Какие свойства смазочных масел обеспечивают надежную работу механизмов

уплотнение
зазоров в сопряжениях, в первую очередь
деталей цилиндропоршневой группы;

эффективный
отвод тепла от трущихся деталей;

удаление
из зон трения продуктов износа и других
посторонних веществ;

снижение
вибрации и шума шестерен и защита их
от ударных нагрузок;

надёжную
защиту рабочих поверхностей деталей
от коррозионного воздействия продуктов
окисления масла и сгорания топлива;

предотвращение
образования всех видов отложений
(нагары, лаки, зольные отложения, шламы)
на деталях двигателя и элементов
трансмиссии при работе на различных
режимах;

высокую
стабильность при окислении, механическом
воздействии и обводнении, как в
многообразных условиях применения,
так и при длительном хранении;

малый
расход масла при работе двигателя;

большой
срок службы масла до замены без ущерба
для смазываемого узла;

минимальное
воздействие на резинотехнические
уплотнительные материалы, лаки краски
и пластмассы.

Для
выполнения указанных функций масла
должны удовлетворять ряду эксплуатационных
требований:

—
обладать оптимальными вязкостными
свойствами (оптимальная вязкость в
области рабочих температур, пологая
вязкостно — температурная характеристика,
малая вязкость в области низких
температур);

иметь
хорошую смазывающую способность
(высокие противозадирные и противоизносные
свойства);

обладать
достаточной химической стойкостью;

обладать
устойчивостью к процессам испарения,
вспенивания и образования эмульсий, а
также к выпадению присадок;

надёжно
защищать трущиеся поверхности и другие
металлические детали от атмосферной
коррозии.

5.3 Свойства смазочных масел

5.3.1 Вязкостные свойства

Вязкость,
это одно из важнейших свойств масла,
имеющее многостороннее эксплуатационное
значение. От вязкости в значительной
мере зависит режим смазки пар трения,
отвод тепла от рабочих поверхностей,
уплотнение зазоров, величина энергетических
потерь, быстрота запуска двигателя и
прокачивание масла по системе смазки.

С
понижением температуры взаимодействие
между молекулами усиливается, и вязкость
масла увеличивается. Так, например, при
изменении температуры от 0 до 100 0С
вязкость может изменяться в 300 раз.
Вязкостные свойства масел исходя из
этого характеризуются в стандартах
величинами вязкости при 100 0С и 0 0С (для
некоторых масел при 18 0С) и индексом
вязкости. Индекс вязкости — условный
показатель, характеризующий степень
изменения вязкости масла в зависимости
от температуры и являющийся результатом
сопоставления вязкстно — температурных
свойств данного масла с двумя эталонными
маслами, вязкостно — температурные
свойства одного из которых приняты за
100, а второго — за единицу.

Масла
с повышенной вязкостью требуются для
двигателей и механизмов трансмиссии
высоконагруженных, низкооборотных или
работающих в условиях напряжённого
теплового режима. Масла с меньшей
вязкостью применяются для легконагруженных
высокооборотных двигателей и механизмов
трансмиссии. В этом случае легче запуск
двигателя, меньше энергетические
потери, лучше прокачиваемость масла
по системе смазки, отвод тепла от деталей
и их очистка от механических примесей.

Увеличение
вязкости масел с понижением температуры
приводит к значительным трудностям
при эксплуатации автомобилей, что
особенно сказывается в зимнее время
при пуске двигателя. Поэтому для
облегчения пуска холодного двигателя
при отрицательных температурах мотрные
масла должны обладать низкой вязкостью
в области отрицательных температур,
иными словами — хорошими пусковыми
свойствами.

Для
трансмиссионных масел предельно
допустимая вязкость определяется
величиной вязкости при минимальной
рабочей температуре, допускающей
свободное троганье автомобилей (без
ущерба для зубчатых зацеплений и
подшипников). В то же время, при
установившемся рабочем режиме вязкость
должна быть достаточной для предотвращения
износа при больших контактных нагрузках.

