя рабочая температура масла в картере автоматической коробки составляет 80…95 °C, а в жаркую летнюю погоду при плотном городском движении она может подниматься до 150 °C. Конструкция автоматической коробки такова, что если с двигателя снимается мощность бóльшая, чем нужно для преодоления дорожного сопротивления, ее избыток расходуется на внутреннее трение масла, которое при этом еще больше нагревается. Высокие скорости движения потоков масла в гидротрансформаторе и его высокая температура вызывают интенсивную аэрацию, приводящую к вспениванию масла, что создает благоприятные условия для его окисления, а окисление масла ведет к коррозии металлов. В парах трения применяют разнообразные материалы: сталь–сталь; сталь–металлокерамика; сталь–бронза; сталь–фрикционная прокладка. Такое разнообразие материалов затрудняет подбор антифрикционных присадок. Кроме этого, разнородные материалы деталей, а также кислород, вода, и само масло образуют электрохимические пары, активизирующие коррозийный износ. В таких условиях масло должно не только сохранять свои эксплуатационные свойства, защищать поверхности трения, но и, как передающая вращающий момент среда, обеспечивать высокий КПД трансмиссии. В этом случае требования к вязкости масла становятся противоположны тем, что предъявляются, когда речь идет только о смазке. Все дело в том, что для смазки шестерен нужна относительно высокая вязкость, 175

а для нормальной работы гидротрансформатора нужна низкая вязкость от 4 до 9 сСт при 100 °C. Для автоматической коробки переключения передач применяются масла двух типов, которые отвечают требованиям основных производителей автомобилей – «General Motors» и «Ford». Они носят фирменные названия – Dexron® и Mercon®. Автомобильная корпорация «General Motors» в 1949 г. создала специальное масло для автоматической коробки передач, которое условно называлось Type A. Тогда такое масло находило применение для всех автомобилей, в том числе и для автомобилей корпорации «Ford». В 1961 г. «Ford» издала спецификацию на масло M2C33-D с новыми требованиями по фрикционным свойствам. С этого времени стали выпускаться два типа масел: «General Motors» и «Ford». Со временем разница между этими маслами сократилась, и с 1993 г. они стали взаимозаменяемыми. После этого, с учетом требований для электронно-контролируемого сцепления автотрансформатора, были созданы масла новой модификации: Dexron III(G) и Dexron IV. Последняя модификация масла Ford Mercon V имеет особые свойства и с другими маслами не взаимозаменяема. Типовые характеристики маслянистых жидкостей ATF для автоматических коробок переключения передач показаны в табл. 26. Масла для автоматической коробки передач окрашиваются в красный цвет. Это делается для того, чтобы такое масло можно было отличить от других масел, а также для обнаружения мест утечки. Масла для коробок передач по эксплуатационным свойствам и вязкости не разделяются. Поэтому для всех условий, любого рабочего режима, любой мощности автомобиля применяются одни и те же масла. Исключение составляют только климатические условия. В зависимости от природы базового масла и состава депрессорных присадок масла отличаются по индексу вязкости и температуре застывания. Для районов суровой зимы в автоматической коробке передач необходимо применять синтетические масла. Масла (жидкости ATF) для автоматических коробок передач легковых автомобилей по своим свойствам отличаются от масел для мощных тягачей, автобусов, тракторов и других мобильных машин. Требования к качеству масел для мощных автомобилей обычно предъявляются в спецификациях их производителей и указываются в листах, данных для таких автомобилей. 176

Таблица 26 Типовые характеристики маслянистых жидкостей ATF типа Dexron III и Mercon Свойство

Кинематическая вязкость, сСт: при 40 °C при 100 °C Индекс вязкости Температура вспышки, °C Температура воспламенения, °C Удельная плотность, 60/60°F Наличие химических элементов, ррt: Бор (В) Кальций (Са) Азот (N) Фосфор (P) Сера (S)

Типичное Пределы для Пределы для значение для Dexron III Mercon жидкостей ATF 37,7 8,1 197 200 231 0,87 130 28 960 250 3500

Протокол Протокол – Min 170 Min 185 –

– Min 6,8 – Min 177 – –

Протокол

Протокол

Масла для бесступенчатой коробки переключения передач В настоящее время производителями машин совместно с нефтекомпаниями ведутся интенсивные работы по создания автоматических бесступенчатых коробок передач. Одновременно разрабатывается несколько направлений конструкционного решения созданию такой передачи. Все они основаны на использовании принципа фрикционных вариаторов: клиноременного и торового. Пока наиболее полно разработана клиноременная передача с использованием стального или армированного эластомерного ремня. Такие передачи устанавливаются на некоторые модели легковых автомобилей: Fiat, Ford, Honda и др. Бесступенчатая коробка переключения передач обеспечивает плавную работу автомобиля и при этом она экономичнее передач ручного управления. Для жидкой среды бесступенчатой коробки передач разрабатываются специальные масла с определенными фрикционными свойствами при низкой скорости скольжения. 177

4.5.3. Эксплуатационные группы масел российского производства Масла для механических коробок передач Отечественной промышленностью выпускается около двух десятков трансмиссионных масел различного уровня качества и назначения. Масло ТСп-10 изготавливают путем смешивания деасфальтизата эмбенских нефтей с маловязким низкозастывающим дистиллятным компонентом. Оно содержит противозадирную, депрессорную и антипенную присадки. Применяется для смазки тяжелонагруженных цилиндрических, конических и спирально-конических передач автомобилей и других машин. Работоспособно при температуре до –35…–40 °C. Масло ТСп-15К изготавливают из смеси дистиллятного и остаточного масел сернистых нефтей. Оно содержит противозадирную, протиивоизносную, депрессорную и антипенную присадки. Применяется для смазывания тяжело нагруженных цилиндрических, конических и спирально-конических передач большегрузных автомобилей КамАЗ, КрАЗ, Урал и других машин; всесезонно для средней полосы России. Работоспособно при температуре до –30 °C. Масло ТАП-15В изготавливают из смеси экстрактов остаточных масел фенольной очистки и дистилляторных масел или фильтрата обезмасливания парафинаОно содержит противозадирную и депрессорную присадки. Применяется для смазывания тяжело нагруженных цилиндрических, конических и спирально-конических передач. Используется в трансмиссиях автомобилей, строительно-дорожных машинах, в различных редукторах при температуре окружающего воздуха до 50 °C, контактных напряжениях от 2,5 до 10 Па и скоростях скольжения до 15 м/с; всесезонно – для средней полосы России. Работоспособно при температуре –25 °C. Масло ТАД-17и изготавливают из смеси дистиллятного и остаточного масел. Содержит многофункциональную серофосфорсодержащую депрессорную и антипенную присадки. Применяется для смазывания цилиндрических, конических, червячных, спирально-конических и гипоидных передач автомобилей ВАЗ и другой техники. Всесезонно и работоспособно до –30 °C. Масло ТСп-14гип изготавливают из смеси остаточного и дистиллятного компонентов сернистых нефтей. Содержит противозадирную, антиокислительную, депрессорную и антипенную присадки. Применяется для гипоидных передач грузовых автомобилей. Масло всесезонно до –30 °C. 178

Масло ТСз-9гип – загущенное минеральное, содержащее противозадирную, антикоррозионную, депрессорную и антипенную присадки. Предназначено для трансмиссий автотранспортной техники, в том числе с гипоидными передачами в холодной климатической зоне при температуре до –50 °C. Масло ТСгип на осерненной минеральной основе. Содержит депрессорную присадку. Предназначено для гипоидных передач легковых автомобилей, редукторов и других узлов вертолетов. Всесезонно для жаркой и умеренной климатических зон. Масло ТС представляет собой смесь экстракта после селективной очистки остаточных масел (смолки), веретенного дистиллята и осерненного растительного масла с добавкой депрессатора. Масло применяют для смазывания коробок передач и рулевого управления автомобилей «Москвич» и других. Вырабатывается в ограниченном количестве, так как его успешно заменяет масло ТАП-15В. Масло ТСЗп-8 представляет собой загущенное минеральное масло с противозадирной, противоизносной, антиокислительной и антипенной присадками. Применяется для смазывания трансмиссий транспортных машин, планетарных коробок передач, планетарных бортовых передач и систем гидроуправления гусеничных машин при эксплуатации в холодной климатической зоне при температуре до –50 °C. Масло ТМ-5-12 (РК) (ТУ 38.101844–80). Универсальное всесезонное рабоче-консервационное масло для цилиндрических, конических и гипоидных передач при эксплуатации техники до –55 °C. Масла для гидромеханической и гидрообъемной передачи Эти масла выполняют роль рабочего тела для бесступенчатого изменения передаваемого от двигателя крутящего момента и частоты вращения, а также выполняют общие функциональные задачи масел – смазка узлов трения, охлаждение, защита от коррозии и другие. Масла для гидромеханических коробок переключения передач получают на основе маловязкого минерального масла глубокой селективной очистки загущением полиизобутиленом и добавлением антиокислительной, противоизносной и антипенной присадок. Масляная основа и загуститель подбираются с учетом климатической зоны применения масла. Для гидрообъемных передач и гидроусилителей рулей используется маловязкое, малосернистое масло типа веретенного АУ с комплексом присадок, улучшающих его эксплуатационные свойства. 179

Для гидромеханических коробок передач применяются масла марок А, Р, МГТ (табл. 27). Таблица 27 Физико-химические показатели масел для гидромеханических передач Показатели Вязкость кинематическая, мм2/с: при 100 °C при 50 °C при –20 °C Индекс вязкости, не менее Температура застывания, °C, не выше Температура вспышки в открытом тигле, °C, не выше Содержание водорастворимых кислот и щелочей Массовая доля воды, %, не более Массовая доля механических примесей, %, не более Зольность, %, не менее Плотность при 20 °C, г/см3, не более

Марка А Марка Р ТУ 38.1011282–89

МГТ ТУ 38.1011103–90

– 23…30 2100 – –40

– 12…14 1300 – –45

6…7 – – 150 –55

175

163

160

Отсутствие, допускается щелочная реакция Отсутств. Отсутств. Следы 0,01 0,01 0,01 0,6 –

0,6 –

– 0,850

Масло марки А представляет собой глубокоочищенное дистиллятное масло, в которое введены противоизносная, антиокислительная, депрессорная и антипенная присадки. Применяется всесезонно при температуре окружающего воздуха от –35 °C в гидротрансформаторах и гидромеханических передачах автомобилей и автобусов. Масло марки Р изготавливается на основе веретенного масла АУ, в которое вводится этот же комплект присадок, что и в масло марки А. Применяется в гидроусилителях рулевого управления автомобилей всесезонно при температуре окружающего воздуха от –45 °C. Масло марки МГТ представляет собой высокоочищенное минеральное масло, в которое введен комплекс высокоэффективных функциональных присадок, обеспечивающих маслу высокий индекс вязкости и хорошие вязкостно-температурные свойства. Применяется в гидромеханических коробках переключения передач автомобильной и гусеничной техники при температуре окружающего воздуха от –55 °C и контактном напряжении до 2000 МПа. 180

Применение отечественных масел при низких температурах Автомобили не имеют средств подогрева смазочного масла в агрегатах трансмиссий. В связи с этим трогание техники при низкой температуре после длительной стоянки определяется в основном вязкостнотемпературными свойствами трансмиссионных масел. На основании проведенных исследований и накопленного опыта применения трансмиссионных масел установлены предельно допустимые уровни их вязкости, при которых обеспечивается первоначальное свободное трогание машины без ущерба для зубчатых зацеплений и тел качения подшипников (табл. 28). Таблица 28 Уровни вязкости трансмиссионных масел, обеспечивающие первоначальное свободное трогание машин

Узлы и детали машин

Механические вальные трансмиссии автомобилей, специальных колесных машин, имеющих колесную формулу 4u2 4u4 6u4 6u6 8u8 12u12 14u12 Гидромеханические коробки передач колесных и гусеничных машин

Кинематическая вязкость, мм2/с При макси- При 100 qC мальной рабочей температуре

Динамическая вязкость при трогании, Па ˜ с

Не < 5 Не < 5 Не < 5 Не < 5 Не < 5 Не < 5 Не < 5

14…16 12…14 12…14 12…14 12…14 12…14 12…14

Не > 600 Не > 500 Не > 400 Не > 350 Не > 300 Не > 300 Не > 300

Не < 3,5

7…8

Не > 10

Планетарные коробки передач и бортовые передачи тяжелых быстроходных гусеничных машин

Не < 5

8…10

Не > 100

Механические вальные трансмиссии тяжелых гусеничных машин

Не < 5

16…20

Не > 1000

181

Одной из особенностей трансмиссионных масел является то, что при их разбавлении дизельным зимним или арктическим топливом даже на 20 % смазывающие свойства масел (противоизносные, противозадирные, противопиттинговые и антифрикционные) практически не ухудшаются, так как эти масла содержат некоторый избыток соответствующих присадок. Это позволяет использовать масло, разбавленное дизельным топливом, без снижения установленных сроков смены даже при переходе на весенне-летнюю эксплуатацию. С повышением температуры воздуха легкие фракции дизельного топлива постепенно испаряются и при положительных температурах вязкость приближается к вязкости исходного масла. Второй особенностью применения масел при низких температурах является то, что в агрегатах трансмиссии накапливается вода от следов до 4…5 %. Это ухудшает смазывающую способность некоторых масел. Поэтому при эксплуатации автомобилей в зимнее время рекомендуется периодически проверять наличие воды в картерах агрегатов трансмиссий и сливать ее через сливные отверстия. Третьей особенностью применения масел при отрицательных температурах является снижение эффективности противозадирных и противоизносных присадок. Не рекомендуется разбавлять трансмиссионные масла тракторным, авиационным или осветительным керосином, который резко ухудшает антифрикционные свойства масла за счет своей высокой диспергирующей способности. Также не рекомендуется разбавлять трансмиссионные масла маловязкими маслами, так как для получения необходимого уровня вязкости при низких температурах потребуется 40…50 % маловязкого масла, что резко понизит концентрацию противоизносных присадок. Периодичность замены трансмиссионных масел Срок службы масел в агрегатах трансмиссий зависит от конструкции трансмиссий, качества масел, условий и режима эксплуатации автомобилей и находится в пределах от 14 до 75 тыс. км пробега. Обычно масло заменяют при значительном изменении его показателей качества по сравнению с исходным маслом: вязкости, кислотности, противоизносных, антикоррозионных, антиокислительных свойств. Условия эксплуатации для конкретной конструкции трансмиссии являются важнейшим фактором, определяющим срок смены масел. К ним 182

относятся: нагруженность трансмиссии, температурный режим, интенсивность поступления продуктов загрязнения (пыль, вода, продукты износа деталей), механическое воздействие и другие факторы. Наиболее нагружены агрегаты трансмиссии при движении автомобиля по грунтовой дороге. Удельная энергия, по сравнению с движением по булыжной дороге в 1,66 раза; в городских условиях в 1,89 раза; в горных условиях в 1,94 раза; на грунтовой дороге в 2,21 раза. Необходимым условием продолжительной работы масла является надежная защита агрегатов от проникновения пыли и влаги. Дорожная пыль (кварцевая) резко снижает противоизносные свойства масла, которые не компенсируются самыми эффективными присадками. При попадании в масло ТСгип воды в количестве 5 % нагрузка сваривания Рс снижается в 2 раза, а износ увеличивается также в 2 раза. Одним из параметров, определяющих необходимость замены масла, считают повышение вязкости на 50 %. Срок службы трансмиссионных масел в современных легковых автомобилях различный и составляет 60…75 тыс. км пробега. В некоторых моделях легковых автомобилей масло не заменяется в течение всего срока службы. Чаще всего это практикуется в ведущих мостах с гипоидными передачами. Необходимым условием бессменной работы масла являются его высокие эксплуатационные свойства и надежная герметизация трансмиссии. Среднестатистические интервалы замены масла следующие: для автоматической коробки передач легковых автомобилей – через каждые 30 000…50 000 км; для коробки переключения передач и других агрегатов трансмиссии коммерческих автомобилей – через каждые 30 000…50 000 км; для коробки передач и других агрегатов трансмиссии машин с тяжелым режимом работы – через каждые 15 000…30 000 км. Выводы 1. Трансмиссионное масло – это «жизненная основа» трансмиссии. Оно играет чрезвычайно важную роль в ее долговечности и работоспособности. Среди наиболее сложных смазочных материалов, предлагае183

мых нефтяной промышленностью, предпочтительнее могут быть минеральные масла, содержащие специальные присадки и составщиет приблизительно 10 % от всего объема масла, которые обеспечивают специальные свойства, необходимые для работы трансмиссии. 2. Трансмиссионное масло должно иметь специальные свойства, определяющие коэффициент трения и устойчивость к окислению. Поэтому с точки зрения вязкости трансмиссионные масла попадают в категорию SAE 10, т. е. к таким маслам, у которых хорошие свойства при низких температурах. 3. Основное назначение трансмиссионного масла в гидросистеме – это быстрое формирование силы во фрикционных элементах управления. Поэтому масло должно быть, по возможности, несжимаемым и при этом выполнять свои пять основных функций: передавать мощность двигателя в гидротрансформаторе; поглощать и отводить тепло из гидротрансформатора в радиатор; формировать давление в системе управления; обеспечивать охлаждение фрикционных элементов управления трансмиссии; использоваться для смазки зубчатых зацеплений, подшипников качения и скольжения, фрикционных дисков, ленточных тормозов и т. д. 4. Для обеспечения вышеперечисленных требований используются присадки, которые обеспечивают маслу дополнительные свойства, необходимые для нормальной работы трансмиссии. 5. Трансмиссионное масло должно обладать высоким противодействием к окислению, которое возникает из-за высокой температуры. Основным источником тепловыделения в автоматических коробках переключения передач является, прежде всего, гидротрансформатор, температура которого может достигать 315 °C, и тепло, образующееся при этом, должно быть поглощено маслом и рассеяно. Если масло не выдерживает высокой температуры, то оно начинает окисляться, что приводит к коррозии и износу. 6. Для обеспечения постоянной вязкости масла независимо от изменения его температуры служат присадки вязкости. При низких температурах масло должно быть достаточно жидким, чтобы не создавать дополнительного сопротивления при запуске двигателя. Однако оно не должно снижать свою вязкость и при высоких температурах, чтобы не вызывать тем самым слишком большие утечки в системе управления.

