Масла для автомобиля. Триботехника

      Содержание 
 
 

1. Введение ……………………………………………………….  2-4стр

2. Влияние смазочных  материалов

  на долговечность элементов машин……………………………  5-7стр 
 

3. Виды смазки, классификация смазочных материалов……….8-12стр

4. Эксплутационные свойства смазочных материалов…………13-15стр

5. Присадки  к смазочным материалам…………………………..16-20стр

6. Список  литературы………………………………………………21стр

Введение 

Безотказность и долговечность современных  машин, механизмов и различного технологического оборудования определяется процессами, протекающими в трибологических системах "материалы пары трения - смазочный материал" (МПТ-СМ). Данную систему можно характеризовать такими определениями как совместимость, приспосабливаемость и износостойкость. Поэтому разработка средств и методов контроля состояния элементов системы и процессов, происходящих в ней, является актуальной проблемой.

Повышение надежности механических систем решается путем  выбора износостойких материалов пары трения и подбора к ним смазочных  материалов. Если вопросы применения износостойких материалов с целью повышения надежности узлов трения изучались более интенсивно и в этой области достигнуты определенные успехи при проектировании механических систем, то выбор смазочного материала для различных машин и механизмов, работающих в большом интервале нагрузок, скоростей и температур относится к наиболее сложным задачам. Это вызвано тем, что в одном механизме применяется один смазочный материал, а узлы трения выполнены из материалов с широким диапазоном механических свойств. Кроме того, на рынке существует большое количество масел, применение которых для тех или иных механизмов практически необоснованно. Ресурс работы масел на частично синтетической и минеральной основах и полностью синтетических принят постоянным и регламентируется заводами-изготовителями по наработке или километрам пробега для автотранспорта.

Процессы, происходящие в системе "МПТ-СМ" в большей  мере зависят от свойств смазочного материала, которые задаются с помощью  их легирования комплектом присадок. Однако при эксплуатации техники, свойства смазочного материала (окислительные, фрикционные, диспергирующие, моющие и др.) изменяются вследствие протекания окислительных процессов, деструкции и хе-мосорбции, что вызывает изменение вязкости и его потемнение. Кроме того, наработка или пробег как показатели ресурса работоспособности смазочных материалов не учитывают режимы и условия эксплуатации, техническое состояние узлов трения механической системы и состояние фильтрующих элементов, которые в значительной степени оказывают влияние на долговечность узлов трения и свойства смазочного материала.

Износостойкость системы "МПТ-СМ" в процессе эксплуатации непостоянна ввиду изменения  структуры поверхностного слоя, свойств  и процесса старения смазочного материала. Действующие на трибосистему внешние воздействия характеризуются механическими, тепловыми и электромагнитными полями, которые вызывают изменения в поверхностном слое контактирующих тел и энергетическом состоянии смазочного материала. Поэтому износостойкость системы определяется приспосабливаемостью ее элементов к внешним воздействиям и их совместимостью или самоорганизацией системы. Сущность самоорганизации системы заключается в том, что взаимодействие трущихся тел и смазочной среды локализуется в тонких слоях вторичных структур трения, которые защищают ее от внешних воздействий.

Процессы, происходящие в системе "МПТ-СМ", в большей  мере зависят от степени окисления  смазочного материала. Если учесть, что  окислительные процессы более интенсивно протекают на поверхностях трения, за счет более высоких температур и каталитического влияния материалов пары трения, то становится понятным, насколько весома связь и взаимовлияние элементов системы "МПТ-СМ" на ее надежность.

Окислительные процессы, протекающие в смазочном  материале, оцениваются по кислотному числу и для некоторых сортов масел стандартизированы. Однако анализ патентной и научно-технической литературы показал, что существует большое разнообразие инженерных методов и устройств для оценки термоокислительной стабильности. В качестве показателей предлагаются: величина изменения вязкости, период осадкообразования, склонность к лако- и нагарообразованию, электропроводность, количество отложений на деталях, содержание растворенного кислорода, удельная мощность диэлектрических потерь в присутствии катализатора и без него, коэффициент поглощения светового потока, плотность нерастворимых в масле загрязнений, массовые доли рабочей фракции и лака, количество осадка при окислении, испаряемость и коррозионные свойства. Большинство из перечисленных показателей не нашло практического применения ввиду отсутствия промышленных стандартизированных средств контроля. Другая часть показателей требует использования дорогостоящего оборудования и использования только в лабораторных условиях.