Для
получения масел с хорошими вязкостно
— температурными свойствами в качестве
базовых используют маловязкие масла
(n100 < 5 мм2/с) и добавляют в них вязкостные
присадки. Такие масла называют
загущенными. Они отличаются необходимым
уровнем вязкости при рабочих температурах,
пологой кривой изменения вязкости и,
следовательно, высоким индексом вязкости
(115 — 140 ед.). Принцип действия вязкостных
присадок объясняется изменением объёма
макромолекул полимера: с понижением
температуры он уменьшается (молекулы
«свёртываются» в клубки) и вязкость
снижается, а при положительных
температурах наоборот — клубки
макромолекул «разворачиваются»
в длинные развёрнутые цепи, присоединяя
молекулы базового масла, вязкость
возрастает.

Широкое
применение загущенных масел даёт
существенный технико — экономический
эффект: облегчается пуск двигателей,
сокращается время прогрева, снижаются
механические потери на трение, и, как
следствие, экономится топливо,
увеличиваются долговечность деталей
и срок службы масел. К недостаткам
загущенных масел относят низкую
стабильность загущающих присадок при
высоких температурах, что вызывает
ухудшение вязкостно — температурных
характеристик масел при длительной
бессменной работе их в двигателях.

Температура
при которой масло теряет текучесть,
называют температурой застывания.
Нижний температурный предел применения
масла на 8 — 12 0С выше температуры
застывания. Снижения уровня температуры
застывания масел добиваются путём
депарафинизации и добавления присадок
— депрессаторов в процессе их производства.

Под
смазывающими свойствами масла понимают
его способность препятствовать износу
узлов трения, за счёт образования на
трущихся поверхностях прочной плёнки,
исключающей непосредственный контакт
трущихся деталей.

Различают
плёнки химического происхождения
(хемосорбция) и физического (адсорбция).

Создание
смазочных плёнок силами адсорбции
обуславливается наличием в смазочных
материалах поверхностно-активных
веществ (ПАВ), несущих электрический
заряд. Они обладают способностью
образовывать на поверхностях раздела
жидкость — твёрдое тело достаточно
прочные слои ориентированных молекул.
Механизм образования таких слоёв
показан на рисунке 5.1.

1
— жидкость;

2
— граничная фаза;

3
— адсорбированный монослой;

4
— химические соединения (хемосорбированная
граничная плёнка);

5
— зона деформированного металла;

6
— металл.

Рисунок
5.1 — Схема структуры граничных слоёв

Хемосорбированные
плёнки являются результатом химических
реакций химически — активных веществ,
содержащихся в масле с металлом
смазываемых деталей.

Как
адсорбированные, так и хемосорбированные
плёнки, обладая некоторой прочностью
и стойкостью, защищают поверхности
трения от механических и тепловых
воздействий, препятствуют взаимной
адгезии (микросвариванию) трущихся
поверхностей. Граничные слои с повышением
температуры ослабляются, а при достижении
критических значений разрушаются, что
способствует задиру и заклиниванью
подвижного сопряжения.

Поверхностно
активные (ПАВ) и химически активные
вещества (ХАВ) являются основными
компонентами противоизносных и
противозадирных присадок. От их состава
во многом зависит структура, прочность,
критическая температура работоспособности
граничных слоёв.

5.3.3 Противоокислительные и диспергирующие свойства

Срок
работы масел в двигателях зависит от
их стабильности, под которой понимают
способность масел сохранять свои
первоначальные свойства и противостоять
внешнему воздействию при нормальных
температурах. В основном на стабильность
масел, применяемых в ДВС, оказывают
влияние следующие факторы: химический
состав масел, температурные условия,
длительность окисления, каталитическое
действие металлов и продуктов окисления,
присутствие воды и механических
примесей, поверхность окисления.
Ускоряет окисление повышенное давление
воздуха.

По
условиям химического превращения масла
в двигателе выделяют три зоны — камера
сгорания, поршневая группа, картер
двигателя. Отложения, образующиеся в
двигателе в результате превращения
углеводородов, также принято подразделять
на три группы: нагары, лаки и осадки.

Нагары
— твёрдые углеродистые вещества (продукты
глубокого окисления углеводородов),
откладываются на стенках камеры
сгорания, клапанах, свечах, днище поршня
и на верхнем пояске боковой поверхности
поршня.