7. Кроме противоокислительных присадок и присадок вязкости трансмиссионные масла включают в себя: Дисперсанты. Их назначение взвешивать грязь и препятствовать появлению отстоя. Износостойкие присадки. Эти присадки на основе цинка предназначены для уменьшения износа зубчатых зацеплений, втулок и упорных шайб. Ингибитор коррозии для предотвращения коррозии втулок, упорных шайб, масляного радиатора и мест сварки. Модификатор трения, способствующий увеличению коэффициента жидкостного трения между фрикционными накладками и стальными поверхностями элементов управления. Присадки совместимости, позволяющие в течение длительного времени быть совместимыми с материалами, используемыми в трансмиссии. Они не должны позволять маслу химически реагировать с металлами и эластичными резинотехническими материалами уплотнений. Антипенные присадки, уменьшающие вспенивание масла, которое может возникать в результате работы гидротрансформатора и планетарных механизмов. 8. Отечественная классификация трансмиссионных масел отражена в ГОСТ 17479.2–85. Этот ГОСТ распространяется на минеральные масла, применяемые для смазывания агрегатов трансмиссий автомобилей, тракторов, тепловозов, сельскохозяйственных, дорожных, строительных машин и судовой техники. В зависимости от кинематической вязкости при температуре 100 °C трансмиссионные масла делятся на четыре класса, в соответствии с которыми ограничены допустимые пределы кинематической вязкости при 100 °C и отрицательная температура, при которой динамическая вязкость не превышает 150 Па с. Эта вязкость считается предельной, так как при ней еще обеспечивается надежная работа агрегатов трансмиссии. 9. Многие нефтеперерабатывающие заводы (НПЗ) и российские фирмы помимо масел, выпускаемых по ГОСТам и общеотраслевым техническим условиям, вырабатывают трансмиссионные масла под своей торговой маркой по собственным техническим условиям (ТУ). Разработка ТУ предприятиями-изготовителями связана с тем, что масло не по всем показателям отвечает требованиям ГОСТов на масла аналогичного назначения. Однако изготовление трансмиссионного масла по ТУ возможно лишь в том случае, если на него в установленном порядке оформлен допуск к производству и применению.

184

185

Контрольные вопросы 1. Основное назначение трансмиссионных масел. 2. В каких условиях работают трансмиссионные масла? 3. Какие основные требования предъявляются к трансмиссионным маслам? 4. Что такое фрикционные механизмы мокрого типа? 5. Какие требования предъявляются к трансмиссионным маслам, работающим во фрикционных механизмах мокрого типа? 6. В чем заключается принцип работы планетарной передачи? 7. Устройство и принцип действия гидротрансформатора. 8. Устройство и принцип действия гидравлического усилителя руля. 9. В чем заключается смазывающая способность трансмиссионных масел? 10. Какие показатели относятся к косвенным характеристикам трансмиссионных масел? 11. Что такое вязкость трансмиссионного масла? 12. В чем заключается температурная зависимость вязкости трансмиссионного масла? 13. Что такое термостабильность трансмиссионного масла и его стойкость к окислению? 14. В чем заключаются антикоррозионные свойства трансмиссионных масел? 15. Что такое эластомеры и в чем заключается совместимость трансмиссионного масла с ними? 16. Как оценивается качество трансмиссионного масла? 17. Как классифицируются трансмиссионные масла по системе SAE? 18. Как классифицируются трансмиссионные масла по системе API? 19. Как классифицируются трансмиссионные масла по системе ZF? 20. Как классифицируются трансмиссионные масла по отечественной системе ГОСТ? 21. Влияние свойств трансмиссионных масел на работу механических коробок переключения передач. 22. Влияние свойств трансмиссионных масел на работу гипоидной конусной передачи. 23. Влияние свойств трансмиссионных масел на работу червячных передач рулевых механизмов. 24. Какие требования предъявляются к трансмиссионным маслам, работающим в автоматической коробке переключения передач? 25. Какие бывают эксплуатационные группы трансмиссионных масел российского производства? 26. Какую роль выполняют трансмиссионные масла в гидромеханических и гидрообъемных передачах? 27. Физико-химические показатели трансмиссионных масел, применяемых для гидромеханических передач и их характеристики. 28. Особенности применения трансмиссионных масел при низких температурах. 29. Периодичность замены трансмиссионных масел отечественного производства. 186

Глава 5. ПЛАСТИЧНЫЕ СМАЗКИ 5.1. Общие сведенияо пластичных смазках Пластичные смазки представляют собой пастообразные смазочные материалы. Основной причиной применения пластичных смазок являются условия, при которых смазывание обычными жидкими маслами невозможно либо нецелесообразно. Поэтому требования к пластичным смазкам все более и более ужесточаются. При этом немалое влияние отводится вопросам долговечности смазок, т. е. сохранению их свойств в процессе эксплуатации. Долговечные специализированные пластичные смазки находят применение в узлах ходовой части автомобилей. Состав смазок оказывает существенное влияние на их свойства, которые зависят от компонентов, использованных при их производстве. Суть смазывания пластичными смазками заключается в том, что благодаря своей структуре они обладают прекрасными адгезионными свойствами. Они постепенно выделяют масло, входящее в их состав, для смазывания трущихся поверхностей деталей и длительное время удерживаются в узлах трения, в которых обычные жидкие масла удерживаться не способны. В зависимости от основного назначения пластичные смазки разделяются на антифрикционные, консервационные (защитные), уплотнительные. Кроме классификации по назначению пластичные смазки классипо составу (в зависимости от применяемых загустителей); деформируемости (консистенции); температурному диапазону применения (высокотемпературные, низкотемпературные); диапазону применения (обычные, специальные, многофункциональные). 5.2. Состав пластичных смазок и его влияние на их свойства Смазки представляют собой трехкомпонентную коллоидную систему, состоящую: из базового масла (дисперсионной среды); загустителя (дисперсной фазы); 187

модификаторов – малорастворимых присадок, наполнителей и других. Загуститель образует дисперсию в жидком масле, которая чаще всего бывает волокнистой структуры и образует пространственный каркас смазки, содержащий в себе масло, самовыделяющееся для смазывания поверхности. Каждая составная часть смазки выполняет свою специфическую функцию: загуститель придает смазке густоту; масло смазывает поверхности трения; присадки улучшают функциональные свойства смазок. 5.2.1. Базовые масла в пластичных смазках Это основная составная часть (70…96 %) смазки, образующая дисперсионную среду. Для этого в большинстве случаев применяются минеральные, синтетические и растительные масла. Свойства смазок зависят от свойств масла. Именно поэтому для получения смазок с необходимыми свойствами используют различные масла, такие как минеральные, синтетические и растительные. Рассмотрим характеристики этих базовых масел в отдельности. Минеральные базовые масла Вязкое масло повышает нагрузочную способность, липкость, лучше защищает от коррозии, повышает водостойкость, лучше подавляет вибрацию, шум, но имеет плохие низкотемпературные свойства. Это масло применяется для смазок, работающих в сильнонагруженных, но тихоходных механизмах. Маловязкие масла применяются для смазки быстроходных узлов, например в подшипниках качения. Чаще всего в производстве смазок используются нафтеновые масла, реже парафиновые и ароматические. Масла с низким индексом вязкости быстрее загущаются и требуют меньше загустителя. Парафиновые масла с высоким индексом вязкости характеризуются широким интервалом рабочей температуры.

воряют эксплуатационным требованиям. Смазки на основе синтетических масел обладают лучшей окислительной стабильностью, высокотемпературными и низкотемпературными свойствами, повышенной стойкостью к загрязнениям и агрессивным веществам. На свойства смазок влияет природа синтетического масла. Чаще всего для производства пластичных смазок применяются эфирные и силиконовые синтетические масла. Смазки на основе эфирных масел в первую очередь производятся при высоких скоростях работы узлов, при низких температурах и в тех случаях, когда требуется обеспечить стойкость к органическим растворителям и нефтепродуктам. Смазки на силиконовых маслах обладают хорошими свойствами при низкой температуре. Основным недостатком этих смазок являются плохие смазывающие свойства. Силиконовые смазки являются непригодными для смазывания поверхностей трения скольжения сталь по стали. Растительные базовые масла В настоящее время масла растительного происхождения (например, касторовое масло) все шире используются при производстве смазок. Это обусловлено экологическими проблемами. При смазке открытых частей ходовой части и трансмиссии автомобилей смазки, попадая в окружающую среду, пагубно влияют на ее состояние. Желательно, чтобы смазки разлагались в природе с образованием нетоксичных веществ. Натуральные растительные масла достаточно хорошо усваиваются микроорганизмами и насекомыми. Если сравнивать растительные базовые масла с синтетическими и минеральными, то синтетические эфирные и полигликоливые масла разлагаются микрогрибками, а минеральные масла разлагаются трудно. Поэтому для производства экологически безвредных смазок наиболее приемлемыми являются растительные масла. 5.2.2. Типы загустителей и пластичные смазки на их основе

Из-за высокой стоимости синтетические масла используются только в тех случаях, когда смазки на основе минеральных масел не удовлет-

Загустители – это мягкие, мылообразные органические вещества, которые смешиваются с маслами для повышения его густоты до необходимого в конкретном применении уровня. В качестве загустителей чаще всего применяют соли металлов и жидких органических кислот, которые называют мылами.

188

189

Синтетические базовые масла

Загустители предопределяют свойства смазок и являются основой для их характеристики. Волокнистая структура загустителя обусловливает густоту, консистенцию и механическую стабильность смазки, а химическая структура – стойкость к высокой температуре и другие химические свойства. Доля загустителя в смазках составляет от 4 до 20 %. В качестве загустителей применяют простые, смешанные и комплексные мыла металлов Ca, Li, Na, Ba, Al, а также твердые углеводороды, силикагели, полимеры и другие вещества. При определении сорта смазки указывается тип загустителя. Для получения высококачественных смазок в последние годы стали применять модифицированные загустители, для изготовления которых мыла жирных кислот и неорганические загустители модифицируют. Кальциевые и литиевые мыла изготавливаются чаще всего на основе гидрооксистеариновой кислоты.

Особенности пластичных смазок на основе металлических мыл Литиевые (Li) мыла. В Западной Европе доля смазок на их основе достигает 60 %. Смазки обладают хорошим комплексом свойств и пригодны для смазывания большинства узлов автомобиля – высокоскоростных и сильно загруженных подшипников, а также узлов шасси, которые нагреваются до 120…130 °C. Температура каплепадения литиевых смазок достигает 180 °C. Благодаря сохранению работоспособности при низких температурах (до –30 °C) они считаются многоцелевыми и универсальными. Литиевые смазки водостойки и не твердеют при продолжительном нагревании. Это достаточно долговечные смазки, обладающие хорошей стабильностью эксплуатационных свойств, например, смазки российского производства: Литол-24, Фиол, Северол и другие. Смазки на основе комплексных литиевых мыл отличаются большой окислительной и термической стабильностью. Температура их каплепадения превышает 220 °C. Комплексные литиевые смазки долговечны, стабильны, поэтому ими заполняют подшипники и узлы трения на весь период эксплуатации. На основе комплексных литиевых мыл и синтетических эфирных масел производятся всесезонные смазки, характеризующиеся широким интервалом рабочей температуры.

Мыла металлов Простые мыла металлов получают из натуральных или синтетических жирных кислот. Смазки на мылах синтетических жирных кислот составляют около 65 % от общего производства. Больше всего производится смазок, в состав которых входят загустители на простых мылах – около 85 % от всех смазок. Смешанные мыла металлов производят путем смешивания двухтрех мыл разных металлов. Ими бывают смешанные мыла Na–Ca, Li–Ca или Na–Li–Ca, на основе которых изготавливают смазки с соответствующими названиями. Эти смазки обладают некоторыми улучшенными свойствами. Например, смазки Na–Ca работоспособны при более низкой температуре, чем смазки Ca, а смазки Li–Ca более водостойкие, чем смазки Li, а их температура каплепадения выше, чем у смазок Ca. Комплексные мыла металлов получают из нескольких солей одного металла. Обычно одной солью является жирное мыло (например стеарат), а другой – соль более простой органической кислоты (например, ацетат) или соль неорганической кислоты (например карбонат). При производстве смазок подбираются такие комплексные мыла, которые способствуют улучшению их механических и термических свойств. Поэтому структура комплексных мыльных загустителей разнообразная. Чаще проявляется волокнистая структура каркаса загустителя. Пластичные смазки на основе мыльных комплексных загустителей составляют около 10 % от всех смазок и их доля постоянно увеличивается.

Кальциевые (Ca) мыла. Смазки на их основе являются самыми дешевыми. Их структура гомогенная, т. е. маслоподобная. Основным преимуществом этих смазок является высокая водостойкость и хорошая адгезия (прилипание), поэтому они хорошо предохраняют металлические поверхности от коррозии. Они обладают относительно хорошими низкотемпературными свойствами. Термостойкость этих смазок невысокая, поэтому они пригодны только до температуры 70 °C. Кальциевые смазки нестабильны, так как в ходе эксплуатации разжижаются, а при хранении твердеют. Они используются для смазывания подшипников водяных насосов и подшипников качения, когда отсутствуют высокие угловые скорости вращения и не требуется особая окислительная стабильность. Однако кальциевые смазки, изготовленные на мылах синтетических жирных кислот, выдерживают температуру до 120 °C и могут использоваться в скоростных механизмах. Универсальные смазки на основе мыла сульфоната кальция характеризуются хорошей водо-

190

191

стойкостью, работоспособностью до температуры 180 °C и рядом других ценных эксплуатационных свойств. В Западной Европе производство кальциевых смазок невысокое и составляет около 8 %. Несмотря на это, кальциевые смазки широко распространены в странах СНГ, где их доля составляет около 50 % всех смазок. В российской технической литературе кальциевые смазки называются солидолами. На основе синтетических жирных кислот изготавливают Солидол С, а на основе натуральных жирных кислот Солидол Ж. Смазки на основе комплексных кальциевых мыл обладают лучшими свойствами, чем смазки на основе обыкновенного кальциевого мыла. Для них характерны хорошая водостойкость и высокая температура каплепадения до 250 °C, а иногда до 300 °C. Однако рабочая температура не должна превышать 160 °C, так как при более высокой температуре начинается химическое разложение мыла. Комплексные кальциевые мыла обладают хорошими защитными, антикоррозионными, противоизносными и противозадирными свойствами и используются для изготовления низкотемпературных, уплотнительных смазок. В России комплексные кальциевые смазки типа УНИОЛ находят меньшее применение, чем в западных странах. Натриевые (Na) мыла. Основным недостатком натриевых пластичных смазок является их высокая растворимость в воде. Небольшое количество влаги в смазке коррозию не вызывает и не ухудшает смазочных свойств, однако значительное количество воды в смазке вредно. Натриевые пластичные смазки хорошо адгезируют к поверхностям, обладают высокой механической стабильностью, мало изменяются при интенсивном перемешивании и пригодны для длительного применения. Они работоспособны до температуры 110…120 °C, но некоторые их них довольно чувствительны к температуре и твердеют при высокой рабочей температуре. Натриевые смазки составляют небольшую часть от общего количества (около 6 %). В России пластичные натриевые смазки называются консталинами. Их термостойкость выше, чем у солидолов, и достигает до 120 °C. Смазки на основе натриевых комплексных мыл являются более термостойкими (до 160 °C) и водостойкими (до 50 °C). Поэтому они пригодны для долговременного смазывания. 192