Важное значение для оценки качества смазочных материалов имеет их температурная стойкость - показатель, характеризующий критическую  температуру, при которой происходит деструкция легирующих присадок. Этот показатель имеет большое значение при трении сопряжений, так как влияет на коэффициент трения и интенсивность изнашивания. Методика оценки температурной стойкости при граничном трении, разработанная P.M. Матвеевским и его учениками, широко применяется при оценке смазочных материалов.

В качестве критериев  оценки температурной стойкости смазочных материалов как показателей индивидуальных свойств используются методы, в основу которых положены такие показатели, как коксуемость и лако- и нагаро-образование. Температурная стойкость имеет важное значение для узлов, работающих при высоких температурах. Однако необходимо отметить, что температурная стойкость и термоокислительная стабильность как основные индивидуальные (объемные) свойства смазочного материала недостаточно изучены в области их влияния на противоизносные свойства.

Решение данной проблемы возможно на основе разработки критериев, оценивающих изменение  энергетического состояния смазочного материала. В этой связи практическое и научное значение представляют исследования: механизма окисления  смазочных материалов и влияния его на ресурс их работы; температурной стойкости работающих смазочных материалов; изменения про-тивоизносных свойств в зависимости от продолжительности применения смазочного материала; механизма формирования адсорбционных, хемосорбционных и модифицированных защитных слоев при трении.

При проектировании новых машин и агрегатов вопросы  выбора смазочных материалов являются проблематичными. Существующая система  классификации смазочных материалов по группам эксплуатационных свойств  не дает полной информации о поведении их при номинальных режимах эксплуатации, кроме того, отсутствуют критерии оценки ресурса их работоспособности.

Порядок допуска  к производству и применению товарных нефтепродуктов решает проблему их стандартизации и сертификации и поэтому результаты испытания используются на стадии проектирования техники. Вместе с тем, практически отсутствуют исследования, содержащие рекомендации по теории и практике диагностирования смазочных материалов как элемента механической системы в условиях эксплуатации. В связи с чем, вопросы теории старения, методологии контроля и обоснования критериев оценки качества смазочных материалов различного назначения в условиях эксплуатации техники являются актуальными и новыми. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Влияние смазочных материалов на долговечность элементов машин

Организация заправочных  и смазочных работ предусматривает  правильный выбор топлив, масел, смазок и технических жидкостей и  периодичность их подачи к узлам  и сборочным единицам машин и  механизмов.

На надежность и долговечность машин и их элементов значительное влияние оказывает выбор смазочных материалов, при этом учитываются также конструктивные особенности сопряженных частей машин и меха­низмов, условия их работы и степень изношенности. При выборе смазочных материалов необходимо знать их свойства, а также условия работы машин и их элементов. Эксплуатация машин в летнее время требует смазочных материалов с большей вязкостью и, наоборот, в зимнее время с меньшей вязкостью. Изношенные части машин и механизмов требуют более вязких смазочных материалов, к тому же требуют большого их расхода.

Необходимо отметить, что в случае применения (замены) топливосмазочных материалов, не указанных  в инструкциях завода-изготовителя, последний снимает с себя ответственность по гарантиям машины.

В настоящее  время особое значение придается  экономии топливосмазочных материалов. Значительное влияние оказывает  на расход топливосмазочных материалов состояние топливной аппаратуры, а также отработка других систем и механизмов двигателя, включая трансмиссии машин. Известно, что неудовлетворительно отрегулированная топливная аппаратура двигателей ведет к значительному перерасходу топлив — не менее 6—8 %.

