Смазочные материалы и методы смазывания

По физическому состоянию смазочные материалы делятся на жидкие, пластичные и твердые.

Жидкие смазочные материалы составляют по массе около 85% всех смазочных материалов. Основная их часть используется в двигателях, компрессорах, турбинах и редукторах самолетов и вертолетов.

Жидкие смазочные материалы бывают минеральные (нефтяные), растительные, животные, синтетические. Чаще всего используются нефтяные. Сырьем для них служит мазут, получающийся из нефти после отгонки бензина и керосина. Из мазута получают ряд фракций (дистиллятов), являющихся основой смазочных материалов. Нефтяные смазочные материалы бывают как общего назначения (например, индустриальные), так и специального назначения (например, авиационные и космические).

Растительные (льняное, касторовое и др.) и животные (костное, спермацетовое и др.) смазочные материалы применяются редко, так как они дороги. Их используют, как правило, только как добавки к нефтяным для придания последним других свойств, например маслянистости.

Синтетические смазочные материалы (эфиры, силиконы и др.) в последнее время применяются все чаще, особенно при низких и высоких температурах (ввиду малой зависимости их вязкости от температуры), а также в случаях, когда нефтяные материалы не работоспособны.

Основным свойством жидких смазочных материалов, определяющим их смазывающую способность, является вязкость. Однако кроме вязкости в каждом конкретном случае применения они должны обладать и другими свойствами, которые достигаются введением соответствующих присадок. По назначению присадки бывают:

• ? антифрикционные — для улучшения условий трения;
• ? противоизносные — для уменьшения износа;
• ? противозадирные — для предотвращения заедания поверхностей;
• ? антиокислительные — для замедления окисления смазочного материала;
• ? антикоррозионные — для предотвращения коррозии.

Чаще всего применяются присадки многофукциональ-

ные — для улучшения одновременно нескольких свойств.

Жидкие смазочные материалы применяются для охлаждения узла при интенсивном тепловыделении, при больших скоростях вращения (благодаря малому сопротивлению вращению), для удаления продуктов изнашивания и в тех случаях, когда необходимо подавать смазочный материал непосредственно на трущиеся поверхности.

Достоинство жидких смазочных материалов заключается также в возможности контроля за состоянием смазочного материала, в простоте его добавки, в возможности фильтрации и регенерации. Основной недостаток — возможность утечки, приводящая к трудностям обеспечения герметичности узла трения.

В механизмах самолетов и вертолетов применяются жидкие смазочные материалы авиационного назначения марок МС-14, МС-20 и МС-22. Цифра в обозначении указывает на величину кинематической вязкости v при 100 °С, v = ц/р мм²/с, где р — динамическая вязкость (см. раздел 4.2), р — плотность смазочного материала.

Смазочный материал марки МС-14 имеет меньшую температуру застывания, а МС-20 — большую температуру вспышки.

Пластичные смазочные материалы составляют около 15% всех смазочных материалов, хотя число узлов трения, смазываемых ими, значительно больше, чем жидкими. Пластичные смазочные материалы включают жидкую основу (жидкие смазочные материалы) и загустители (мыла жирных кислот и др.).

Пластичные смазочные материалы находят применение в открытых (негерметичных) узлах трения, в механизмах под переменным углом к горизонту (например, в электродвигателях), при длительной консервации, при вынужденном контакте узла трения с водой, для герметизации резьбовых и других соединений, когда недопустимо попадание смазочного материала на электродетали и на перерабатываемые материалы. Недостатки этих материалов заключаются в плохой охлаждающей способности, высокой склонности к окислению и в сложности осуществления подачи непосредственно на поверхность.

В механизмах летательных аппаратов находит применение пластичный многоцелевой смазочный материал Литол-24, в узлах трения самолетов и вертолетов— ЦИАТИМ-201, а при повышенной температуре и низких давлениях — ЦИАТИМ-221. В малонагруженных узлах систем управления и электроприводов применяют смазочные материалы «Эра» и ВНИИНП-207. В силовых узлах трения космических аппаратов в атмосферных условиях и в вакууме применяют ВНИИНП-284, а в малонагруженных узлах — ВНИИНП-274 и ВНИИНП-257.

Твердые смазочные материалы могут использоваться в виде покрытия, порошка или наполнителя одного из элементов пары трения (в самосмазывающихся материалах). В качестве твердых смазочных материалов применяют коллоидный графит, дисульфид молибдена MoS₂, мягкие металлы, пленки пластиков, самосмазывающиеся материалы типа АМАН и ТЕСАН. Они выдерживают низкие и высокие температуры, глубокий вакуум, радиацию, не требуют уплотнений. Однако они не обеспечивают охлаждения узла трения, не возобновляются при износе, имеют повышенный коэффициент трения.

Разнообразие конструкций узлов трения, требований к ним, условий их работы и видов смазочных материалов приводит к многообразию методов смазывания.