Смазки на основе натриево-кальциевых смешанных мыл по своим свойствам близки к консталину и применяются для смазывания подшипников ходовой части автомобилей. Алюминиевые (Al) мыла. Смазки на их основе характеризуются прозрачностью, ровностью, хорошей адгезией и водостойкостью, даже при воздействии соленой морской воды. Основными недостатками этих смазок являются низкая механическая стабильность и сравнительно низкая температура каплепадения (около 110 °C). Чаще всего смазки на основе алюминиевых мыл применяются до максимальной температуры 60…100 °C для смазывания механизмов морских кораблей. Заменителем для них могут быть литиевые смазки. Смазки на основе алюминиевых комплексных мыл являются достаточно термостойкими и водостойкими. Температура их применения достигает 140 °C, а температура каплепадения в некоторых случаях превышает 250 °C. Эти смазки работоспособны в широком диапазоне температур. Минимальная температура применения может достигать –30 °C. Пластичные смазки на основе алюминиевых комплексных мыл обладают достаточно хорошими эксплуатационными свойствами. Они термостойки и водостойки, а также имеют высокую механическую стабильность, необходимую для долговечной работы. Смазки на основе алюминиево-бариевых мыл используются в качестве антифрикционных и защитных. Они могут работать при контакте с морской водой. Бариевые (Ba) и бариевые комплексные мыла. Смазки на их основе обладают высокой водостойкостью, инертностью к парам нефтепродуктов, способны выдерживать значительные нагрузки, характеризуются химической и механической стабильностью. Температура каплепадения бариевых смазок около 150 °C, а бариевых комплексных смазок может превышать 220 °C. Эти смазки дорогие и вредные для здоровья, поэтому используются редко. Бариевая комплексная смазка ШРБ-4 российского производства обладает очень хорошими противозадирными свойствами и используется для смазывания рулевого механизма автомобиля ВАЗ. Структура мирового применения загустителей показана в табл. 29. 193

Таблица 29 Структура мирового применения загустителей Типы загустителей пластичных смазок Литиевое мыло Кальциевое мыло Литиевое комплексное мыло Алюминиевое комплексное мыло Кальциевое комплексное мыло Натриевое мыло Бетонит Мочевина Алюминиевое мыло Другие загустители

% от общего потребления 57,9 13,8 8,1 6,8 5,6 2,0 2,0 1,3 0,8 0,4

Углеводородные загустители В химической промышленности углеводородные смазки получают путем сплавления жидкого масла с твердыми углеводородами, такими как парафин и церезин. Кроме этого, масло можно загущать еще одним продуктом депарафинизации масел. Этот продукт называется петролатум. Углеводородные смазки в воде не растворяются, а для водных паров они почти непроницаемы. Они имеют хорошие защитные свойства, высокую химическую и коллоидную стабильность. Температура плавления у них низкая – от 32 до 60 °C, а после перехода в твердое состояние они опять приобретают первоначальные свойства. Вследствие этого углеводородные смазки подходят для защиты металлических деталей узлов и механизмов от коррозии. Смазки этого типа из-за низкой температуры плавления редко используются в открытых узлах трансмиссий автомобилей. Они относительно дешевы, а их доля составляет примерно 14 % от общего количества смазок. Неорганические загустители Неорганическими загустителями являются силикагель, бетонит, сажа и другие мелкие твердые частицы, пористая поверхность которых поглощает масло и превращает его в гель. Они химически инертны, термостойки и водостойки. Смазки на основе неорганических загустителей обладают специфическими свойствами и составляют примерно 1,0…1,5 % от всех смазок. Они не имеют четко выраженных точек каплепадения и плавления. 194

Если они загущены сажей и графитом, то обладают очень высокой термостойкостью, особенно смазки на силиконовых маслах. Однако антикоррозионные и защитные свойства этих смазок невысокие. Поэтому смазки данного типа используются для смазывания узлов трения при больших скоростях и значительных нагрузках. Смазки российского производства, загущенные сажей и графитом, называются графитными и находят применение в открытых узлах. Полимерные загустители Использование полимеров в качестве синтетических, органических загустителей открыло новый этап в разработке пластичных смазок, которые подразделяются на полимочевинные и фторополимерные смазки. Полимочевинные смазки (поликарбамидные) отличаются механической стабильностью, водостойкостью и термостойкостью; для их производства используют воскообразные олигомеры полимочевины. Они обладают хорошими смазочными свойствами в парах трения металл–полимер и отличаются долговечностью в условиях эксплуатации при высоких скоростях и нагрузках. Точка плавления их может превышать 220 °C, а рабочая температура поднимается до 150 °C. Обычно применяются в ходовой части для смазывания роликовых шарниров равных угловых скоростей переднего ведущего моста. Фторполимерные смазки (политетрафторэтиленовые – ПТФЭ, тефлоновые) являются одним из наиболее термически стойких загустителей, используемых при изготовлении высокотемпературных и долговечных смазок, у которых отсутствуют определенные точки плавления и каплепадения. ПТФЭ обладает низким коэффициентом трения, высокой химической инертностью, а также стойкостью к воздействию воды и других жидкостей. Для сохранения всех достоинств смазок ПТФЭ смешивают с хорошими синтетическими маслами, например, с перфторалкиловым эфирным маслом. Смазки, загущенные полиэтиленом, из-за сравнительно низкой температуры плавления используются редко. Для полиэтилена характерны химическая стойкость и низкий коэффициент трения. Модификация загустителей Для значительного улучшения качества и эксплуатационных параметров смазок одним из путей является дополнительная обработка су195

ществующих компонентов. В настоящее время хорошие результаты получают при модификации сульфоната кальция, мыл жирных кислот и неорганических загустителей. 5.2.3. Присадки и наполнители пластичных смазок Присадки, находящиеся в пластичных смазках, улучшают антифрикционные, противоизносные, противозадирные свойства этих смазок, способствуют их адгезии к смазываемым поверхностям, повышают их термическую и коллоидную стабильность, уменьшают коррозию и ржавление. Присадки могут быть растворенными (функциональные присадки) или находиться в смазке в виде взвесей, т. е. в виде мелких частиц (наполнителей). Функциональные присадки улучшают химическую стабильность, термостойкость, защитные и смазочные свойства. Особенно важными присадками являются противоизносные, разделяющие, антикоррозионные и противозадирные. Подбор присадок при изготовлении смазок осуществляется с учетом их назначения. Например, присадки, повышающие липкость, необходимые для смазывания шарниров, вредны в случае смазывания быстроходных подшипников. Полимерные присадки поднимают индекс вязкости, адгезию, уменьшают износ и трение. Агенты липкости (например, полиизобутилен) применяются для смазывания ходовой части. Для смазывания подшипников эти присадки прилипания должны применяться осторожно. Слишком липкая смазка обычно выдавливается с трудом и может привести к перегреву подшипников. Наполнители, такие как графит, сажа, дисульфит молибдена, сульфид цинка, тальк, медь и другие металлы, вводятся в смазки в виде порошка. Их действие в качестве сухой смазки больше всего проявляется в зонах интенсивного трения. Большинство смазок с твердыми наполнителями работоспособны до температуры 300…400 °C. Порошок меди в определенных условиях улучшает смазочные свойства смазок. Порошки цинка и свинца улучшают уплотнительные свойства смазок для резьбовых соединений. Политетрафторэтилен может быть использован в качестве твердой смазки, при этом он характеризуется наименьшим коэффициентом 196

трения по сравнению с другими веществами. Кроме этого он сохраняет мягкость до –200 °C, а прочность и химические свойства до +300 °C. Твердые наполнители придают смазкам запасные свойства в зонах предельного и смешанного трения. Они защищают поверхности от выкрашивания при недостаточном смазывании. Твердые смазки чаще всего применяются в узлах трения при малых скоростях и высоких нагрузках. При высоких скоростях они не эффективны. Влияние состава пластичных смазок на их свойства показаны в табл. 30 и 31. Таблица 30 Особенности и назначение смазок на основе различных загустителей Загуститель Li-мыло

Масло Особенности и назначение Минеральное Типичная смазка для подшипников качения – универсальная Li-мыло Эфирное Как и Li-минеральное. Для высоких скоростей. Низкотемпературная Li-мыло Силиконовое Высокотемпературная. Низкотемпературная Li- комплексное Минеральное Универсальная. Долговечная Ca-мыло То же Уплотнительная Ca- комплексное » Универсальная. Для больших нагрузок. Низкотемпературная. Уплотнительная Al-мыло » Для механизмов морских кораблей Al-комплексное » Высокотемпературная. Негорючая

Таблица 31 Влияние состава на свойства смазок Загуститель

Базовое масло

Диапазон Стойрабочих кость температур, к воде °C

Li-мыло

Минеральное Эфирное Силиконовое

–30…+120

+

–60…+130 –40…+170

+ ++

Li-мыло Li-мыло

197

Антикоррозионные свойства 0/3 0/3 0/3

Противозадирные свойства + + ––

Пригодность для подшипников качения +++ +++

Окончание табл. 31 Противозадирные свойства +

Пригодность для подшипников качения

0/2 0/1

++ +++

–– +++

+

0/1

+++

+++

–20…+70

+

0/1

–40…+150

+

0/3

++

+++

» Эфирное Минеральное Эфирное

–20…+150 –60…+100 –30…+120

+

0/1

+++

+++

–40…+120

+

0/1

+++

+++

Минеральное Na-комплексТо же ное Бетонит » Полимочеви» на Полимочеви- Эфирное на Полимер Минеральное

–30…+110

–

2/5

+

++

–30…+160

+–

0/1

++

+++

–30…+150 –20…+150

+ +

0/5 0/1

++ –

+++ ++

–40…+180

+

0/1

–

++

0/3

++

++

Загуститель

Базовое масло

Диапазон Стойрабочих кость температур, к воде °C

Li-комплексное Ca-мыло Ca-комплексное Ca-комплексное Al-мыло

Минеральное То же »

–30…+150

+

–20…+70 –30…+150

++ ++

Эфирное

–40…+120

Минеральное То же

Al-комплексное Ba-мыло Вa-мыло Вa-комплексное Ba-комплексное Na-мыло

Антикоррозионные свойства

5.3. Свойства пластичных смазок Свойства смазок и методы их оценки на разных континентах Земли понимаются по-разному. В США автомобильные пластичные смазки выделяют из общего ассортимента и фиксируют требования к их качеству в нормативных документах NLGI, ASTM и SAE. Американская система обозначения автомобильных смазок NLGI находит широкое применение только в Америке. Аналогичная ситуация сложилась и с методами оценки качества этих смазок. В Европе применяются методы испытаний, разработанные крупнейшими производителями подшипников, такими как: крупная международная компания «SKF AB» (сокращенно SKF) крупная международная компания «FAG Kugelfischer Georg Schaefer KG» (сокращенно FAG) с центром в Германии. В этих компаниях производят испытания смазок и хорошо определяют уровень качества и пригодность их использования в подшипниках качения. Результаты этих испытаний обычно указываются в описаниях качества смазок европейских компаний. 5.3.1. Внешний вид и текстура пластичных смазок

Примечания: Стойкость к воде: + + очень хорошая, + хорошая, + – удовлетворительная, – плохая. Антикоррозионные свойства: от 0 (очень хорошие) до 5 (очень плохие). Противозадирные свойства: + + + очень хорошие, + + хорошие, + удовлетворительные, – достаточные, – – недостаточные. Пригодность для подшипников качения: + + + очень хорошая, + + хорошая, + удовлетворительная, – достаточная, – – недостаточная.

Внешний вид смазки оценивается визуально и показывает ее состояние. Поверхность смазки, особенно вновь образованная, может быть: ровная и однородная; шероховатая; гранулированная; изломанная; с выделившимся маслом; липкая; определенного цвета и флуоресцирующая в отраженном свете; блестящая или тусклая. Текстура смазки оценивается на ощупь и характеризует ее структуру. Текстура может быть: мягкая и пластичная; хрупкая и ломкая; маслоподобная; волокнистая; в форме длинных или коротких волокон; эластичная и упругая; тягучая, но не образующая нитей. Текстура зависит от загустителя, вязкости жидкой фазы, соотношения компонентов, присадок и способа изготовления смазки. Стандартные методы оценки текстуры смазки отсутствуют. Приблизительная оценка производится визуально, обычно при наблюдении отрыва друг от друга двух пластинок, склеенных смазкой. Упрощенно можно проводить подобное наблюдение, разъединяя пальцы, склеенные

198

199

–40…+100

смазкой. Наблюдается, вытягивается ли смазка длинными или короткими волокнами, ровная или шероховатая разорванная поверхность и т. д. Загуститель образует отдельную волокнистую дисперсную фазу. Волокна переплетаются между собой и, соединяясь структурными связями, создают определенную пространственную структуру каркаса, впитавшую в себя масло. Волокна могут быть короткими или длинными и с разной степенью переплетения. От структуры каркаса и длины волокон зависят механические свойства смазки: густота, структурная и рабочая стабильность, вытекание масла. Если длина волокон или частиц мыла меньше длины световой волны, то свет не рассеивается и смазка прозрачная, например, алюминиевая смазка, состоящая из сферических частиц алюминиевого мыла. Неорганические загустители, особенно бентониты, могут иметь пластинчатую структуру, которая образует каркас, напоминающий карточный домик.

Индикатор

Конусный индентор

Время, 5 с

Глубина внедрения

5.3.2. Механические свойства пластичных смазок Основными характеристиками механических свойств пластичных смазок являются: консистенция смазки; тиксотропия; предел текучести и давление течения; динамическая стабильность; механическая стабильность; стабильность качения; структурная стабильность. Рассмотрим подробно эти характеристики. Консистенция смазки – это условная мера механической прочности и твердости. Она выражается в номерах и степенях консистенции по американской системе NLGI, устанавливаемых по числам пенетрации. Пенетрация (лат. penetratio – проникать) – это мера проникновения конусного тела в смазку, употребляемая для характеристики консистенции (густоты) смазок (рис. 54). Обычно пенетрация выражается в числах пенетрации по глубине погружения конуса в смазку и выражается в десятых долях миллиметра. Число пенетрации определяется при температуре смазки 25 °C после определенного механического воздействия на нее (перемешивания). Номера консистенции смазок NLGI в зависимости от диапазона пенетрации показаны в табл. 32. 200

Рис. 54. Схема определения пенетрации

Таблица 32 Номера консистенции смазок по NLGI № NLGI 000

Пенетрация 0,1 мм 445–475

Состояние смазки Вязкое масло

Для централизованного смазывания и для смазывания передач и шестерен

00 0 1

400–430 355–385 310–340

Полужидкая Очень мягкая Очень мягкая

Для смазывания подшипников качения и скольжения

2 3 4 5 6

265–295 220–250 175–205 130–160 85–115

Мягкая смазка Для создания Густоватая герметичности Густая Очень густая Очень густая, как мыло

201

Применение смазки

В густую смазку конус проникает на меньшую глубину. Поэтому число пенетрации меньше. Пенетрация не отражает реологических свойств смазок в конкретных условиях работы. Нумерация смазок системы NLGI, предназначенная для автомобильного транспорта, выглядит по своему предназначению следующим образом: NLGI № 1 – используется только зимой; NLGI № 2 – является универсальной; NLGI № 3 – используется летом; NLGI № 00 и 000 – используется для централизованных систем смазывания как полужидкие смазки. Тиксотропия – это способность коллоидной дисперсной системы восстанавливать структурные связи, разрушенные механическим воздействием. Смазка начинает течь под действием силы растяжения и сдвига, которая разрывает структурные связи. Когда сила перестает действовать, коллоидные структурные связи восстанавливаются. Это основной признак смазки. Тиксотропия проявляется в момент смазывания. В движении смазка разжижается и смазывает трущиеся поверхности, а после прекращения движения она густеет и остается в зонах трения. Тиксотропия проявляется в коллоидных системах. Механическая стабильность смазки связана со способностью сохранять возможность восстановления структурных связей. Предел текучести и давление течения оценивают способность смазок сохранять свою форму, т. е. практически сохраняться в открытых соединениях, на вращающихся валах и на вертикальных поверхностях. Внешняя сила сдвига, под действием которой смазка начинает течь и переходить из твердого состояния в пластичное, называется пределом текучести. При повышении температуры предел текучести смазки уменьшается. Если предел текучести мал, то смазка плохо сохраняется в подшипниках. Если предел текучести большой, то доставка смазки в зону трения затрудняется. Предел текучести смазок при температуре +20 °C бывает от 10 до 150 ГПа, а при низкой температуре –20 °C достигает 600…1000 ГПа. Максимальная величина предела текучести, при которой еще возможно смазывание, считается 1400 ГПа. Температура, при которой предел текучести достигает максимальной величины (1400 ГПа), считается минимальной рабочей температурой смазки. 202

Давление течения смазки устанавливается методом Кестерниха (DIN 51805) при двух температурах: 20 °C и –20 °C. Это основной показатель низкотемпературных свойств смазки. Предельным давлением течения считается 1400 ГПа. Температура при этом давлении является минимальной рабочей температурой смазки. Динамическая вязкость смазки – это соотношение между напряжением сдвига и скоростью деформации при установленной температуре и постоянной скорости деформации. Динамическая вязкость зависит от вязкости базового масла и уменьшается при увеличении температуры и скорости деформации. Динамическая вязкость влияет на подвижность и распределение смазки, а также на потери трения во время работы. Температура, при которой динамическая вязкость равна 2 кПа с, считается минимальной рабочей температурой смазки. Динамическая вязкость смазки определяется ротационным конусным вискозиметром при температуре 25 °C и скорости сдвига 300 с–1 (рис. 55).