Много теряется топлив и смазочных материалов при  заправке и смазывании машин, когда  эти работы ведутся вручную с применением случайного инвентаря. При этом вместе с топливом, маслами, смазками и техническими жидкостями в элементы машин попадают грязь, песок и т. п., что вызывает не только перерасход топлив, масел, но и ведет к преждевременному выходу из строя машин. Поэтому, чтобы избежать излишних потерь топливосмазочных материалов, заправку и смазывание следует производить топливомаслозаправщиками или через раздаточные колонки, что даст экономию указанных материалов не менее чем на 2 %.

Неудовлетворительное хранение топливосмазочных материалов ведет также к значительным их потерям. Так, например, годовые потери нефтепродуктов, особенно бензинов, при открытом хранении составляют 8 % их потери через испарения. Одновременно нагрев нефтепродуктов сказывается на их окислении, при котором образуются смолисто-асфальтовые соединения, вызывающие усиленное нагарообразование в камере сгорания двигателя, что ведет к его теплонапряженности (двигатель перегревается) и снижению экономичности.

Испарение нефтепродуктов всегда меньше, если емкости, где они хранятся, окрашены в светлые тона и размещены в тени. Установлено, что за годичный срок хранения в результате испарения потери нефте-топлив в зависимости от окраски емкости составляют: при черном цвете — 1,24 %; при красном — 1,14 %; при сером — 1,03 %, при серебристом - 0,83 %.

Для экономии топливосмазочных материалов большое значение имеет  правильный учет поступления их в  хозяйство и контролируемый расход, т. е. должна быть обеспечена служба контроля за расходованием топлив, масел, смазок, технических жидкостей.

В каждом дорожно-строительном хозяйстве должны быть налажены сбор и регенерация (восстановление) указанных  выше материалов для повторного их использования. 
 
 
 
 

Влияние смазочных материалов на долголетие двигателя 

 То, что двигатель-сердце  автомобиля понятно каждому, также,  как и то, что, желательно максимально  продлить ему жизнь. Отказы  двигателя происходят, как в связи  с тем, что в нем, что либо  засорилось или разрегулировалось,  так и вследствие износа двигателя. Последнее имеет гораздо более тяжёлые последствия. Но износ, как правило, не наступает внезапно и по отдельным проявлениям можно установить, что двигатель, как бы перешёл ту грань, которая отделяет естественный износ двигателя, сопутствующий любой, нормальной эксплуатации от интенсивного, при котором происходит быстрое и необратимое разрушение двигателя. Основными причинами, преждевременно приводящими к такой ситуации являются:

Низкооктановый  бензин, как известно, - главная причина  детонации и, как следствие, поломки поршней, поршневых колец и даже прогаров стенок камеры сгорания. Даже если поломки не произошло, ударные нагрузки все равно свое дело делают - к примеру, разбивают канавки под кольца на поршнях. После чего ресурс цилиндропоршневой группы заметно снижается. В той же реальной жизни топливо может иметь повышенное содержание различных химических соединений и воды, что способствует коррозии и преждевременному износу деталей. Но это - объективные реалии, сопутствующие работе АЗС, на которые не повлиять. А вот сознательно из грошовой экономии покупать топливо в сомнительных местах или использовать для облегчения пуска легковоспламеняющиеся жидкости - все равно что сыпать песок в двигатель.

С маслом связано  еще больше неприятностей. Проблемы начинаются, как правило, от мелочности, желания сэкономить и залить то масло, что подешевле. А там уж как повезет - может, обойдется, а может, и нет. Прямо - русская рулетка. Двигатели старых конструкций подобное, скорее всего, переживут, хотя и не без ущерба для своей долговечности. Зато новые, особенно с наддувом - вряд ли. Еще одна очевидная ошибка - масло не по сезону. Например, не заменили вовремя летнее масло, и при запуске в холодную погоду оно поступит к подшипникам двигателя лишь через несколько десятков секунд. Что при этом будет с подшипниками турбокомпрессора, можно только догадываться. А в жару малая вязкость масла - это недостаточная толщина и низкая прочность масляной пленки, ускоренный износ и задиры многих деталей двигателя. Теперь об охлаждающей жидкости. На лотках, среди банок многочисленных производителей, объединенных общим названием ТОСОЛ, встречается немало загадочной подкрашенной "жижи", способной за несколько месяцев "прогрызть" насквозь головку блока цилиндров, корпус водяного насоса или трубки радиатора. Перегрев же двигателя (явление отнюдь не безобидное) способен в кратчайший срок "убить" любой мотор.