Количество
образующегося нагара зависит от качества
топлива, масла, его расхода, а предельная
толщина от теплового режима работы
двигателя. Чем холоднее стенки камеры
сгорания, тем больший слой нагара на
них формируется.

Отрицательные
последствия нагарообразования:

ухудшается
охлаждение камеры сгорания, уменьшается
её объём;

появляется
возможность преждевременного
воспламенения смеси;

происходит
абразивный износ поверхностей трения.

Лаковые
отложения представляют собой богатые
углеродом вещества, формирующиеся в
виде отложений на поршне — в зоне колец,
на юбке и на внутренних стенках.

На
процесс лакообразования влияют
температура, количество и качество
поступающего масла, техническое
состояние поршневой группы двигателя.
Наличие лаковых отложений значительно
затрудняет работу двигателя: пригорают
(теряют подвижность) поршневые кольца;
затрудняется отвод тепла от деталей
из-за теплоизоляционного действия
лаковой плёнки; пригорают сепараторы
подшипников качения.

На
механизм лакообразования влияют такие
свойства масла, как термоокислительная
стабильность и моющие свойства.

Чтобы
замедлить реакции окисления и уменьшить
образование отложений в двигателе, в
масло вводят антиокислительные присадки,
действие которых основано на торможении
образования активных радикалов в
начальной стадии процесса окисления
и разложении уже образовавшихся
перекисей, переводе их в устойчивое к
окислению состояние.

Под
моющими (детергенно-диспергирующими)
свойствами понимают способность масла
противостоять лакообразованию на
горячих поверхностях за счёт предотвращения
слипания и окисления углеродистых
частиц, удержания их в состоянии
устойчивой суспензии.

Для
улучшения моющих свойств масел в них
вводят моющие присадки. Применяют два
типа моющих присадок — зольные и
беззольные. Масла с зольными присадками,
сгорая, образуют золу, прилипающую к
поверхности деталей. Беззольные моющие
присадки не дают золу.

Осадки
— это мазеобразные сгустки, откладывающиеся
на стенках поддона картера, крышки
клапанной коробки, фильтрах, в шейках
коленчатого вала, маслопроводах и
других деталях двигателя. Отложение
осадков в маслопроводах может привести
к прекращению подачи масла к трущимся
поверхностям. Осадки состоят из масла,
воды, продуктов их окисления (оксикислот,
карбенов, карбоидов, асфальтенов), а
также механических примесей различного
происхождения.

Образование
осадков происходит при пониженном
тепловом режиме работы двигателя, когда
ухудшается процесс сгорания топлива
и возрастает попадание в картер продуктов
его неполного сгорания. Низкая
эффективность системы вентиляции
картера — причины наиболее интенсивного
протекания этого процесса. Чтобы
моторные масла эффективно препятствовали
образованию осадков, они должны сохранять
высокие диспергирующие свойства на
протяжении длительного периода
эксплуатации.

Проблемы
защиты металлов от коррозии возникают
при изготовлении, эксплуатации и
хранении автомобилей. Роль масла в этом
случае двояка: с одной стороны, оно
защищает поверхности деталей от
агрессивного влияния внешней среды, а
с другой стороны, само вызывает коррозию
из за присутствия в нём веществ,
обладающих коррозионным действием.

Коррозионные
свойства масел зависят от наличия в
них органических кислот, перекисей и
других продуктов окисления, сернистых
соединений, неорганических кислот,
щелочей и воды. Коррозионность свежего
масла по сравнению с резко возрастающей
в процессе эксплуатации коррозионностью
работавшего масла незначительна.

В
процессе использования масла содержание
кислот в нём возрастает в 3 — 5 раз, что
зависит от химической стабильности
масла, содержания антиокислителей и
условий его работы.

Коррозионное
действие масел связано также с содержанием
в них сернистых соединений в виде
сульфидов, компонентов остаточной серы
и других веществ, видоизменение которых
при высоких температурах приводит к
появлению сероводорода, меркаптанов
и других более активных продуктов.
Содержание сернистых соединений в
масле в процессе эксплуатации
увеличивается, особенно, при работе
двигателя на топливе с большим содержанием
серы.