Смазка

Рис. 55. Схема определения динамической вязкости смазок

Механическая стабильность – это способность смазки сохранять консистенцию и механические свойства при долговременном воздействии деформации сдвига. Количественно механическая стабильность выражается изменением пенетрации после механического утомления, т. е. интенсивного перемешивания, которое можно осуществлять двумя способами: 203

рабочей стабильностью для неработающей смазки при ее многократном продавливании через перфорированную пластинку в приборе для утомления смазок (рис. 56) в течение 60 циклов. При этом изменяется число пенетрации. При оценке механической стабильности смазки определяется абсолютная величина разницы пенетрации PW или в процентах (табл. 33) после продавливания смазки от 60 до 100 000 циклов; стабильностью качения при перетирке в приборе для утомления смазки роликом (рис. 57).

Вращающийся барабан

Ролик

Рис. 57. Прибор для утомления смазок роликом Пластичная смазка

Перфорированная пластина

Рис. 56. Прибор для утомления смазок путем продавливания через перфорированную пластинку Таблица 33 Оценка механической стабильности смазки по изменению числа пенетрации 'PW ˜ 0,1 мм < 30 30…60 61…100 >100

Характеристика механической стабильности Очень хорошая Хорошая Удовлетворительная Неудовлетворительная

Отличительный признак смазки Li- и Ca-комплексные смазки Li- и Ca-смазки Na- и Na-комплексные смазки Смеси несовместимых масел

Этим испытанием имитируются условия работы подшипников качения. Смазка перетирается в пустотелом цилиндре диаметром 100 мм валиком массой 5 кг и диаметром 60 мм. Цилиндр вращается 2 ч со скоростью 160 об/мин при определенной температуре. После такой работы определяется число пенетрации, которое сравнивается с пенетрацией неработавшей смазки. 204

Механическая стабильность смазки зависит от попадания в нее воздуха, в результате чего смазочные свойства ее ухудшаются. Это явление оценивается как склонность смазки к взбиванию с воздухом. Наряду с механической стабильностью может определяться водостойкость смазки. Для этого смазка перемешивается с 20 % дистиллированной или синтетической морской воды. После перемешивания определяется пенетрация. Обычно густота водостойких смазок изменяется незначительно, всего на несколько единиц пенетрации. Структурная стабильность – это более широкое понятие, чем механическая стабильность. Это способность смазки сохранять начальную консистенцию и текстуру в течение времени и под влиянием разных факторов: температуры, испарения, окисления, загрязнения, перемешивания, а также способность смазки возвращаться в начальное состояние по окончании действия этих факторов. 5.3.3. Термические свойства пластичных смазок Температура каплепадения – это температура, при которой смазка из пластичного твердого состояния переходит в жидкое и появляется первая капля из отверстия при стандартных условиях испытания (рис. 58). При высокой температуре пластичные смазки разжижаются и могут вытекать из подшипников, сползать с поверхностей под действием силы тяжести или разбрызгиваться под действием центробежных сил. Температура плавления в основном зависит от загустителя, а температура каплепадения не является прямым показателем рабочей температуры, 205

но по ней можно установить верхнюю допустимую температуру нагрева смазки. При температуре каплепадения смазки до 100 °C максимальная рабочая температура должна быть на 15…20 °C ниже. При температуре каплепадения до 150 °C рабочая температура должна быть ниже на 30…40 °C, а при каплепадении до 200 °C – будет ниже на 60…80 °C от температуры каплепадения.

а температура смазки при этом давлении течения будет являться минимальной рабочей температурой. Она определяется по низкотемпературному моменту вращения. 5.3.4. Смазывающие свойства пластичных смазок

Интервал рабочей температуры – это температура, при которой смазка может выполнять свои функции и обладать свойствами, декларируемыми изготовителем. Рабочие условия в зонах трения могут быть обусловлены и другими факторами, поэтому указанные рабочие температуры должны приниматься только как приблизительные. Свойства смазки ухудшаются при химическом разложении компонентов смазки. Например, температура каплепадения смазок на основе кальциевых комплексных мыл достигает 250…300 °C, а химическое разложение начинается уже при температуре 160 °C. При этом минимальная рабочая температура определяется более четко. Она ограничивается не температурой застывания смазки, а показателями консистенции и механических свойств. Минимальная рабочая температура смазки. При низкой температуре пластичные смазки должны работать без значительного изменения консистенции, липкости и механических свойств. При весьма низких температурах используются смазки на основе силиконового, эфирного или полиальфаолефинового базового масла. Для смазок, используемых в подшипниках качения, давление течения не должно превышать 1400 ГПа,

Смазывающие свойства пластичных смазок, в отличие от смазывающих свойств масел, следует рассматривать шире, чем способность уменьшать трение и изнашивание. Дело в том, что в смазках во время эксплуатации накапливаются продукты износа и другие посторонние загрязнения, которые не должны ухудшать смазывающих свойств смазок и увеличивать изнашивание деталей. Трение и изнашивание при смазывании пластичными смазками зависят: от вязкости и сорта базового масла; структурных характеристик и консистенции смазки; природы и свойств загустителей, присадок, наполнителей и других компонентов. В автомобилях наблюдаются два основных вида трения: трение качения в подшипниках колес; трение скольжения в узлах ходовой части (в шарнирах и других соединениях). В подшипниках качения при сухих поверхностях трение наименьшее, а в случае использования густой смазки трение возрастает. При высокой скорости качения густая смазка вызывает потери энергии и перегрев подшипников. Поэтому для смазок подшипников качения важным свойством является способность подавлять питтинг (т. е. выкрашивание металла на деталях). К основным смазывающим свойствам пластичных смазок относятся: несущая (нагрузочная) способность смазки; коллоидная стабильность или синерезис; адгезия (липкость); подвижность смазки; прокачиваемость смазки. Рассмотрим эти основные смазывающие свойства пластичных смазок. Несущая (нагрузочная) способность смазки обеспечивается введением противозадирных присадок и наполнителей. Эти смазки используются для смазывания сильно нагруженных частей, на которые действу-

206

207

Термометр (не должен касаться смазки)

Стаканчик

Смазка (намазанная на стенку стаканчика)

Рис. 58. Определение температуры каплепадения смазок

ют не только высокие нагрузки, но и удары, вибрации и абразивные частицы. Например, вибрация нарушает структуру смазки и проявляется в подшипниках колес, роторов, валов и шестерен. Высокой прочностью к вибрации отличаются смазки на основе мочевины и комплексных мыл металлов. Стойкость смазки к вибрации определяется вибрационным трибометром, которым измеряются сила трения и износ поверхности. Коллоидная стабильность, синерезис – это способность масла не отделяться от загустителя и не вытекать при хранении и работе механизмов. Появление небольшого количества выделившегося масла не является недостатком. Незначительное выделение масла желательно, особенно для смазывания подшипников качения. Если масло легко вытекает в процессе работы, смазка может потерять большую часть масла и повредить механизмы. Слишком большая утечка масла проявляется при неправильном соотношении загустителя и масла, плохой их совместимости и нестабильности коллоидной структуры смазки. Коллоидная стабильность смазок определяется в разных условиях при незначительном давлении в 1,72 кПа, температуре 25 °C в течение 50 ч или при температуре 40 °C в течение 168 ч (рис. 59). Допустимая норма выделения масла по стандарту составляет от 6 до 10 %.

базовое масло повышенной вязкости. Липкость влияет на долговременное сохранение смазки в зонах смазывания. Склонность к утечке смазки является важной эксплуатационной характеристикой при работе в открытых подшипниках. Определяется стандартным методом, когда подшипник работает 20 ч при температуре 160 °C, скорости вращения 1000 об/мин и при нагрузке 111 Н. После этого определяют потери смазки в граммах. Допустимое вытекание от 10 до 24 г (рис. 60).

Сборник утечки Смазка

Вес 100 г

Рис. 60. Схема определения утечки масла по ASTM D 126 Смазка

Адгезия (липкость) способствует прилипанию смазки к контактирующим поверхностям. Липкость смазки увеличивается за счет присадок, которыми могут быть полимеры большой молекулярной массы, либо

Подвижность смазки оказывает влияние на стабильность смазывания. Для смазывания подшипников качения и шестерен подвижность смазки должна быть достаточной для обеспечения постоянного покрытия поверхностей смазкой. При работе смазка выдавливается в стороны и затем должна возвращаться обратно. В противном случае рабочие поверхности остаются непокрытыми смазкой и смазывание нарушается. В подшипниках качения это явление называется выдавливанием смазки. Шестерни первыми зубьями выдавливают смазку и образуют канал в массе смазки. Если смазка не успевает возвращаться, то следующие зубья уже не смазываются. Такое выдавливание в паре шестерен называется каналообразованием. Хорошая способность смазки заполнять про-

208

209

Стакан Конусная сетка

Рис. 59. Схема определения истечения масла по IP 121

странство смазывания и продвигаться на поверхности трения является необходимым условием качественного смазывания узла трения. В случае централизованной подачи подвижность смазки должна быть достаточной, при этом смазка должна быть способной поддаваться воздействию внешней среды. Прокачиваемость смазки – это способность прокачиваться по каналам централизованной смазочной системы. Прокачиваемость смазки определяется с помощью прибора – реометра (рис. 61). Манометр Гидравлическое давление

Термометр

Охладитель

Поршень

Смазка

ке или на поверхности деталей. Эти смазки производятся на основе натриевых мыл. Растворимые в воде смазки поглощают воду и при этом они теряют свою гелиевую структуру и разжижаются. Обычно такие смазки имеют основу натриевых мыл. Выполняя свои защитные свойства, смазка должна: не вызывать коррозию металла и при этом сохранять поверхнов случае попадания воды на поверхность трения предотвращать коррозию; в случае перемешивания смазки с водой не должны меняться консистенция, структура, липкость и т. д. Водостойкость смазки оценивается тремя основными показателями: Стойкостью смазки к вымыванию водной струей, т. е. способностью смазки сохраняться в подшипниках под воздействием водной струи. Обычно стойкость оценивается количеством вымытой смазки в % (рис. 62).

Испытательная трубка

Рис. 61. Схема определения прокачиваемости смазки на реометре Shell/DeLimon

5.3.5. Водостойкость пластичных смазок и их защитные свойства

Вода

Водостойкость смазки является одной из основных ее характеристик. Поэтому в зависимости от способа взаимодействия с водой пластичные смазки бывают: Водостойкие, когда вода не поглощается смазкой или поглощается в незначительном количестве и не оказывает воздействие на ее свойства. Попавшая в смазку вода выделяется в отдельную фазу, а при интенсивном перемешивании структура и свойства смазки не меняются. Хорошо, когда смазка не позволяет воде накапливаться на поверхности металла. Наиболее водостойкими являются смазки на основе кальциевых, литиевых, алюминиевых мыл и на углеводородных загустителях. Адсорбирующие воду смазки поглощают значительное ее количество, но при этом консистенция и свойства смазки меняются незначительно. Такие смазки препятствуют накоплению свободной воды в смаз-

Способностью коррозионной защиты, т. е. подавления ржавления металла в присутствии воды. Испытание проводится, когда работающий подшипник смазывается смесью смазки и воды. Наблюдения проводят за коррозионным поражением внешнего кольца конусного подшипника качения. Смазка может вызывать коррозию металлов вследствие окисления ее компонентов и образования кислот. Коррозионность смаз-

210

211

Рис. 62. Определение стойкости смазки к вымыванию

ки оценивается разными стандартами, суть которых состоит в выдерживании в смазке при определенных условиях металлических пластин или стержней с последующей оценкой повреждения поверхности в баллах от нуля (когда коррозия отсутствует полностью) до пяти баллов (когда более 10 % поверхности металла повреждено коррозией) (рис. 63). Коррозионные повреждения определяются при температуре 52 °C и влажности 100 %, в соответствии или несоответствии требованиям стандарта. ОЦЕНКА КОРРОЗИИ Баллы 0 Коррозия отсутствует 1 Следы коррозии 2 Слабая коррозия 3 Средняя коррозия 4 Сильная коррозия 5 Очень сильная коррозия

стенции смазки вследствие перемешивания с 20 % воды, аналогично определению механической стабильности. Улучшение водостойкости смазки и подавление коррозии достигается путем применения водостойких компонентов, введения в смазку ингибиторов коррозии и ржавления. 5.3.6. Химическая стойкость пластичных смазок Химическая стойкость смазок оценивается: Стойкостью к окислению, т. е. способностью подавлять окислительные реакции при повышенной температуре и при доступе кислорода воздуха. Определяется путем искусственного старения под воздействием кислорода и высокой температуры. Оценивается по скорости окисления, величине поглощения кислорода или по изменению рабочих хаХарактеристикой долговечной работы в подшипниках качения колес, т. е. оценивается окислительная термическая, механическая и структурная стабильность смазки при испытаниях в высокотемпературных условиях, вызывающих ускоренное старение. Смазки при испытаниях должны сохранять свои свойства от 40 до 80 ч. Биологической разлагаемостью. Для экологической безопасности требуется быстрое разложение отработавших смазок в окружающей среде с образованием безвредных соединений. Такие смазки изготавливаются на основе биологически разлагаемых компонентов. Большинство мыл натуральных жирных кислот хорошо разлагаются в природе, и они легко осваиваются микроорганизмами. Масла минеральные и некоторые синтетические (силиконовые) в природе разлагаются трудно. Биологическая разлагаемость смазок оценивается по стандартной европейской методике аналогично маслам. 5.3.7. Совместимость пластичных смазок

Характеристикой водопоглощения смазкой, то есть поведением смазки в присутствии воды. При этом определяется изменение конси-

В ходе обслуживания автомобиля возникает вероятность смешивания различных смазок. Некоторые смазки смешиваются между собой без ухудшения свойств. Другие смазки не смешиваются. Последствия смешивания смазок могут быть непредсказуемыми. Смеси смазок могут образовывать смолы, твердеть, разжижаться и т. д. Всегда следует руководствоваться рекомендацией изготовителей

212

213

Рис. 63. Степени повреждения коррозией подшипника при определении защитных свойств смазок по Emcor SKF

смазок – разные сорта смазок не смешивать! Лучше полностью прочистить и промыть подшипник и только после этого опять его смазать свежей смазкой. При смазке узлов, разборка которых затруднительна, рекомендуется применять смазку такого же сорта, хотя возможно и другого производителя. Для ориентации данные по совместимости базовых масел приводятся в табл. 34 и служат предпосылкой для их совместимости, а данные по совместимости масел с загустителями – в табл. 35. Таблица 34 Совместимость базовых масел Базовое масло Минеральное Эфирное Полигликолевое Силиконовое Полифенилэфирное

Минеральное 0

Эфирное +

Полигликолевое –

Силиконовое –

Полифенилэфирное –

+ –

0 +

+ 0

– –

+ –

–

–

–

0

–

–

+

–

–

0

Примечание. Совместимые масла (+); несовместимые масла (–).

Совместимость смазок с пластинами Большинство смазок на основе минеральных масел являются инертными по отношению к термопластикам. Наоборот, специальные синтетические смазки оказывают воздействие на некоторые виды термопластиков. При оценке совместимости пластиков и смазок необходимо учитывать продолжительность контакта и температуру. Совместимость смазок с эластомерами Смазки на основе эфирных или полиальфаолефиновых масел более агрессивны по отношению к эластомерам, чем смазки на основе минеральных масел. Смазка может вызвать значительное набухание или усадку эластомеров. Совместимость обычно проверяется стандартными испытаниями. При этом эластомер погружается в смазку и выдерживается при определенных условиях в течение установленного срока. После этого оценивается его набухание, уменьшение массы и изменение твердости. По результатам делается вывод о пригодности смазки для работы в контакте с проверяемым эластомером. 214

Таблица 35 Совместимость загустителей Загуститель Li-мыло

LiLiCaCaNaNaAlBaБен- Полимыло компл. мыло компл. мыло компл. компл. компл. тонит карбамид 0 + – – – + + – – r

Li-комплексное Ca-мыло

+

0

+

r

–

+

–

–

r

+

0

–

–

–

+

+

Ca-комплексное Na-мыло

–

r

–

0

–

–

–

+

–

–

–

–

0

+

–

+

–

–

Na-комплексное Al-комплексное Ba-комплексное Бентонит

–

+

0

r

+

–

+

–

r

0

+

–

–

+

+

+

0

+

–

Поликарбамид

+

+

–

–

+ –

–

+

–

–

–

–

+

0

+

–

–

–

+

–

+

–

–

+

0

Примечание: загустители совместимые (+); несовместимые (–); частично совместимые (±).