Вообще любое  нарушение работы системы смазки или охлаждения двигателя имеет  свой эквивалент - снижение ресурса  двигателя на несколько сотен, а то и тысяч километров. Хорошая фильтрация всего потребляемого двигателем: топлива, масла, воздуха - еще одно важное слагаемое высокого ресурса. Загрязненный масляный фильтр, как известно, масло не очищает - оно проходит мимо фильтроэлемента через перепускной клапан. Воздушный и топливный фильтры при их загрязнении абразив в двигатель не пропускают, но их гидравлическое сопротивление возрастает, и мощность двигателя падает. В один "прекрасный" момент фильтроэлемент может не выдержать и разорваться, причем водитель этого, скорее всего, не заметит. Эти ситуации приведут к одному и тому же результату - абразивному износу деталей, что для двигателя наиболее губительно. Особенно, если учесть, что отдельно взятая твердая частица, внедрившись в мягкий материал детали, будет продолжать свою "грязную" работу очень долго, несмотря на все последующие "промывки" и "продувки". Режимы эксплуатации двигателя тоже могут оказать роковое влияние на его ресурс. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Виды смазки, классификация  смазочных материалов. 

Различают нефтяные (минеральные) и синтетические смазочные  масла, используемые в качестве смазочных  материалов. Нефтяные масла представляют собой жидкие смеси высококипящих  углеводородов (tкип. 300-600 °С). Получают дистилляцией нефти или удалением нежелательных компонентов из гудронов. На основе нефтяных масел получают пластичные и технологические смазки, смазочно-охлаждающие и гидравлические жидкости и пр.

           По происхождению или исходному  сырью различают такие смазочные  материалы:

  – минеральные,  или нефтяные, являются основной  группой выпускаемых смазочных  масел (более 90 %). Их получают  при соответствующей переработке  нефти. По способу получения  такие материалы классифицируются  на дистиллятные, остаточные, компаундированные  или смешанные;

  – растительные  и животные, имеющие органическое  происхождение. Растительные масла  получают путем переработки семян  определенных растений. Наиболее  широко в технике применяются  касторовое масло.

   – животные  масла вырабатывают из животных  жиров (баранье и говяжье сало, технический рыбий жир, костное и спермацетовые масла и др.).

  – органические, масла по сравнению с нефтяными  обладают более высокими смазывающими  свойствами и более низкой  термической устойчивостью. В  связи с этим их чаще используют в смеси с нефтяными;

  – синтетические,  получаемые из различного исходного  сырья многими методами (каталитическая  полимеризация жидких или газообразных  углеводородов нефтяного и ненефтяного  сырья; синтез кремнийорганических  соединений – полисиликонов; получение фтороуглеродных масел). Синтетические масла обладают всеми необходимыми свойствами, однако, из-за высокой стоимости их производства применяются только в самых ответственных узлах трения.

           По внешнему состоянию смазочные  материалы делятся на:

   – жидкие  смазочные масла, которые в  обычных условиях являются жидкостями, обладающими текучестью (нефтяные  и растительные масла);

   – пластичные, или консистентные, смазки, которые  в обычных условиях находятся  в мазеобразном состоянии (технический вазелин, солидолы, консталины, жиры и др.). Они подразделяются на антифрикционные, консервационные, уплотнительные и др.;

   – твердые  смазочные материалы, которые  не изменяют своего состояния  под действием температуры, давления  и т. п. (графит, слюда, тальк и др.). Их обычно применяют в смеси с жидкими или пластичными смазочными материалами.