Протеканию
коррозии в определённой мере способствует
вода, являющаяся средой для электрохимических
процессов и катализатором процесса
окисления масла.

Защитные
свойства масел обуславливаются созданием
барьера — защитного слоя на пути
агрессивных продуктов к металлическим
поверхностям. Нижний слой представляет
собой результат взаимодействия
химических компонентов масла с металлом,
средний — адсорбции поверхностно-активных
веществ. Верхний слой — объёмный слой
масла не защищает в необходимой мере
металлические поверхности от проникновения
влаги и газов. Поэтому основным барьером
на их пути служат поверхностно-активные
и химически активные вещества — ингибиторы
коррозии, способствующие образованию
на металлических поверхностях
адсорбированных или химических плёнок.

Коррозионные
процессы в двигателях подавляют
следующими способами: нейтрализацией
кислых продуктов; замедлением процессов
окисления; созданием на металле защитной
плёнки.

5.4 Особенности синтетических смазочных материалов

Синтетические
масла — масла полученные методами
синтезирования из соединений на основе
диэфиров и других химических соединений
(полиалкенгликоли, полисилоксаны,
фторуглероды, хлоруглероды). Основной
способ их производства — каталитические
процессы этерификации. Практическое
применение в качестве смазочных масел
получили полимеры с метильными
радикалами.

Одно
из основных преимуществ синтетических
масел — это их значительно более высокий
индекс вязкости, чем у нефтяных масел
даже лучших сортов. Лучшая вязкостно
— температурная характеристика в зоне
отрицательных температур, а также более
низкая температура потери подвижности
обеспечивают благоприятный пусковой
режим при более низких температурах.
У синтетических масел меньшая склонность
к образованию низкотемпературных
отложений, что способствует нормальной
эксплуатации двигателей в районах
севера. В то же время высокие показатели
вязкости при рабочих температурах,
которые обеспечивают условия
гидродинамической смазки при более
жёстких нагрузочных и тепловых режимах,
термическая стабильность, низкая
испаряемость и малая склонность к
образованию высокотемпературных
отложений дают возможность применять
синтетические масла в высоконагруженных
теплонапряжённых агрегатах и при
эксплуатации автомобиля в условиях
жаркого климата.

Синтетические
масла имеют в несколько раз больший
срок службы, чем нефтяные, и обеспечивают
хорошее состояние смазываемых агрегатов,
так как характеризуются лучшими
противоокислительными, диспергирующими
свойствами и механической стабильностью,
равными или лучшими противоизносными
и противозадирными свойствами. Большой
срок службы синтетических масел до
замены на 30 — 40 % сокращает расход масла.
Для улучшения свойств в синтетические
масла возможно введение композиции
присадок. Их можно смешивать в промышленных
условиях с минеральными (на синтетическую
основу приходится, как правило, 30 — 40
%). В среднем стоимость синтетических
масел в 2 — 3 раза выше нефтяных. Тем не
менее они перспективны не только с
эксплуатационной точки зрения, но и с
экономической, так как обладают, как
уже отмечалось, большим сроком службы
до замены, и позволяют снизить затраты
на ремонт.

Поскольку
гидромеханическая передача (ГМП)
включает несколько разнохарактерных
узлов — гидротрансформатор, шестерённую
коробку передач, сложную систему
автоматического управления — к маслу,
работающему в ГМП, предъявляются более
жёсткие требования, чем к маслу для
обычных механических коробок передач.

К
специфичным требованиям следует
отнести:

высокая
теплопроводность и теплоёмкость (ГМП
— наиболее теплонапряжённый узел
трансмиссии, температура в летний
период достигает 150 0С);

повышенная
плотность (с повышением плотности
увеличивается мощность, передаваемая
передачей);

малая
вязкость (с понижением вязкости
уменьшаются потери на трение);

высокие
фрикционные свойства (необходимы для
нормальной работы фрикционных дисков
сцепления);

высокие
противоокислительные свойства и
устойчивость к вспениванью;