5.4. Классификация пластичных смазок По европейским стандартам автомобильные смазки не выделяются в отдельную группу, но на практике производители нефтепродуктов могут выделять их в отдельную ассортиментную группу. В Америке автомобильные смазки официально выделяют и описывают в нормативных документах. Смазки, поступающие в торговую сеть, называют сервисными смазками (Service Greases), отличая их от смазок, которыми заполняются узлы трения на заводах при выпуске новых автомобилей. Эксплуатационные группы смазок ухода за автомобилем и специфические требования к их качеству изложены в стандартах и рекомендациях: ASTM D 4950–89. «Стандартная классификация и спецификация сервисных смазок». 215

SAE J 310 Jun 93. «Автомобильные смазки. Руководящие указания SAE». NLGI «Руководящие указания по смазыванию подшипников колес легковых автомобилей». NLGI «LGI Руководящие указания по смазыванию шаровых шарниров передней подвески легковых автомобилей». NLGI «Руководящие указания по смазыванию подшипников колес грузовых автомобилей». В стандарте ASTM D 4950–89, созданном совместно с ASTM, NLGI и SAE, приводится классификация автомобильных смазок на две основные эксплуатационные группы: сервисные смазки для ходовой части, обозначаемые по системе NLGI буквой «L»; сервисные смазки для подшипников колес, обозначаемые по системе NLGI буквой «G». Эти группы смазок разделяются на категории качества автомобильных смазок в зависимости от гарантируемых показателей качества и обозначаются соответствующим знаком NLGI. 5.4.1. Американская система классификации NLGI для пластичных смазок Смазки категории NLGI LA используются для смазывания элементов ходовой части и шарнирных соединений автомобилей и других транспортных средств с легким режимом работы. Требования к качеству. Смазки должны удовлетворительно смазывать элементы ходовой части и шарнирные соединения при частой замене смазки (в легковых автомобилях через каждые 3200 км или чаще). Смазки должны быть стойкими к окислению и к изменению консистенции, а также охранять шарниры и другие элементы ходовой части от коррозии и износа в условиях малой нагрузки. Обычно рекомендуются смазки консистенции NLGI 2, но могут быть использованы смазки и других степеней NLGI.

ции в шарнирных соединениях грузовиков и других транспортных средствах, работающих в условиях как легкого, так и тяжелого режима. Тяжелым называется такой режим, когда эксплуатация автомобилей происходит при больших нагрузках, вибрации, воздействии воды и других загрязнениях. Требования к качеству. Смазки должны удовлетворительно смазывать элементы ходовой части и шарнирные соединения при температуре от –40 до + 120 °C при больших интервалах между их заменами. Смазки должны быть не только стойкими к окислению, но и служить хорошей защитой элементов ходовой части от коррозии и износа, даже под воздействием грязи и больших нагрузок. Смазки категории NLGI GA используются для смазывания подшипников колес легковых автомобилей, грузовиков и других транспортных средств, работающих в легком режиме и при частой замене смазки в обычных условиях эксплуатации. Требования к качеству. Смазки должны удовлетворительно смазывать подшипники при ограниченной температуре от –20 до +70 °C. Дополнительных требований нет. Смазки категории NLGI GB используются для смазывания подшипников колес легковых, грузовых автомобилей и других транспортных средств, работающих как в легком, так и в умеренном режимах. Умеренный режим – это обычные условия эксплуатации, которые бывают у большинства автомобилей. Требования к качеству. Смазки должны удовлетворительно смазывать подширники в широком интервале температур от –40 до + 120 °C и даже до 160 °C. Они должны быть стойкими к окислению, испарению, изменению консистенции, хорошо защищать подшипники от коррозии и износа.

Смазки категории NLGI LB используются для смазывания элементов ходовой части и шарнирных соединений при большом интервале замены смазки (в легковых автомобилях через каждые 3200 км или более). Смазки должны быть стойкими к окислению и к изменению консистен-

Смазки категории NLGI GC используются для смазывания подшипников колес легковых автомобилей, грузовиков и других транспортных средств, работающих как в легком, так и в тяжелом режимах. Тяжелый режим встречается в машинах, подшипники которых нагреваются до очень высокой температуры. К таким машинам относятся транспортные средства с дисковыми тормозами, которые работают в режиме «стоп–старт» (автобусы, такси, городские полицейские автомобили и т. д.) или в режиме тяжелого торможения (буксировка, тяжелая езда в горах и т. д.).

216

217

Требования к качеству. Смазки должны удовлетворительно смазывать подшипники в широком интервале температур от –40 до + 160 °C и даже до 200 °C. Они должны быть стойкими к окислению, испарению, изменению консистенции, хорошо защищать подшипники от коррозии и износа. В табл. 36 и 37 приводятся требования к показателям качества пластичных смазок. Таблица 36 Показатели качества пластичных смазок для ходовой части (по SAE J 310 Jun 93) Свойства смазки Консистенция (мм/10) Температура каплепадения (°C), min Предохранение от износа (‡ в мм), mах Совместимость с резиной CR: увеличение объема, % изменение твердости (дурометр А) Выделение масла (%), mах Предохранение от коррозии Свойства предельного давления: индекс нагрузки износа (кгс), min точка сварки (кгс), min Предохранение от фретинга (уменьшение массы в мг), mах Низкотемпературные свойства, момент вращения при 40 °C (Н ˜ м), mах

LA 220…340 80 0,9

LB 220…340 150 0,6

0…30 0… –10 – –

0…30 0…–10 10 Соответствует

– – –

30 200 102

–

15,5

Таблица 37 Показатели качества пластичных смазок для подшипников колес (по SAE J 310 Jun 93) Свойства смазки GA Консистенция (мм/10) 220…340 Температура каплепадения (°C), min 80 Низкотемпературные свойства, момент 15,5 вращения при 40 °C (Н ˜ м), max – Стойкость к воде при 80 °C (%), max – Выделение масла (%), max – Предохранение от коррозии Предохранение от износа (‡ в мм), max Долгосрочное смазывание при высокой температуре (160 °C) (ч), min Совместимость с резиной CR: увеличение объема, % изменение твердости Выделение масла (%), max Свойства предельного давления: индекс нагрузки износа (кгс), min точка сварки (кгс), min

GB 220…340 175

GC 220…340 220

–

15,5 15 10 Соответствует 0,9

15,5 15 6 Соответствует 0,9

–

40

80

– – –

–5…+30 +2…–15 24

–5…+30 +2…–15 10

– –

– –

30 200

5.4.2. Система классификации пластичных смазок по «Международной организации стандартов» ISO

Для обозначения категорий пластичных смазок NLGI используется такой же знак с символом NLGI, который присваивается лишь смазкам наивысшей категории: GC, LB и GC–LB. Смазки других категорий этим знаком не обозначаются. Просто указываются символы категорий NLGI GA, NLGI GB, NLGI LA. В Европе американская система обозначения автомобильных смазок, основанная на назначении, используется редко, а аналогичной европейской системы нет.

По международным стандартам требуется, чтобы вещества, особенно те, которые транспортируются, имели бы такое обозначение, которое в первую очередь указывало бы на само вещество, его опасность и т. д. Поэтому для пластичных смазок, как и для других нефтепродуктов, применяется единая в мировом отношении система обозначения, регламентируемая стандартом ISO 6743-9, дополненная отдельными обозначениями некоторых государств для внутренних потребностей. По этому стандарту каждой смазке присваивается знак ISO (Industrial Standart Oils – индустриальная стандартная смазка), состоящий из букв и цифр, в котором указаны основные данные смазки. Например, ISO–L XBEGB 00, где (1) ISO – инициалы «Международной организации стандартов»; (2) L – класс смазочных материалов;

218

219

(3) X – группа смазочных материалов (пластинчатые смазки); (4) B – минимальная рабочая температура (табл. 38); B означает –20 °C; (5) E – максимальная рабочая температура (табл. 39); E означает +160 °C; (6) G – уровень защиты от коррозии, определяется по табл. 40, где G означает, что смазка вымывается водой и от коррозии не защищает; (7) B – работоспособность масла при больших нагрузках (B показывает, что смазка может работать в условиях больших нагрузок и включает в себя противозадирные присадки); (8) 00 – класс консистенции по NLGI. В настоящее время «Международная организации стандартов», обозначаемая ISO 6743-9, широкого распространения в описаниях смазок не получила. В европейских странах еще применяются национальные системы обозначения – DIN, а в странах СНГ по-прежнему остается система обозначения ГОСТ. Таблица 38 Символы минимальной рабочей температуры смазок по ISO Минимальная температура, °C 0 –20 –30 –40 < –40

Символ минимальной температуры A B C D E

Таблица 39 Символы максимальной рабочей температуры смазок по ISO Максимальная Символ максимальной температура, °C температуры A 60 B 90 C 120 D 140 E 160 F 180 G > 180 220

Таблица 40 Уровень защиты металлов от коррозии смазками Среда эксплуатации Сухая Сухая Сухая Туман Туман Туман Вымывание водой Вымывание водой Вымывание водой

Степень защиты от коррозии L M H L M H L M H

Символ A B C D E F G H I

Примечание. Степень защиты от коррозии: L – не предохраняет; M – предохраняет от воздействия пресной воды; H – предохраняет от воздействия морской (соленой) воды.

5.4.3. Система классификации пластичных смазок DIN Код пластичной смазки DIN 51502 состоит из набора букв и цифр: K; PF; 3; G; –20. –20 – наиболее низкая температура применения пластичной смазки, °C; G – верхняя температура применения и водостойкости (табл. 43); 3 – класс консистенции по NLGI; PF – присадки или синтетическое базовое масло (табл. 42); K – назначение смазки (табл. 41). Таблица 41 Обозначения для назначения смазок Назначение Для подшипников качения и скольжения плоскостей скольжения по DIN 51 825 Для закрытых передач по DIN 51 825 Для открытых передач Для подшипников скольжения и уплотнений

221

Обозначения K G OG M

Таблица 42 Обозначения присадок для пластичных смазок и синтетического базового масла Присадки и синтетические базовые масла Присадка Твердый наполнитель Полиэфирное масло Перфторовая жидкость Синтетические углеводороды Масло на основе эфира фосфорной кислоты Полигликолевое масло Силиконовое масло Другие масла

Обозначения P F E FK HС PH PG SI X

Таблица 43 Обозначения верхнего предела рабочей температуры и водостойкости пластичных смазок Обозначение Верхний предел рабочей температуры, °C C + 60 + 60 D E + 80 + 80 F G + 100 H + 100 K + 120 M + 120 N + 140 P + 160 + 180 R + 200 S T + 220 U > + 220

Стойкость к вымыванию водой при температуре, °C, по DIN 51 807(*) 0 при 40 °C или 1 при 40 °C 2 при 40 °C или 3 при 40 °C 0 при 40 °C или 1 при 40 °C 2 при 40 °C или 3 при 40 °C 0 при 90 °C или 1 при 90 °C 2 при 90 °C или 3 при 90 °C 0 при 90 °C или 1 при 90 °C 2 при 90 °C или 3 при 90 °C Дополнительно оговаривается То же « « « «

Пластичные смазки европейских нефтекомпаний, изготовленные в Германии или предназначенные для германского рынка, часто имеют код обозначения по DIN 51 502 (сокращенное обозначение смазочных материалов и маркировка тары, приборов смазки и места хранения), которое указывается в описаниях смазок и на упаковочной этикетке. Этот стандарт пластичных смазок, предназначенных для подшипников качения, дополняется стандартом DIN 51 825 (Пластичные смазки группы K). Например, обозначения конкретных марок пластичных смазок выглядят следующим образом: KP 1 K-20; KE 2 K-60; KF2K-25; KP 2G; KP 2K-30. Немецкое обозначение DIN 51 825 используется довольно широко, однако не является общепризнанным по всей Европе. Наиболее важной частью обозначения является его окончание, следующее за номером консистенции NLGI, по которому легко можно расшифровать важнейшую характеристику смазки – интервал рабочей температуры. Например, K-20 означает, что смазка предназначена для работы при температуре от –20 до +120 °C; а P-40 от –40 до +160 °C и т. д. 5.4.4. Система классификации пластичных смазок по ГОСТ

Примечание. Степень стойкости к вымыванию водой по DIN 51 807: 0 – без изменений; 1 – малые изменения; 2 – средние изменения; 3 – большие изменения. Вторая цифра (40 или 90) показывает температуру воды.

По ГОСТ 23258–78 название или марка смазки должны состоять из одного слова, а ее модификации могут обозначаться буквенными и цифровыми индексами. Каждой смазке, кроме того, присваивается обозначение-код в буквах и в цифрах, отражающих ее назначение, состав и свойства. Обозначение-код смазки состоит из пяти буквенных и цифровых индексов, указывающих: на группу или подгруппу назначения смазки, обозначаемую прописными буквами русского алфавита (табл. 44); в стандарте не указываются критерии, на основе которых смазки разделяются на группы и подгруппы по назначению; тип загустителя, который обозначается буквами русского алфавита (табл. 45); рекомендуемый интервал рабочей температуры, где в числителе указывается минимальная рабочая температура (в десятках градусов, без минуса), а в знаменателе – максимальная рабочая температура (в десятках градусов), например, 3/12, обозначает, что смазка работоспособна от –30 до +120 °C;

222

223

дисперсную среду – базовое масло, обозначенное строчной буквой русского алфавита (табл. 46); если смазка изготовлена на основе одного минерального масла, то ее обозначение опускается, а если на основе двух масел, то рядом приводятся два соответствующих обозначения; твердые присадки, если такие имеются в смазке, тоже обозначаются строчной буквой русского алфавита и отделяются черточкой от впереди стоящего знака; обозначения твердых присадок приведены в табл. 47; индекс класса консистенции, который определяется по пенетрации смазки, как и номера консистенции по NLGI; ГОСТ дополнительно ввел класс консистенции 7, пенетрация которой < 70. Например. Образец обозначения смазки по ГОСТ 23258–78 С Ка 2/8-2, где С – смазка общего назначения; Ка – загуститель – кальциевое масло; 2/8 – интервал рабочей температуры от –20 до +80 °C; – индекс дисперсной среды отсутствует, это означает, что смазка изготовлена на основе минерального масла; – твердые присадки отсутствуют; 2 – индекс класса консистенции. Таблица 44 Классификация пластинчатых смазок по ГОСТ 23258–78 Индек с

С О М

Ж Н

Группа и подгруппа

Применяемость

Антифрикционные для снижения износа и трения сопряженных деталей Общего назначения Для обычных температур Узлы трения, работающие при t | до 70 °C Для повышенных темпера- Узлы трения, работающие при t | до тур 110 °C Многоцелевые Узлы трения, работающие при t | от – 30 до 130 °C в условиях повышенной влажности; в достаточно мощных механизмах для обеспечения работоспособности узлов при t | –40 °C Термостойкие Узлы трения, работающие при t ? свыше 110 °C Низкотемпературные Узлы трения, работающие при t ? ниже –40 °C 224

Окончание табл. 44 Индекс И

Группа и подгруппа

Применяемость

Протизозадирные и Подшипники качения при контактных напротивоизносные пряжениях 250 кПа и подшипники скольжения при удельных нагрузках более 15 кПа, содержат противозадирные и противоизносные присадки и твердые добавки Х Химически стойкие Узлы трения, имеющие контакты с агрессивными средами П Приборные Узлы трения приборов и точных механизмов Т Редукторные Зубчатые и винтовые передачи всех видов Д Приработочные пас- Сопряжения поверхности для облегчения ты сборки, предотвращения задиров и ускорения приработки У Узкоспециализиро- Узлы трения, смазки, которые удовлетвованные ряют требованиям, не предусмотренным в подгруппах (прокачиваемость, эмульгируемость и т. д.) Б Брикетные Узлы поверхности скольжения с устройствами для использования смазок в виде брикетов Консервационные для предотвращения коррозии металлических изделий и механизмов при хранении, транспортировке и эксплуатации З Металлические изделия и механизмы всех видов, за исключением стальных канатов и изделий, требующих использования консервационных масел для твердых покрытий Уплотнительные для герметизации задиров, облегчения сборки и разборки арматуры, сальниковых устройств, резьбовых, разъемных и подвижных соединений, в том числе и вакуумных систем Запорная арматура и сальниковые устройстАрматурные А ва Резьбовые соединения Резьбовые Р Подвижные и резьбовые соединения и упВакуумные В лотнения вакуумных систем Канатные для предотвращения износа и коррозии стальных канатов К Стальные канаты и тросы, органические сердечники стальных канатов

225

Таблица 45 Типы и индексы загустителей пластинчатых смазок

Загуститель Мыло: алюминиевое бариевое кальциевое литиевое натриевое свинцовое цинковое комплексное смесь мыл твердые углеводороды

Индекс М Ал Ба Ка Ли На Св Цн кМ М1 – М2 Т

Органические вещества: пигменты полимеры уретаны фторопласты

О Пг Пм Ур Фу

Неорганические вещества: глины (бетонит и др.) сажа селикагель

Н Бн Сж Си

Таблица 47 Индексы твердых присадок

Твердые присадки Графит Дисульфид молибдена Порошок: свинцовый медный цинковый Другие твердые присадки

Дисперсная среда Минеральное масло Синтетические углеводороды Силиконовые жидкости Эфиры Галогенуглеводородные жидкости Фторсилоксаны Перфторалкиловые полиэфиры Другие масла и жидкости

226

Индекс Н У К Э Ж Ф а П

с м ц т

5.5. Эксплуатационные группы автомобильных пластичных смазок Каждое из отдельных свойств пластичных смазок для эксплуатации узлов автомобиля имеет огромное значение. Важность этих свойств показана в табл. 48. Таблица 48 Важность отдельных свойств пластичных смазок для надежной работы узлов автомобилей Свойства смазки

Таблица 46 Типы и индексы дисперсной среды (базового масла)

Индекс г д

Механическая стабильность Высокая рабочая температура Стойкость к окислению Уменьшение трения и износа Уменьшение коррозии Стойкость к вымыванию

Подшипники колес ++ ++

Шарниры

++ + + +

+ +

Ходовая часть ++ +

Долговечная смазка ++ +

Универсальная смазка ++ ++

+ ++ + +

++ ++ ++ ++

++ ++ ++ ++

++ ++ + +

Примечание. (+ +) – очень важно; (+) – важно.

