Эксплуатационные свойства

Для обеспечения надежной и эффективной работы узлов и агрегатов трансмиссий, масла должны обладать целым комплексом положительных эксплуатационных свойств: высокой смазывающей способностью, которая обеспечивается хорошими противоизносными и антифрикционными свойствами; высокой термической стойкостью и стойкостью к окислению; антикоррозионной стойкостью, совместимостью с уплотнителями, стойкостью при хранении и взаимосмешиваемостью.

Смазывающая способность

Смазывающая способность трансмиссионного масла характеризует особеннрсти 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 - смазка, при которой разделение поверхностей трения деталей, находящихся в относительном движении, осуществляется жидким смазочным материалом.

Граничная смазка - смазка, при которой трение и износ между поверхностями, находящимися в относительном движении, определяются 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 фение и уменьшение изнашивания механизмов можно разделить на две большие группы свойств противоизносные и антифрикционные.

Противоизносные свойства. Заключаются в способности масел снижать процесс изнашивания трущихся деталей за счет образования на них граничного слоя, препятствующему непосредственному контакту трущихся деталей.

Изнашивание деталей происходит в результате механического, абразивного, I ндроабразивного, коррозионно-механического и окислительного воздействия на трущиеся поверхности.

Известны два основных механизма противоизносного действия граничного слоя: расклинивающее действие и модифицирующее действие. Смазочные материалы. проявляющие эти действия обладают соответственно расклинивающими и модифицирующими свойствами.

Расклинивающие свойства масла - 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. ПАВ-ы образуют с поверхностью трения граничную пленку, которая сопротивляется своему утоньшению и развивает противодавление (отталкивание) пленкой. К ПАВ-м относятся высоко молекулярные кислоты, сернистые соединения, смолистые вещества, жирные кислоты, эфиры, животные жиры и растительные масла. Расклинивающее действие укчеводородов возрастает с увеличением их вязкости, плотности, теплоты смачивания. краевого угла смачивания. Эти показатели служат косвенными характеристиками противоизносных свойств.

Модифицирующие свойства (полирующие) — способность отдельных элементов смазочного материала взаимодействовать с металлом с образованием новых веществ, отличающихся по механическим свойствам от основного металла. В маслах таких компонентов нет. Они вводятся с присадками, обладающими полирующими свойствами. Это вещества, содержащие серу, хлор, фосфор, а также различные соединения металлов, органические соединения молибдена и др. В результате химического взаимодействия с поверхностью металла образуются новые продукты, отличающиеся более низкой гемпературой плавления и пластичностью. Сера, например, образует сульфиды металла, температура плавления сульфида железа на 350 °С. а фосфида железа на 515 °С ниже температуры плавления железа. Течение сплава в местах контакта производит химическое голирование поверхности, в результате чего удельное давление и температура снижаются

Противозадирные свойства - способность смазочного материала предотвращать повреждение трущихся поверхностей в направлении скольжения в виде широких и глубоких борозд, которое называется задиром. Задир может произойти в результате процессов схватывания или заедания поверхностей при трении.

Противоизносные свойства трансмиссионного масла повышают путем увеличения вязкости, 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.

Чем выше вязкость, тем лучше Противоизносные свойства и тем большую нагрузку могут выдержать трущиеся детали.

На улучшение несущей способности масляного слоя благоприятно сказывается местное повышение вязкости в зоне высокого давления.

Несущая (нагрузочная) способность - свойство масла сохранять пленку масла на поверхностях трения и предохранять их от интенсивного износа и схватывания иод 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 Р, возрастает с увеличением вязкости по зависимости:

Р_з = К· v ^0,5,

где v - кинематическая вязкость при температуре испытания (60-90 °С); К - константа, зависящая от условий испытаний.

Поэтому трансмиссионные масла для зубчатых передач отличаются от моторных масел повышенной вязкостью 20-30 сСт при 100 °С.

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. 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 - характеристики, непосредственно оценивающие Противоизносные свойства, полученные на лабораторных машинах трения, на стендах, имитирующих рабочие узлы шестеренчатых и червячных передач, подшипники скольжения или качения, на стендах с реальными отдельными агрегатами трансмиссий.

Вторая группа - характеристики, позволяющие косвенно судить о противоизносных свойствах смазочных материалов.

К прямым характеристикам относятся:

Критическая температура - температура, при которой разрушается или плавится адсорбированный слой смазки. Это мера прочности граничной пленки при переходе к сухому трению, которая обычно не превышает 200 °С.

Критическая нагрузка - давление, при котором происходит резкое увеличение коэффициента трения за счет разрушения или плавления адсорбированного граничного слоя смазки.

Критическая нагрузка сваривания -давление, при котором происходит прочное соединение двух трушихся поверхностей металла в форме сваривания

Критическая нагрузка заедания - давление, при котором возникают и развиваются повреждения поверхностей трения вследствие схватывания и переноса материала.

Показатели износа - 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 - отношение показателя износа к интервалу времени, в течение которого возник износ.

Интенсивность изнашивания - отношение показателя износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы.

Обобщенный показатель износа (ОПИ) - показатель, учитывающий нагрузки истирания, задира и сваривания, представляющий собой среднее отношение осевых нагрузок к соответствующим показателям износа в области 20 последовательных нагрузок, предшествующих нагрузке сваривания. Определяется на 4-х шариковой машине по формуле:

где Р - переменная осевая нагрузка от 6 до 1260 кг, d_н - диаметр пятна износа при нагрузке;

- диаметр площадки упругой деформации стальных шаров по Герцу при той же переменной нагрузке Р _о.

Ккосвенным 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 противозадирные свойства. Вода оказывает существенное влияние на химические процессы, протекающие на границе раздела фаз. Наибольшие изменения наблюдаются при содержании воды в масле 0,5-2,%.

Наличие воды в объеме масла способствует гидролизу присадок определенного химического состава, в результате чего их химическая активность возрастает. 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 - отношение силы трения между двумя, телами к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу.

Сила трения - сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, тангенциально направленная к обшей границе между двумя телами.

При гидродинамическим 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. от свойств поверхности.

Уровень антифрикционных свойств трансмиссионного масла зависит от его состава, условий работы узла трения (температура, давление, скорость относительного перемещения поверхностей трения), конструкции и материала деталей трансмиссии.

Основным показателем антифрикционных свойств масел является вязкость.

Вязкость и вязкостно-температурные свойства