           По назначению смазочные материалы  делятся на масла:

   – моторные, предназначенные для двигателей  внутреннего сгорания (бензиновых, дизельных, авиационных);

   – трансмиссионные,  применяемые в трансмиссиях тракторов,  автомобилей, комбайнов, самоходных  и других машин;

Эти два типа масел иногда объединяют термином «транспортные  масла».

   – индустриальные, предназначенные главным образом  для станков;

   – гидравлические  для гидравлических систем различных  машин; 

           Также выделяют компрессорные,  приборные, цилиндровые, электроизоляционные,  вакуумные и др. масла.

           Настоящее исследование посвящено,  в первую очередь, минеральным  (нефтяным), а также синтетическим и полусинтетическим маслам. Для избежания в дальнейшем разночтений, нами принята следующая классификация масел.

           В первую очередь – это моторные  масла. Особая группа масел,  относящаяся к моторным маслам  – авиационные масла, которым уделено отдельное внимание. Помимо авиационных, из моторных масел условно выделяют автомобильные масла и дизельные масла. То есть, совокупность авиационных автомобильных и дизельных масел и есть моторные масла. Из дизельных масел отдельно мы выделили и рассмотрели зимние дизельные масла. Кроме того, из дизельных масел мы выделили масла групп Г, Д, Е.

           Следующая группа масел – трансмиссионные  масла. Иногда моторные и трансмиссионные  масла объединяют под термином  «транспортные масла». Мы не будем следовать этой классификации. Отдельно нами будут также представлены индустриальные, гидравлические и компрессорные масла. Особо нами была рассмотрены базовые группы масел. Все другие масла мы объединили под термином «прочие масла».

          В процессе подготовки исследования мы постарались максимально приблизить предмет анализа и представить показатели относительно основных марок масел. С их представления технических характеристик их мы и начнем. 

Основные виды смазочных материалов 

Твердые смазочные материалы. Наиболее известным из короткого перечня твердых смазочных материалов является графит – темный минерал с жирным блеском, маслянистый на ощупь. Он встречается в природе, а также производится в электропечах. Синтезированный продукт не менее чем на 99% состоит из чистого углерода. В коллоидной форме, диспергированный в воде или масле, он применяется в особых случаях при очень высоких температурах.

Основное достоинство  графита, пожалуй, в том, что он образует прочные пленки на трущихся поверхностях, благодаря чему применяется в смеси с маслом при «обкатке» многих машин и механизмов, а также при обработке металлов.

К твердым смазочным  материалам относится также сульфид  молибдена, который применяется  как сухое поверхностное покрытие и как добавка к маслам и консистентным смазкам. Его смазывающее действие обусловлено, по-видимому, слабыми связями между атомами серы и молибдена и взаимным скольжением слоев атомов серы и молибдена.

Из пластиковых  твердых смазочных материалов наиболее известен политетрафторэтилен, называемый также тефлоном. Это весьма инертный материал с коэффициентом трения ок. 0,05. Если очень мелкие частицы тефлона диспергировать в фенольном полимере, а затем пульверизацией нанести на металлическую поверхность и подвергнуть отверждению, то получается прочное тефлоновое покрытие с малым коэффициентом трения, необычайно стойкое к износу и истиранию. Тефлон широко применяется в промышленности, а также как покрытие для кухонной посуды, не допускающее пригорания.

Жидкие смазочные  материалы

Масла как смазочные  материалы делятся на три группы:

нелетучие, или  жирные;

углеводородные, или минеральные;

синтетические масла.

Масла первой группы не могут быть перегнаны (при атмосферном  давлении) без разложения. Все они  животного или растительного происхождения и, как показывает химический анализ, состоят, как правило, только из углерода, водорода и кислорода. Масла второй группы называются минеральными, так как они получаются из нефти, или углеводородными, поскольку состоят только из углерода и водорода. Синтетические масла – это особые химические соединения.