227

5.5.1. Зарубежные эксплуатационные группы автомобильных пластичных смазок Эксплуатационные группы автомобильных смазок, необходимых для надежной эксплуатации автомобилей, описаны в документах NLGI и SAE. Рассмотрим определенные свойства, которыми обладают группы этих смазок. Смазки для подшипников колес По сравнению с шариковыми подшипниками, в роликовых подшипниках деформация сдвига в четыре раза больше, поэтому пластичные смазки для роликовых подшипников должны обладать повышенной механической стабильностью. Смазки для подшипников колес с дисковыми тормозами Подшипники передних колес с дисковыми тормозами могут значительно нагреваться (до 160 °C, а временно и до 200 °C). Это особенно часто происходит в тяжелых автомобилях (автобусах, тягачах) при езде в городе или в горах. Смазки для них должны обладать термической стабильностью. По требованиям ASTM D 4950 такие смазки должны иметь категорию качества NLGI GC или хотя бы NLGI GB. При этом они должны не изменять своих свойств в ходе 40–80-часовой работы при температуре 160 °C. Для этих целей применяются литиевые, литиевые комплексные, бетонитовые и другие высокотемпературные смазки большой механической стабильности. Европейские изготовители смазок не обозначают смазки знаком категории NLGI. Они просто дают описания для этих смазок по их пригодности для европейских тяжелых автомобилей в суровых рабочих условиях эксплуатации. Смазки для автомобильных водяных насосов

Противозадирные смазки Противозадирные смазки используются для смазывания сильно нагруженных узлов трения. Они не имеют специального знака NLGI, но должны иметь подтверждение о соответствии конкретным эксплуатационным требованиям. Показатели качества должны быть проверены испытаниями EP Timken. Часто в состав этих смазок входят моющие и диспергированные неорганические присадки, например дисульфид молибдена и другие. Такие смазки относят к многофункциональным автомобильным смазкам, которые применяются для смазывания подшипников, седла соединений и других сильно нагруженных деталей и узлов в легковых и грузовых автомобилях, а также в сельскохозяйственных и строительных машинах. Обычно в названиях марок таких смазок бывают буквы EP, поэтому их без труда можно отличить от других смазок. Смазки для шарниров равных угловых скоростей (ШРУС) В передних мостах автомобилей используются фиксированные и подвижные подшипники. Для их смазки применяются автомобильные смазки, имеющие категорию ходовой части с противозадирными присадками EP, то есть смазки для шарниров с одинаковой угловой скоростью. Основными требованиями к качеству этих смазок являются: подавление изнашивания, хорошие разделяющие свойства и долговечность. При объединении этих шарниров со ступицей колес, у которых дисковые тормоза, возрастают требования к термостойкости. В задние мосты новых автомобилей VW, Audi, Ford и других ставятся трехчленные подвижные валовые шарниры, которые должны смазываться смазками, обладающими не только противоизносными и разделяющими свойствами, но и небольшим коэффициентом трения. Таких смазок пока мало, они чаще всего изготавливаются на основе уретановых загустителей. При выборе смазок для шарниров с равной угловой скоростью, и особенно для трехчленных подвижных валовых шарниров, необходимо подтверждение производителей о пригодности смазок для этих целей.

Подшипники водяных насосов автомобилей постоянно находятся в тяжелых рабочих условиях, так как рабочая температура высокая (около 80 °C) и существует большая вероятность вымывания смазки водой. Поэтому пластичные смазки для подшипников водяных насосов должны обладать хорошей термостойкостью, водостойкостью, гигроскопичностью, низкими противоизносными свойствами, а также быть инертными к резине и полимерам.

Универсальные многоцелевые смазки МП (MultiPurpose greases) предназначены для смазывания деталей и узлов ходовой части и, в частности, подшипников колес.

228

229

Универсальные автомобильные пластичные многоцелевые смазки МП

На всем пространстве бывшего Советского Союза по-прежнему применяются пластичные смазки, системой классификации которых является государственный стандарт СССР (ГОСТ). Эти смазки классифицируются: по своему компонентному составу, области применения и своим основным свойствам. Обычно они подразделяются на следующие группы. Антифрикционные общего назначения – для снижения износа и трения скольжения сопрягаемых деталей. Самыми распространенными из них являются гидратированные кальциевые смазки (солидолы), досто-

инствами которых являются водостойкость, высокие защитные антикоррозионные и противозадирные (противоизносные) свойства, а недостатками – низкая температура плавления и плохая механическая стабильность. Многоцелевые или универсальные, которые применяются во всех основных узлах трения разнообразных механизмов. Эти смазки водостойкие и работоспособные в широком интервале скоростей, температур и нагрузок. Однако они непригодны для замены антифрикционных смазок всех типов. Термостойкие, имеющие максимальную температуру работоспособности от 150 до 250 °C и выше. При таких температурах работает ограниченное число механизмов, поэтому эти смазки вырабатывают в ограниченных количествах. Изготавливают их из дефицитных синтетических масел с добавлением специальных загустителей. Низкотемпературные, предназначенные для использования при температурах до –50 °C, а в некоторых механизмах и при более низких температурах. Изготавливают их на литиевых мылах и твердых углеводородах. Консервационные, применяемые для защиты металлических изделий от коррозии. В основном это углеводородные смазки (вазелины). Вазелины получают сплавлением петролатума с 20…40 % нефтяного масла (реже с небольшим количеством парафина, церезина и воска). Углеводородные консервационные смазки составляют примерно 10…15 % от общего объема выпуска антифрикционных смазок. Канатные, предназначенные для предотвращения коррозии и износа стальных канатов, а также для предотвращения трения между отдельными стальными прядями в канатах. Все канатные смазки характеризуются хорошей влагостойкостью, высокой адгезией к металлам и отличными консервационными свойствами. Автомобильные смазки находят свое применение в основных узлах трения автомобилей (в ступицах колес, в подвеске, в рулевом управлении и т. д.). Бессменная работа смазки зависит в первую очередь не от ее свойств, а от рациональной конструкции узла трения. При надежной герметизации срок службы большей части пластичных смазок в узле может достигать нескольких лет. При этом температура, скорость и нагрузки должны соответствовать типу смазки. Ассортимент, области применения и основные эксплуатационные свойства пластичных смазок для автотранспортных средств СНГ приведены в табл. 49 и 50.

230

231

В американских спецификациях (ASTM D4950 и SAE J 310 JUN 93) многофункциональные смазки MP выделяются в отдельную категори. качества, соответствующую двойной наивысшей категории качества NLGI LB–GC. В Европе этим смазкам присвоено название многофункциональные, универсальные автомобильные смазки MP (Multi Purpose). Поэтому, прежде чем применять эти смазки в эксплуатации, потребителям смазки следует получить дополнительную гарантию поставщика конкретной универсальной смазки о ее пригодности для более тяжелых условий эксплуатации. Долговечные пластичные смазки ELI Долговечные смазки ELI (Eextended lubrication interval – расширенные смазочные интервальные) отличаются от других смазок своей повышенной окислительной, термической, механической и структурной стабильностью. Они используются обычно в узлах трения механизмов автомобиля, когда не предусмотрено дополнительное или повторное смазывание. Такие смазки должны служить без изменения своих основных эксплуатационных свойств на протяжении всего срока эксплуатации автомобилей. Пластичные смазки для опорной плиты тягача Работа седлового соединения тягачей характеризуется интенсивным питтинговым и абразивным изнашиванием и постоянным действием вибрации. Для его смазывания применяются водостойкие смазки, содержащие дисульфид молибдена. Для смазывания седла тягачей следует использовать смазки, рекомендуемые изготовителем, в описании которых должна быть отметка – смазка для седлового соединения. 5.5.2. Автомобильные пластичные смазки, применяемые в странах СНГ

Таблица 49 Ассортимент, области применения и основные свойства пластичных смазок для автотранспортных средств СНГ Смазка ГОСТ, ТУ

Состав

Область применения. Основные свойства

Заменитель

Антифрикционные смазки Общего назначения для обычных температур Солидол С Пресссолидол С ГОСТ 4366– 76

Солидол Ж Пресссолидол Ж ГОСТ 1033 – 79

Графитная ГОСТ 3333– 80

Смесь масел кислотно-щелочной (70 %) и селективной очистки (30 %), загущенная кальциевыми мылами кубовых остатков (Са20 и выше) и низкомолекулярных СЖКС 3-С6

Смесь нефтяных масел средней вязкости, загущенная кальциевыми мылами жирных кислот, входящих в состав природных (растительных и животных) жиров Высоковязкое нефтяное масло, загущенное кальциевым мылом с добавлением 10 % графита

Относительно грубые узлы трения механизмов и машин, транспортных средств, сельхозтехники, ручной и др. инструмент. Шарниры, винтовые и цепные передачи, тихоходные шестеренчатые редукторы. Хорошая водостойкость, коллоидная стабильность, защитные свойства. Работоспособность от –30 до +65 °C. В мощных механизмах от –50 °C (подшипники, шарниры) Применяется там же, что и Солидол С. Характеристики близки к синтетическим солидолам. Лучшие вязкостнотемпературные свойства. Работоспособность от –30 до +65 °C. В мощных механизмах от –50 °C (подшипники, шарниры) Узлы трения скольжения тяжелонагруженных тихоходных механизмов. Рессоры, подвески, открытые передачи, шестеренки и т. д. Работоспособность от –20 до +70 °C. Допускается к применению ниже –20 °C в рессорах и аналогичных устройствах 232

Солидол Ж Литол-24

Продолжение табл. 49 Смазка ГОСТ, ТУ

Состав

Заменитель

Общего назначения для повышенных температур 1–13 ТУ Смесь нефтяных 38.5901257– масел низкой и 90 средней вязкости, загущенная натриевым мылом жирных кислот, входящих в состав касторового масла; содержит кальциевое мыло тех же жирных кислот Консталин Цилиндровое ГОСТ 1957– масло, загущен73 ное мылами касторового масла

Литол-24 Униол-1

Литин-2 ТУ 0254-31100148820– 96 Солидол С Солидол Ж Литол-24 с 10 % графита

Область применения. Основные свойства

Минеральное масло, загущенное литиевым мылом с 12 % оксистеариновой кислоты и аэросилоном. Содержит антиокислительную, противозадирную, адгезионную и противокоррозийную присадки

Разнообразные подшипники качения и реже скольжения в электродвигателях и в ступицах колес. Водостойкость низкая. Эмульгируется и растворяется в воде. Работоспособность от –20 до +110 °C

Литол-24

Узлы трения вентиляторов, Литол-24 литейных машин, доменных и цементных печей, подшипников качения на ж.-д. транспорте и др. Водостойкость низкая. Эмульгируется и растворяется в воде. Работоспособность от –20 до +110 °C Игольчатые подшипники Литол-24 карданных шарниров и других узлов автомобилей. Высокие трибологические свойства. Работоспособно при температуре от –40 до +120 °C.

233

Смазка ГОСТ, ТУ

Состав

Продолжение табл. 49 Область применения. ЗамениОсновные свойства тель

Многоцелевые смазки Литол-24 Нефтяное мас- Все типы подшипников качеГОСТ ло вязкостью ния и скольжения, шарниры, 21150–87 60–75 сСт при зубчатые и иные передачи, 50 °C, загущен- трущиеся поверхности колесное литиевым ных и гусеничных транспортмылом с 12 % ных средств, индустриальных гидрооксистеа- механизмов и электромашин. риновой кисло- Высокая коллоидная химичеты, содержащее ская и механическая стабильность; водостойкая даже в киантиокислительную и вяз- пящей воде. При нагревании не упрочняется. Работоспособкостную приность от –40 до +120 °C. В тесадки чение продолжительного времени сохраняет работоспособность при 130 °C Подшипники качения и скольЛитол-24РК Смесь нефтяжения всех типов, шарниры, ТУ 38. ных масел, зазубчатые и др. передачи, поУССР гущенная ли201342–80 тиевым мылом верхности трения колесных и гидрооксистеа- гусеничных транспортных риновой кисло- средств, индустриальных меты, содержащая ханизмов, электрических маантикоррозион- шин и т. д. ную, вязкостВодостойкая, антикоррозионная, ную и антирабоче-консервационная. Обесокислительную печивает консервацию в течение присадки 10 лет. Работоспособна при температуре от –40 до +120 °C Фиол-1 Смесь нефтяУзлы трения, смазываемые чеТУ 38. ных масел, зарез пресс-масленку или от ценУССР гущенная литрализованной системы подачи 201247–80 тиевым мылом смазки; гибкие валы или тросы с 12 % гидроок- управления в оболочках; легсистеариновой конагруженные малогабариткислоты. Соные подшипники качения в маломощных редукторах и т. д. держит вязкоВодостойкая. Работоспособстную и антиокислительную ность от –40 до +120 °C присадки 234

Литол-24 РК, Алюмол, Зимол

Продолжение табл. 49 Смазка ГОСТ, ТУ Фиол-2 ТУ 38. УССР 201188–79

Фиол-2М ТУ 38. 101233–75

Литол-24 Зимол

БНЗ-3 ТУ 38. УССР 201357–80 Фиол-2

Состав Смесь нефтяных фракций, загущенная литиевым мылом с 12 % гидрооксистеариновой кислоты. Содержит вязкостную и антиокислительную присадки Смазка по составу близка к смазке Фиол-2, дополнительно содержит дисульфид молибдена

Нефтяное масло средней вязкости, загущенное литиевым мылом, стеариновой и жирных кислот касторового масла. Содержит антиокислительную и противоизносные присадки

Область применения. Основные свойства Подшипники качения и скольжения, зубчатые передачи индустриальных машин и механизмов, передачи станков, конвейеров и др. аналогичных устройств, работающих при малых и средних нагрузках. Водостойкая, работающая при температуре от –40 до +120 °C Легконагруженные малогабаритные подшипники качения и скольжения автомобильного электрооборудования; высоконагруженные подшипники электроверетен; оси октанкорректора на прерывателераспределителе зажигания. Водостойкая с улучшенными противоизносными и противозадирными свойствами по сравнению с Фиол-2. Смазка работает при температуре от –40 до +120 °C Закрытые роликовые опоры конвейеров, механизмов экскаваторов, бурильных станков, бульдозеров в горнорудной промышленности. По противозадирными свойствами несколько уступает смазке Фиол-2. Работает при температуре от –30 до +110 °C

235

Заменитель Литол-24

ВНИИНП242 Фиол-2У

Литол-24

Продолжение табл. 49 Смазка ГОСТ, ТУ Алюмол ТУ 38. 5901182–89

ЛКМтранс-2 ТУ У00149943490–96

Таврол-2 ТУ У00149943445–96

Герметин ТУ 301-04003–90

Состав Нефтяное масло, загущенное комплексным алюминиевым мылом. Содержит антиокислительную и противоизносную присадки Смесь нефтяных масел, загущенных комплексным литиевым мылом. Содержит многофункциональные присадки