По повторности использования смазочных материалов

различают несколько методов смазывания:

• ? циркуляционное смазывание заключается в том, что смазочный материал после прохождения по поверхностям трения вновь подводится к ним механическим способом. Этот метод позволяет отвести тепло и продукты износа от поверхностей трения. Циркуляционная система может включать насос, маслосборник, трубопроводы, фильтры и т. д. Примерами такого использования могут служить системы смазывания редукторов турбовинтовых двигателей самолетов и основных редукторов вертолетов;
• ? ресурсное смазывание — одноразовое смазывание на ресурс перед началом работы. Метод применяется в механизмах с пластичным смазочным материалом, например при смазке подшипников электродвигателей в приводах механизмов самолетов и вертолетов, в короткоресурсных механизмах ракет и космических аппаратов с жидким смазочным материалом, а также при смазывании узлов трения твердым смазочным материалом;
• ? одноразовое проточное смазывание — подведение жидкого смазочного материала (периодическое или непрерывное) к узлу трения без возврата в систему смазывания. Метод применяется в механизмах летательных аппаратов при малых нагрузках и скоростях вращения.

По способу подачи смазывающего материала к поверхностям трения различают следующие методы смазывания:

• ? погружение — поверхность трения постоянно или периодически погружается в ванну с жидким смазочным материалом. Так смазываются зубчатые передачи в промежуточных редукторах вертолетов и в редукторах общего машиностроения;
• ? масляный туман — смазочный материал подводится к поверхности трения в виде тумана, получающегося введением смазочного материала в струю воздуха с помощью инжектора или разбрызгиванием материала вращающимися деталями. Этим способом смазываются подшипники в хвостовых редукторах вертолетов;
• ? давление — смазочный материал подается к поверхностям трения от форсунки, жиклёра или специального распределителя. Так осуществляется смазывание в редукторах привода винтов самолетов и в коробках привода агрегатов, устанавливаемых на двигателях самолетов;
• ? капельное смазывание — смазочный материал подается в виде капель от микронасоса или через отверстие. Способ используется в малонагруженных механизмах самолетов и вертолетов;
• ? закладывание в узел трения пластичного смазочного материала при сборке или шприцевании — материал одноразово или периодически подается с помощью шприца. Этот способ применяется в большинстве механизмов управления летательных аппаратов;
• ? смазывание покрытием поверхности трения твердым смазочным материалом или ротапринтное смазывание — материал наносится на поверхность трения путем отделения от специального тела, прижатого к ней. Так обычно смазываются механизмы космических аппаратов.

Выбор вида смазочного материала и метода смазывания в конкретном случае в первую очередь зависит от скорости относительного движения трущихся поверхностей, а также от условий нагружения. В качестве примеров приведем смазывание зубчатых колес и подшипников качения механизмов летательных аппаратов.

Смазывание зубчатых колес

При окружной скорости менее 4 м/с обычно используют пластичный смазочный материал, который закладывается при сборке в количестве, равном трети объема впадин зубчатого венца. Этот метод применим в большинстве механизмов систем управления самолетов и вертолетов.

При окружной скорости от 4 до 12 м/с используется жидкий смазочный материал, осуществляя смазывание погружением. Объем масляной ванны принимают таким, чтобы нижнее цилиндрическое зубчатое колесо погружалось на три- четыре модуля, а коническое колесо — на всю длину зуба. В многоступенчатых передачах другие зацепления при этом будут смазываться масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла нижним колесом. Так, например, осуществляется смазывание в промежуточных и хвостовых редукторах вертолетов.

При окружной скорости более 12 м/с обычно осуществляется смазывание под давлением от форсунки или распределителя. Так смазываются зубчатые передачи в редукторах привода винта турбовинтовых двигателей и в коробках приводов агрегатов двигателей. Объем циркуляционной системы зависит от передаваемой мощности, так как смазочный материал выполняет и функцию охладителя. Для увеличения теплообмена используется оребрение литого корпуса механизма, что одновременно повышает жесткость корпуса. В многоступенчатых механизмах возможен и комбинированный способ, при котором быстроходная ступень смазывается под давлением, а тихоходные — масляным туманом.

Необходимо заметить, что для уменьшения трения и износа лучше применять смазочный материал высокой вязкости. Однако с увеличением скорости возрастают потери на перемешивание смазочного материала и увеличивается теплообразование. Чтобы термический эффект не превысил гидродинамический, необходимо снижать вязкость смазочного материала. Зубья с высокой твердостью плохо прирабатываются, поэтому часто проводят стендовую приработку зубьев по специальной программе, для чего используется смазочный материал высокой вязкости с последующей его заменой на материал с меньшей вязкостью.

Смазывание подшипников качения

При окружной скорости менее 4 м/с обычно используется пластичный смазочный материал. Его закладывают при сборке в количестве, равном трети объема внутренней полости подшипникового узла при частоте вращения менее 1500 об/мин или половине объема при частоте вращения более 1500 об/мин. Этим методом смазывается большинство подшипников электроприводов механизмов летательных аппаратов. Так как окружная скорость зубчатого колеса выше, чем у подшипников его вала, возможно положение, когда подшипники смазываются пластичным смазочным материалом, а зубчатое колесо — жидким. В этом случае должны быть приняты меры против вымывания пластичного материала жидким, например поставлены соответствующие уплотнительные устройства.

При окружной скорости от 4 до 10 м/с используется как пластичный материал, так и жидкий в виде масляного тумана от погруженных зубчатых колес. Например, последним методом осуществляется смазывание подшипников в промежуточных редукторах вертолетов.

Устройства для смазывания приведены в разд. 15.4.