Жирные масла. Жирные масла при комнатной температуре  являются жидкостями. Аналогичные твердые  масла называются жирами. Жиры –  это глицериды; они могут расщепляться на глицерин и жирные кислоты. Наибольшее практическое значение имеют три жирные кислоты: олеиновая, пальмитиновая и стеариновая. При наличии небольшого количества таких жирных кислот в смазке ее маслянистость существенно повышается.

Некоторые жирные кислоты легко окисляются на воздухе и загустевают или даже затвердевают. Примером могут служить льняное и тунговое масла. Примеры незагущающихся масел – оливковое (растительное) и спермацетовое (животное). Жирные масла входят в смазочные масла лишь в небольших количествах, но широко применяются при изготовлении мыльной основы в производстве консистентных смазок.

Углеводородные  масла. Углеводородные масла долго  не окисляются на воздухе при обычных  температурах. При высоких же температурах, таких, как в двигателях внутреннего  сгорания, они могут вследствие окисления и частичного разложения давать нагар и смолистые отложения.

Одним из важнейших  свойств минерального масла является вязкость. Следует учитывать, что  вязкость сильно зависит от температуры. Относительное изменение вязкости масел в заданных температурных пределах характеризуют условным показателем – индексом вязкости (ИВ).

Углеводородные  смазки можно классифицировать:

по типу нефти, из которой получено масло 

по способу  переработки нефти.

Существуют три  типа сырой нефти: парафинового, нафтенового (асфальтового) и смешанного основания. При изготовлении смазочных масел из нефти применяются следующие основные процессы: перегонка с нагревом открытым пламенем, паром или вакуумная; использование остаточного масла; фильтрование; депарафинизация; обработка кислотами и щелочами; экстрагирование растворителем; введение химических добавок для улучшения эксплуатационных характеристик.

Масла нередко  называются по технологиям их производства: масла паровой перегонки, масла  вакуумной перегонки, дистиллятное минеральное масло (без присадок), масла селективной очистки, смешанные, с присадками, компаундированные, брайтстоковые (высоковязкие цилиндровые), палевые дистиллятные, веретенные масла и т.д.

Синтетические масла. Наибольшее применение находят два вида синтетических масел: силиконовые (кремнийорганические) и полиэфирные. Первые из них образуют широкий класс кремнийорганических соединений, весьма различающихся по своим свойствам. Все они инертны в химическом отношении, а вязкость их изменяется в широких пределах. Они характеризуются высокими индексами вязкости, низкими температурами потери текучести и способностью выдерживать высокие температуры. Силиконовые смазочные масла хорошо работают в режиме жидкостного трения, но не в условиях высоких контактных давлений и высоких скоростей трения.

Полиэфирные синтетические  масла – это полиалкиленгликоли. Как и силиконовые масла, они  характеризуются высокими индексами  вязкости и низкими температурами  потери текучести. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Эксплутационные свойства смазочных материалов. 

Основные  эксплуатационные характеристики масла

Смазывающая способность 

Смазывающая способность, которой обладает масло, снижает  сухое трение между двумя перемещающимися  относительно друг друга твердыми поверхностями. Такое трение между металлическими деталями различных машин и механизмов при отсутствии смазки приводит к нагреву деталей, появлению задиров на их поверхностях и, в конечном итоге, к заклиниванию трущихся деталей. Наличие смазки обусловливает замену сухого трения трением между молекулами смазывающей жидкости.

 Приборов, позволяющих  измерить смазывающую способность  масел, не существует. Однако существуют  методы трибологического анализа,  позволяющие изучать предельные  значения сил трения, возникающих, например,при запуске компрессора в отсутствие и при наличии смазки, которые соответствуют непосредственному контакту «металл по металлу» для трущихся деталей. Наиболее часто для определения характеристик процесса трения используется так называемый метод Фалекса, заключающийся в следующем; металлическая игла приводится во вращательное движение внутри металлических губок, к которым приложена известная сила, нажимающая иглу. Во время испытаний определяется износ двух этих деталей, трущихся относительно друг друга, в зависимости от смазки.