Смесь нефтяных масел, загущенная литиевым мылом жирных кислот. Содержит вязкостную, антиокислительную и противоизносную присадки Литиевая смазка

Область применения. Заменитель Основные свойства Подшипники и другие уз- Литол-24 лы трения машин и мехаУниол-1 низмов. Водостойкая, с хорошими адгезионными свойствами. Работоспособна при температуре от –40 до +150 °C Литол-24 Узлы трения транспорт(до 130 °C) ных средств и промышленного оборудования. Водостойкая, антикоррозионная, высокотермическая, с механической стабильностью и с антикоррозионными смазочными свойствами. Работоспособна при температуре от –40 до +150 °C, кратковременно до +170 °C Узлы трения промышлен- Литол-24 ных установок и транспортных средств. Антифрикционная и многоцелевая смазка, работающая при температуре от –40 до +120 °C

Узлы трения различных машин и оборудования, также для герметизации пробковых кранов бытовой газовой аппаратуры. Водостойкая, антифрикционная, многоцелевая. Работоспособна при температуре от –40 до +130 °C 236

Литол-24 Солидол С Солидол Ж Пресссолидол 1-13, Консталин Фиол-1 Фиол-2 БНЗ-3

Продолжение табл. 49 Смазка ГОСТ, ТУ

Состав

Область применения. Основные свойства

Заменитель

Термостойкие смазки Циатим-221 КремнийорганиГОСТ 9433– ческая жидкость, 80 загущенная комплексным мылом. Содержит антиокислительную присадку

Подшипники качения электромашин, систем управления и приборов с частотой вращения до 1000 мин–1; агрегатные подшипники летательных аппаратов, узлы трения и сопряженные поверхности «кристалл– резина», работающие в вакууме. Нерастворима в воде, гигроскопична. Низкие противоизносные свойства. Химически стойкая. Инертная к резине и полимерам. Работоспособна при температуре от –60 до +150 °C при давлении 665,5 Па Нефтяные остаУзлы трения индустриальточные масла, за- ного оборудования, тунгущенные комнельных печей, горячих плексным кальконвейеров, горнодобыциевым мылом. вающего оборудования, авСодержат антитотранспортной и сельхоз. окислительную и техники, городского элекпротивоизностротранспорта. ную присадку Гигроскопична и склонна к влагоупрочению. Обладает хорошей коллоидной, механической, химической и термической стабильностью, а также хорошими противозадирными и противоизносными характеристиками. Работоспособна при температуре от –40 до +160 °C

ВНИНП207 (до –40 °C) ЦИАТИМ221с

УНИОЛ2М/1 ТУ 38.5901243–92

УНИОЛ-2 Алюмол

237

Продолжение табл. 49 Смазка Состав ГОСТ, ТУ ВНИНП-207 Смесь кремнийГОСТ органической 19774–74 жидкости и синтетического углеводородного масла, загущенная комплексным мылом. Содержит антиокислительную присадку Нефтяное масло, БНЗ-4 загущенное моТУ 38. дифицированУССР ным силикаге201197–80 лем. Содержит антиокислительную и другие присадки

БНЗ-5 ТУ 38. УССР 201197–80

По составу близка к смазке БНЗ4, однако содержит в три раза меньше загустителя

Область применения. Основные свойства Подшипники качения электрических машин и стартергенераторов с частотой вращения до 10 000 мин–1. Водостойкая, гигроскопичная с повышенной термоокислительной стабильностью. Работоспособна при остаточном давлении 666,5 Па и температуре от –60 до +200 °C Узлы трения, соприкасающиеся с парами воды и агрессивных веществ. Вертикальные и наклонные узлы трения индустриальных машин, а также подшипников конвейеров сушильных камер на машиностроительных заводах. Высокая термическая и механическая стабильность. Хорошие консервационные свойства. Работоспособна при температуре от –40 до +160 °C Малонагруженные подшипники качения индустриальных механизмов с системами централизованной подачи смазки, а также цепные приводы и передачи. По основным свойствам близка к полужидким смазкам. Работоспособна при температуре от –50 до +160 °C

238

Заменитель

Продолжение табл. 49 Смазка ГОСТ, ТУ

ЦИАТИМ221 (до 150 °C)

БНЗ-5 Силикон

Состав

Область применения. Основные свойства

Заменитель

Низкотемпературные смазки ЦИАТИМ Нефтяное трансГОСТ 8773– форматорное 73 масло, загущенное литиевым мылом технического сала и осерненного асидола. Содержит вязкостную и противозадирную присадки

ГОИ-54п ГОСТ 3276–89

Маловязкое нефтяное масло, загущенное церезином. Содержит антиокислительную присадку

Зубчатые, червячные передачи редукторов опоры скольжения и подшипники качения. Различные силовые приводы, винтовые пазы, нагруженные редукторы, механизмы, эксплуатируемые на открытых площадках, и узлы трения автомобилей. Эта смазка превосходит ЦИАТИМ-201 по химической и коллоидной стабильностям, водостойкости и противоизносным характеристикам. Работоспособна при температуре от –50 до +100 °C Малонагруженные узлы трения, в том числе механизмы артиллерийских орудий, консервация механизмов и приборов. Высокие защитные свойства. По коллоидной и химической стабильности и водостойкости превосходит другие низкотемпературные смазки. Стабильна при хранении в течение 10 лет. Защищает от коррозии до 5 лет. Работоспособна при температуре от –40 до +50 °C

239

Эра Зимол

Лита МЗ

Продолжение табл. 49 Смазка ГОСТ, ТУ Лита ТУ 38.101-808– 90

Зимол ТУ 38. УССР 201285–82

Состав Маловязкое нефтяное масло, загущенное стеаратом лития и церезина

Средневязкое высокоиндексное низкотемпературное нефтяное масло, загущенное гидроксистеаратом лития. Содержит антиокислительную и антикоррозионную присадки, а также антифрикционную добавку

Область применения. Основные свойства Узлы трения машин и механизмов, эксплуатируемых под открытым небом, механизмы переносного инструмента с электрическим или механическим приводом. Высокая водостойкость, хорошие консервационные свойства. Низкая механическая стабильность. Работоспособна при температуре от –50 до +100 °C Применяется для смазывания узлов трения любых типов транспортных средств и инженерной техники, эксплуатируемых в районах с особо холодным климатом. Обладает высокой механической и химической стабильностью. Всесезонная. Обладает хорошими противоизносными и защитными свойствами. Работоспособна при температуре от –50 до +130 °C

Заменитель Зимол

Лита (до 100 °C) ЦИАТИМ201 (до 90 °C)

Редукторные смазки (полужидкие) ЦИАТИМ208 ГОСТ 16422–79

Смесь нефтяных масел, загущенная кальциевыми мылами нафтеновых кислот и кислот окисленного петролатума

Тяжелонагруженные редук- Трансолторы, червячные и зубчатые 200 передачи гусеничной техни- Редуктол ки. Обладает хорошей адгезией и водостойкостью. Работоспособна длительное время в герметизированных узлах трения при температуре от – 40 до +130 °C

240

Продолжение табл. 49

Смазка ГОСТ, ТУ СТП-Л СТП-3

Состав

Область применения. Основные свойства Нефтяные масла, Зубчатые передачи тяжелых загущенные окредукторов тепловозов. толом и гидроСПЛ-Л – летняя смазка для ном масляным. температур от –5 до +50 °C. Содержат проти- СТП-3 – зимняя смазка для воизносные при- температур от –50 до +50 °C садки Трансол-200 Нефтяное масло, Цилиндрические и планеТУ 38. загущенное гид- тарные редукторы, работающие с максимальными УССР роксистеаратом удельными нагрузками в за201352–84 лития. Содержит анти- цеплении до 2000 МПа. Обладает противозадирныкоррозионную, антиокислитель- ми свойствами и химиченую, вязкостную ской стабильностью. Рабои противокорро- тоспособна при t ? – 30 … зионную присад- +130 °C ки ЛЗ-ПЖЛ-09 Нефтяное масло, Применяется в шарнирах ТУ 0254 – загущенное мы- равных угловых скоростей 312лом с 12 % окси- промежуточного вала авто001488220 стеариновой ки- мобиля ВАЗ-21213. слоты. Обеспечивает работоспоСодержит анти- собность ШРУС в течение коррозионную, всего срока службы автомоантиокислитель- биля. ную, противоиз- Работоспособна при темпеносную, протиратуре от –40 до +120 °C возадирную, адгезионную присадки и дисульфид молибдена

241

Заменитель Трансол100 Трансол200

Трансол100

Продолжение табл. 49 Смазка ГОСТ, ТУ

Состав

Область применения. Основные свойства

Заменитель

Автомобильные смазки Литин-2 ТУ 025431100148820– 96

АМкарданная

Минеральное масло, загущенное литиевым мылом с 12 % оксистеариновой кислоты и аэросилом. Содержит антиокислительную, противоизносную, противозадирную, адгезионную и противокоррозионную присадки Нефтяное масло средней вязкости, загущенное натриевым мылом кислот саломаса, хлопкового и касторового масел, а также канифоли

Литол 459/5 Нефтяное масло, ТУ 38.101- загущенное ли207–75 тиевым мылом, стеариновой и 12 % гидрооксистеариновой кислот. Содержит антиокислительную присадку

Применяется для смазки игольчатых подшипников карданных шарниров и других узлов автомобилей. Обладает высокими трибологическими и адгезионными свойствами. Работоспособна при температуре от –40 до +120 °C

Литол-24

Применяется для смазывания шарниров карданов постоянной угловой скорости передних ведущих мостов автомобилей. Имеет низкую механическую стабильность и легко вымывается из узлов трения. Работоспособна при температуре от –10 до +100 °C Применяется для смазывания привода прерывателяраспределителя зажигания. Водостойкая смазка. Работоспособна при температуре от –40 до +120 °C (кратковременно до +130 °C)

ШРУС-4 Литол-24

242

Продолжение табл. 49 Смазка ГОСТ, ТУ Дисперол-1 ТУ 38. УССР 2011144–72

ЛСЦ-15 ТУ 38. УССР 201224–80

–

ШРБ-4 ТУ 38. УССР 201143–77

Состав Нефтяное масло, загущенное комплексным кальциевым мылом с 12 % стеариновой, гидрооксистеариновой и уксусной кислот с церезином и уайт-спиритом Смесь нефтяных масел, загущенных литиевым мылом кислот гидрированного касторового масла. Содержит антиокислительную, вязкостные присадки и оксид цинка

Нефтяное масло, загущенное комплексным бариевым мылом, кислотами хлопкового масла, а также гидрооксистеариновой и уксусной кислотами. Содержит антиокислительную присадку

Область применения. Основные свойства Применяется для смазывания механизмов стеклоподъемников, замков дверей и др. деталей. Гигроскопична. Работоспособна при температуре от –40 до +100 °C

Заменитель МЗ-10

Применяется для смазывания шарниров и осей приводов акселератора, рычагов выключения, шлицевых соединений, механизмов стеклоподъемников, узлов трения промышленного оборудования. Водостойкая смазка. Обладает термической, коллоидной, механической и антиокислительной стабильностью, с хорошими консервационными свойствами. Обеспечивает полный ресурс работы узлов. Работоспособна при температуре от –40 до +130 °C Применяется для смазки шаровых шарниров передней подвески, наконечников тяг рулевого управления автомобилей (на весь срок службы). Водостойкая смазка, не вызывающая набухания резины. Обладает волокнистой структурой и высокими противозадирными свойствами. Работоспособна при температуре от –40 до +130 °C

Литол-24

243

ШРУС-4 Лимол

Продолжение табл. 49 Смазка ГОСТ, ТУ ШРУС-4 ТУ 38. УССР 201312–81

ФИОЛ-2У ТУ 38. УССР 201266–79

№ 158 ТУ 101320– 77

Состав

Область применения. Основные свойства Нефтяное масло, Применяется для смазки шарзагущенное гид- ниров равных угловых скоророксистеаратом стей полноприводных автолития. Содержит мобилей и других узлов треантиокислитель- ния. ную и противоВодостойкая. Обладает высозадирную прикой механической и антисадки, а также окислительной стабильноантифрикционстью, низкой испаряемостью, ные добавки с противоизносной и противозадирной характеристикой. Работоспособна при температуре от –40 до +120 °C Смесь нефтяных Применяется для смазки масел, загущенигольчатых подшипников ная гидроксикрестовин карданного вала стеаратом лития. автомобилей и другой наземСодержит антиной техники. окислительную Обладает высокой антиокисприсадку и анлительной, механической и тифрикционную коллоидной стабильностью, с добавку хорошими противоизносными и противозадирными характеристиками. Водостойкая. Работоспособна при температуре от –40 до +120 °C Нефтяное масло, Применяется для смазки подзагущенное лишипников качения автотрактиево-калиевым торного оборудования, игольмылом, касторо- чатых подшипников карданвым маслом и ных шарниров непостоянной канифолью. угловой скорости. Содержит антиОбладает хорошей механичеокислительную ской и антиокислительной присадку и инди- стабильностью, а также высоантрен кой противоизносной характеристикой. Водостойкость – удовлетворительная. Работоспособность при температуре от –30 до +110 °C

244

Заменитель № 158

ШРУС-4 № 158

ШРУС-4 ФИОЛ2У

Окончание табл. 49 Смазка ГОСТ, ТУ ЛЗ-31 ТУ 38.1011144–88

КСБ ТУ 38. УССР 201115–76

МЗ-10 ТУ 38.101622–76

Состав

Область применения. ЗамениОсновные свойства тель Сложный эфир, Применяется для смазки под- ШРУС-4 загущенный шипников качения закрытого ЛДС-3 стеаратом лития. типа на весь срок службы. Литол-24 Содержит анти- Обладает хорошей антиокисокислительную и лительной стабильностью и антикоррозионантикоррозионными свойстную присадки вами, низкой испаряемостью и высокими противоизносными свойствами. При контакте с водой дисперсионная среда смазки гидролизуется. Работоспособность при температуре от –40 до +120 °C Нефтяное масло, Применяется для смазки кон– загущенное натактов электрического перетриевым мылом ключателя указателя поворостеариновой ки- тов автомобиля. слоты и кислот Токопроводящая, предотврасаломаса. щает искрение в контактах и Содержит анти- снижает радиопомехи. Обесокислительную и печивает полный ресурс рапротивоизносботы узлов трения. ную присадки, а Работоспособна при температакже медную туре от –30 до +110 °C пудру и др. добавки Маловязкое неф- Применяется для смазки меФИОЛханизмов стеклоподъемнитяное масло, за2М гущенное стеара- ков, замков и стопорных меДисперханизмов дверей автомобитом цинка и цесол-1 лей. резином. Обладает высокой адгезией и Содержит вязхорошими противоизносныкую присадку и ми и консервационными графит свойствами. Работоспособна при температуре от –40 до +80 °C

245

Таблица 50 Основные характеристики физико-химических и эксплуатационных свойств пластичных смазок для автотранспортных средств стран СНГ Товарная марка

Темпера- Пенетрация тура кап- при 25 °C, лепаде10–1 мм ния, °C

Предел прочности при 20 qC, Па

Вязкость при 0 °C и 10 с–1, Па ˜ с, не более

Коллоидная стабильность, %, не более

Антифрикционные смазки общего назначения для обычных температур Солидол С Пресссолидол Солидол Ж Графитная 1–13 Консталин Литол-24 Литол-24 РК Фиол-1 Фиол-2 Фиол 2М БНЗ-3 Алюмол ЛКМтранс-2 Таврол-2 Герметин ЦИАТИМ211 УНИОЛ2М/1 ВНИИНП207 БНЗ-4 БНЗ-5

85–100 85–90

260–310 310–350

300–700 70–200

200 10

75–87 230–290 300–600 250 77–85 250–280 300–700 100 общего назначения для повышенных температур ? 120 180–250 500–1000 500 ? 130 225–275 150–300 500 Многоцелевые смазки ? ? ? ? ? ? ? ? ?

? ? ? ? ?

185 180 185 180 170 230 210 170 180 – 200 200 250 250 230

220–250 500–1000 200–250 450–1100 310–340 > 250 265–295 > 300 265–295 > 300 230–280 550–770 220–250 500–1000 250–290 > 500 230–280 > 450 220–280 > 200 Термостойкие смазки 280–360 280–320 220–245 265–295 400–430

246

250–450 200–500 250–500 400–420 –

280 280 200 250 250 500 280 280 280 – 800 160 180 150 100

5 10 13 5 20 20 12 12 25 16 15 15 12 10 15 5 7 10 7 12 –

Окончание табл. 50 Товарная марка

ЦИАТИМ203 ГОИ-54п Лита Зимол

Вязкость КоллоПредел идная прочности при 0 °C и при 20 qC, 10 с–1, Па ˜ с, стабильность, %, Па не более не более Низкотемпературные смазки

Температура каплепадения, °C

Пенетрация при 25 °C, 10–1 мм

? 160 ? 60 ? 170 ? 190

250–300 200–245 240–265 240–290

350–700 200–600 550–750 300–1000

100 (–30°C) 1200 (–40°C) 1000 (–30°C) 2000 (–50°C)

10 15 20 20

– 300 580 280 80 250 170 400 280 400 230 – 70

10 15 6 15 10 16 12 23 12 8 12 15 8

18000 – – 1400 (–30 °C) –

– – – 30 –

Автомобильные смазки Литин-2 АМкарданная Литол-459/5 ЛСЦ-15 ШРБ-4 ШРУС-4 Фиол-24 № 158 ЛЗ-31 КСБ ДТ-1 Дисперол-1 МЗ-10

? 190 ? 115 ? 195 ? 185 ? 230 ? 190 ? 180 ? 132 ? 188 ? 170 ? 110 ? 85 ? 70

265–295 220–270 180–190 250–280 265–295 250–280 255–295 310–340 220–250 245–275 315–345 270–310 265–295

– 500–700 ? 1900 ? 500 ? 200 300–700 ? 300 150–500 500–620 300–800 ? 150 – ? 210

Редукторные смазки (полужидкие) ЦИАТИМ208 СТП-Л СТП-3 Трансол-200 ЛЗ-ПЖЛ-00

– ? 25 (0 °C) 80–100 (0 °C) ? 150 ? 160

300–350 – – 400–430 400–440

247

– – – – –

Выводы 1. Суть смазывания трущихся поверхностей пластичными смазками заключается в том, что благодаря своей структуре они обладают прекрасными адгезионными свойствами, т. е. они постепенно выделяют масло, входящее в их состав, и длительное время удерживаются в узлах трения, в которых обычные жидкие масла удерживаться не способны. 2. Пластичные смазки представляют собой трехкомпонентную коллоидную систему, состоящую из базового масла (дисперсной среды), загустителя (дисперсной фазы) и модификаторов (малорастворимых присадок и наполнителей). Каждая из этих составных частей выполняет свою специфическую функцию, т. е. загуститель придает смазке густоту, масло смазывает поверхности трения, а присадки улучшают их функциональные свойства. 3. Свойства пластичных смазок зависят от свойств базовых масел, поэтому в процессе производства смазок используются различные масла с необходимыми свойствами. Такими базовыми маслами являются минеральные, синтетические и растительные масла. 4. Для повышения густоты базового масла применяются мягкие мылообразующие органические вещества, называемые загустителями, в качестве которых служат соли металлов и жирные органические кислоты (мыла). Загустители образуют отдельную волокнистую дисперсную фазу, волокна которой переплетаются между собой, создают определенную пространственную структуру каркаса, впитавшего в себя масло. 5. Основными характеристиками механических свойств пластичных смазок являются: консистенция смазки, тиксотропия, предел текучести и давление течения, динамическая, механическая и структурная стабильность, а также стабильность качения. Благодаря этим характеристикам смазки сохраняют свою возможность восстанавливать структурные связи между молекулами. 6. Температура каплепадения пластичных смазок не является прямым показателем рабочей температуры, но по ней можно установить верхнюю допустимую температуру нагрева смазки. При температуре каплепадения смазки до 100 °C ее максимальная рабочая температура должна быть на 15…20 °C ниже. При температуре каплепадения до 150 °C рабочая температура должна быть ниже на 30…40 °C, а при каплепадении до 200 °C – ниже на 60…80 °C от температуры каплепадения. 248

7. Смазывающие свойства пластичных смазок, в отличие от смазывающих свойств масел, должны не только уменьшать трение и изнашивание, но также обладать стойкостью к вибрациям, коллоидной стабильностью, липкостью с контактирующими поверхностями, подвижностью и прокачиваемостью. 8. Одной из основных характеристик пластичных смазок является их водостойкость. Поэтому в зависимости от способа взаимодействия с водой смазки бывают: водостойкие, адсорбирующие воду и растворимые в воде. При этом водостойкость смазки оценивается стойкостью смазки к вымыванию водной струей, способностью коррозионной защиты и водопоглощения самой смазкой. 9. Смешивание различных смазок между собой может быть непредсказуемым, так как смеси смазок могут образовывать смолы, твердеть и разжижаться. Поэтому при смазке узлов, разборка которых затруднительна, рекомендуется применять смазку такого же сорта, хотя возможно и другого производителя. 10. По европейским классификационным стандартам автомобильные пластические смазки в отдельную группу не выделяются, но на практике их производители могут выделять их в отдельную ассортиментную группу. По американским классификационным стандартам, наоборот, смазки выделяют и описывают в нормативных документах. 11. По международным классификационным стандартам для пластичных смазок применяется единая в мировом отношении система обозначения, реализуемая стандартом ISO 6743–9, дополненная отдельными обозначениями некоторых государств для внутренних потребностей. 12. В странах СНГ пластичные смазки классифицируются и обозначаются по требованиям ГОСТ 23258–78. Стандарт ГОСТ – это обширная система классификации и обозначения, в которой содержатся почти все данные о смазке, и это одно из немногих обозначений, в котором указывается состав смазки. Эти смазки классифицируются по своему компонентному составу, области применения и основным свойствам. При этом они подразделяются на следующие группы: антифрикционные, многоцелевые (универсальные), термостойкие, низкотемпературные, консервационные, канатные и другие.

249

Контрольные вопросы

Заключение

1. Как получают пластичные смазки? 2. Из чего состоят пластичные смазки и каково их назначение? 3. Какими эксплуатационными свойствами обладают пластичные смазки? 4. Как подразделяются пластичные смазки по назначению? 5. Что такое температура каплепадения? От чего она зависит? 6. Что такое пенетрация? 7. Какое значение имеет свойство вязкости в пластичных смазках? 8. Как классифицируются пластичные смазки? 9. Как называется температура пластичной смазки, при которой падает первая капля смазки, нагреваемой в стандартных условиях? 10. Что характеризует густоту пластичных смазок? 11. Какой характеристикой обладает пластичная смазка, если она быстро разрушается, разжижается и вытекает из узлов трения? 12. Как называется условная мера механической прочности и твердости пластичной смазки? 13. Какие пластичные смазки относятся к универсальным смазкам? 14. Как называется способность пластичной смазки сохраняться в открытых соединениях и под действием внешней силы сдвига осуществлять текучесть, а также переходить из твердого состояния в пластичное? 15. К чему может привести слишком липкая пластичная смазка, применяемая в ходовой части? 16. Какой процент приходится на долю дисперсной среды в комплексном составе пластичной смазки? 17. К каким подгруппам относятся пластичные смазки, обозначенные индексом М – многоцелевые? 18. Какие пластичные смазки относятся к смазкам общего назначения? 19. Как классифицируются пластичные смазки по европейским стандартам? 20. Как классифицируются пластичные смазки по общим международным стандартам? 21. Как классифицируются пластичные смазки в странах СНГ?

В современном автомобиле насчитывается огромное число сопряженных деталей в узлах, системах и механизмах, которые при работе совершают скоростные вращательные и возвратно-поступательные движения или сочетают их сложную сопряженную совокупность. Площадь трения и удельные нагрузки на детали достигают максимальных показателей, что естественно ведет к их износам, а в комплексе к износу всего автомобиля. Чтобы этого не происходило, а КПД всех узлов и агрегатов автомобиля был бы достаточно высоким, рабочим телом между трущимися деталями должны быть масла и смазки, которые уменьшают трение и их износ за счет создания на их поверхностях прочной смазывающей пленки. Кроме этого, смазывающие материалы обеспечивают необходимый отвод теплоты от деталей, подвергающихся нагреву, а также от уплотнений зазоров в их сопряжениях. Физико-химические свойства смазочных материалов определяют их выбор для конкретного использования в узлах и агрегатах автомобилей. Изучив главы учебного пособия, будущие инженеры – студенты автомобильно-дорожного факультета – должны научиться правильно оценивать эксплуатационне свойства любых смазочных материалов, определять их наиболее приемлемое применение при эксплуатации автомобильного транспорта.

250

251

Библиографический список Оглавление 1. Ананьев, С. И. Топливо, смазочные материалы и технические жидкости / С. И. Ананьев. – Волгодонск: ВПО – Юж Роскон, 1997. 2. Васильева, Л. С. Автомобильные эксплуатационные материалы / Л. С. Васильева. – М.: Транспорт, 1986. 3. Васильева, Л. С. Автомобильные эксплуатационные материалы: учебник для вузов / Л. С. Васильева. – М.: Наука-Пресс, 2003. 4. Гуреев, А. А. Автомобильные эксплуатационные материалы / А. А. Гуреев, Р. Я. Иванов, Н. В. Щеголев. – М.: Транспорт, 1974. 5. Кузнецов, А. В. Топливо и смазочные материалы / А. В. Кузнецов. – М.: КолосС, 2004. 6. Лышко, Г. П. Топливо и смазочные материалы / Г. П. Лышко. – М.: Агропромиздат, 1985. 7. Обельницкий, А. М. Топливо и смазочные материалы / А. М. Обельницкий. – М.: Высшая школа, 1982. 8. Павлов, В. П. Автомобильные эксплуатационные материалы / В. П. Павлов, П. П. Заскалько. – М.: Транспорт, 1982. 9. Стуканов, В. А. Автомобильные эксплуатационные материалы / В. А. Стуканов. – М.: Форум – Инфра-М, 2003. 10. Химики автолюбителям / Б. Б. Бобович, Г. В. Бровак, Б. М. Бунаков и др.; под общ. ред. А. Я. Малкина. – Л.: Химия, 1990.

252

Введение ....................................................................................................................3 Глава 1. ВИДЫ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ ...................................................................................5 1.1. Роль смазочных материалов, их виды и требования к ним .................5 1.2. Понятия о трении и износе. Виды изнашивания поверхностей деталей ................................................10 Выводы ....................................................................................................................19 Контрольные вопросы ............................................................................................19 Глава 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ СМАЗОК ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ .................................................21 2.1. Схемы систем смазок ............................................................................21 2.2. Основные приборы и узлы систем смазки ..........................................25 2.2.1. Масляные насосы........................................................................25 2.2.2. Редукционные клапаны ..............................................................27 2.2.3. Масляные фильтры .....................................................................27 2.2.4. Масляный радиатор ....................................................................32 2.2.5. Вентиляция картеров двигателей ..............................................36 2.3. Условия работы моторного масла ........................................................39 2.3.1. Принцип работы коренных и шатунных подшипников скольжения коленчатого вала ...............................................................41 2.3.2. Принцип работы шатунно-поршневой группы в цилиндрах двигателя .........................................................................43 Выводы ....................................................................................................................46 Контрольные вопросы ............................................................................................47 Глава 3. МОТОРНЫЕ МАСЛА ...........................................................................48 3.1. Основные требования к качеству моторных масел ............................48 3.2. Эксплуатационные свойства моторных масел ....................................49 3.2.1. Вязкостно-температурные свойства ..........................................49 3.2.2. Противоизносные (смазывающие) свойства.............................56 3.2.3. Противоокислительные свойства ..............................................58 3.2.4. Противокоррозионные свойства ................................................60 3.3. Состав моторных масел ........................................................................63 3.3.1. Базовые масла минеральные ......................................................63 3.3.2. Базовые масла синтетические ....................................................65 3.3.3. Особенности синтетических и полусинтетических моторных масел ....................................................................................67 3.3.4. Основные характеристики синтетических моторных масел ....................................................................................69 3.3.5. Полусинтетические моторные масла ........................................71 3.3.6. Присадки для базовых масел .....................................................71 253

3.4. Общие изменения свойств моторных масел при эксплуатации ........................................................................................ 77 3.4.1. Характеристики загрязнений моторного масла при эксплуатации ................................................................................. 78 3.4.2. Специфика работы моторного масла в двигателях внутреннего сгорания .................................................... 82 3.4.3. Процесс нагарообразования в высокотемпературной зоне двигателя ............................................. 83 3.4.4. Процесс микрообразования в среднетемпературной зоне двигателя.............................................. 84 3.4.5. Изменение качества масла в низкотемпературной зоне двигателя ............................................... 86 3.4.6. Регенерация отработанных масел ............................................. 88 3.4.7. Пути снижения расхода моторных масел ................................ 89 3.5. Классификация отечественных и зарубежных моторных масел........................................................................................... 92 3.5.1. Классификация отечественных моторных масел .................... 92 3.5.2. Классификация зарубежных моторных масел ......................... 95 3.5.3. Ассортимент моторных масел, их применение и взаимозаменяемость ....................................................................... 107 3.6. Промывочные масла и жидкости ...................................................... 109 Выводы................................................................................................................... 111 Контрольные вопросы ..........................................................................................112 Глава 4. ТРАНСМИССИОННЫЕ МАСЛА ..................................................... 114 4.1. Основное назначение трансмиссионных масел ................................114 4.2. Автомобильные трансмиссии и эксплуатационные требования к качеству трансмиссионных масел .....................................115 4.2.1. Зубчатые передачи и требования к качеству масел, обеспечивающих их надежную работу ..............................................118 4.2.2. Фрикционные механизмы мокрого типа и требования к маслам, в которых они работают ............................. 120 4.2.3. Механические и автоматические коробки передач ................ 121 4.2.4. Гидравлический усилитель руля .............................................. 137 4.3. Основные эксплуатационные свойства трансмиссионных масел ........................................................................... 140 4.3.1. Смазывающая способность трансмиссионных масел ........... 141 4.3.2. Вязкость и вязкостно-температурные свойства трансмиссионных масел .................................................................... 146 4.3.3. Термостабильность трансмиссионного масла и стойкость его к окислению ............................................................. 149 4.3.4. Антикоррозионные свойства трансмиссионного масла ........ 151 4.3.5. Склонность трансмиссионных масел к пенообразованию .... 154

4.3.6. Совместимость трансмиссионных масел с уплотнительными эластомерами .....................................................155 4.3.7. Оценка качества трансмиссионных масел ...............................155 4.4. Классификации трансмиссионных масел .........................................157 4.4.1. Классификация по вязкости ......................................................157 4.4.2. Классификация по эксплуатационным свойствам ..................160 4.4.3. Классификация масел по ГОСТ ................................................164 4.5. Эксплуатационные группы трансмиссионных масел и их влияние на работу агрегатов трансмиссии ......................................167 4.5.1. Эксплуатационные группы зарубежных масел .......................167 4.5.2. Влияние свойств масел на работу трансмиссионных агрегатов ...............................................................168 4.5.3.Эксплуатационные группы масел российского производства ..................................................................178 Выводы ..................................................................................................................183 Контрольные вопросы ..........................................................................................186 Глава 5. ПЛАСТИЧНЫЕ СМАЗКИ .................................................................187 5.1. Общие сведения о пластичных смазках ............................................187 5.2. Состав пластичных смазок и его влияние на их свойства ...............187 5.2.1. Базовые масла в пластичных смазках ......................................188 5.2.2. Типы загустителей и пластичные смазки на их основе ..........189 5.2.3. Присадки и наполнители пластичных смазок .........................196 5.3. Свойства пластичных смазок .............................................................199 5.3.1. Внешний вид и текстура пластичных смазок ..........................199 5.3.2. Механические свойства пластичных смазок ...........................200 5.3.3. Термические свойства пластичных смазок..............................205 5.3.4. Смазывающие свойства пластичных смазок ...........................207 5.3.5. Водостойкость пластичных смазок и их защитные свойства ......................................................................210 5.3.6. Химическая стойкость пластичных смазок .............................213 5.3.7. Совместимость пластичных смазок .........................................213 5.4. Классификация пластичных смазок ..................................................215 5.4.1. Американская система классификации NLGI для пластичных смазок .......................................................................216 5.4.2. Система классификации пластичных смазок по «Международной организации стандартов» ISO .........................219 5.4.3. Система классификации пластичных смазок DIN ..................221 5.4.4. Система классификации пластичных смазок по ГОСТ ..........223 5.5. Эксплуатационные группы автомобильных пластичных смазок ....................................................................................227 5.5.1. Зарубежные эксплуатационные группы автомобильных пластичных смазок ...................................................228

254

255

5.5.2. Автомобильные пластичные смазки, применяемые в странах СНГ ............................................................. Выводы.................................................................................................................. Контрольные вопросы ......................................................................................... Заключение.......................................................................................................... Библиографический список .............................................................................

Учебное издание Джерихов Виталий Борисович АВТОМОБИЛЬНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Часть II. Масла и смазки Учебное пособие Редактор О. Д. Камнева Корректор К. И. Бойкова Компьютерная верстка И. А. Яблоковой Подписано к печати 08.07.09. Формат 60 84 1/16. Бум. офсетная. Усл. печ. л. 14,9. Уч.-изд. л. 16,0. Тираж 300 экз. Заказ 81. «С» 31. Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 4. Отпечатано на ризографе. 190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., д. 5.

230 248 250 251 252