Показатели, влияющие на смазывающие и вязкостнотемпературные качества масла

Для Характеристики вязкости и вязкостно-температурных качеств у масел нормируется вязкость при определенной температуре, индекс вязкости и температура застывания масла. От величины вязкости зависят износ трущихся деталей и потери энергии на трение.

Вязкость масла для двигателей влияет на надежность прокачивания масла по системе смазки, на легкость и быстроту пуска двигателя, уплотнение поршневых колец в цилиндре, на степень очистки масла в фильтрах, расход масла и топлива. От вязкости масла зависит также охлаждение трущихся деталей.

Рис. Зависимость вязкости масла от давления

Вязкость масла при одинаковых температуре и давлении зависит от химического состава и структуры углеводородов, из которых состоит масло. Самая низкая вязкость у парафиновых углеводородов и самая высокая у полициклических ароматических. При повышении температуры вязкость уменьшается, при увеличении давления она возрастает, и, например, при давлении 1500...2000 МПа масло затвердевает.

Повышение вязкости масла ухудшает его циркуляцию в системе смазки, охлаждение деталей и очистку поверхностей трения от продуктов износа и других загрязнений. Слишком вязкое масло не обеспечивает жидкостного трения вследствие затруднительного поступления к трущимся поверхностям.

Чем выше относительная скорость перемещения трущихся деталей и лучше качество обработки их поверхностей, тем меньшая вязкость масла требуется для их смазывания. Поэтому, например, для быстроходных двигателей применяют масло с меньшей вязкостью, чем для тихоходных. При уменьшении нагрузки на детали вязкость может быть снижена, а при увеличении зазоров между ними — увеличена. Вязкость масла часто выражают в стоксах — единицах кинематической вязкости v (1 Ст = 10"4 м2/с). При этом указывается температура масла в момент определения вязкости.

Изменение вязкости масла находится в сложной зависимости от изменения температуры. Для масел разных марок данная зависимость проявляется индивидуально и по значению вязкости масла при какой-то одной температуре нельзя судить о том, какая будет вязкость этого масла при другой температуре, которая ожидается в процессе работы.

Температура масла, предназначенного для двигателя, колеблется в широких пределах, особенно зимой. Так, в момент пуска холодного двигателя масло в его картере имеет ту же температуру, что и окружающий воздух, например -30 °С, а после прогрева двигателя температура масла на поверхности таких ответственных деталей, как подшипники коленчатого вала, достигает 150... 200 °С, а в верхней части цилиндра — 200...210 °С.

В несколько меньших пределах изменяется температура трансмиссионных масел. При температуре воздуха -30 °С температура масла в картере коробки передач во время работы автомобиля повышается только до 10... 15 °С, а в заднем мосту она составляет около -10 °С. Таким образом, в данном примере перепад температур масла в коробке передач составляет 40... 45 'Сив заднем мосту 20 “С. Однако важно иметь в виду, что смазка трансмиссионным маслом, как правило, осуществляется только разбрызгиванием, интенсивность которого резко изменяется с изменением вязкости.

Для масел, предназначенных для двигателей, кинематическая вязкость нормируется при 100 и при 0 °С, а для трансмиссионных — только при 100 °С.

Лучшими вязкостно-температурными свойствами обладает то масло, у которого в меньшей степени изменяется вязкость при изменении температуры. Такое масло обеспечивает более стабильную смазку при различных температурных условиях.

Рис. Вязкостно-температурные кривые для карбюраторных масел разных марок (1, 2, 3)

Вязкостно-температурные свойства масла выражаются графически вязкостно-температурными кривыми (рис. 9.4). Как видно, вязкостно-температурная кривая для масла 1 более пологая, чем для масла 2. Для характеристики вязкостно-температурных свойств масел, т. е. степени изменения вязкости v масел от температуры t, в ГОСТе нормируется индекс вязкости.

Индекс вязкости — это условный показатель, получаемый путем сопоставления вязкости данного масла с двумя эталонными маслами, вязкостно-температурные свойства одного из которых приняты за 100, а второго — за единицу.

Индекс вязкости масла определяют при помощи номограммы (рис. 9.5) или специальных таблиц в справочниках, зная его вязкость при 50 и 100 °С — соответственно v50 и v100.

Масло с большим индексом вязкости имеет лучшие вязкостно-температурные свойства, более пологую кривую вязкости.

От вязкостно-температурных свойств масла зависят легкость пуска и степень износа двигателя при низких температурах. Масло, у которого резко повышается вязкость при отрицательных температурах, плохо перекачивается по системе смазки и не поступает в необходимых количествах к трущимся деталям, а также создает большое сопротивление проветриванию коленчатого вала.

Зная предельную вязкость, при которой стартер данного двигателя развивает минимально необходимую для пуска частоту вращения коленчатого вала (30...50 мин-1 для карбюраторных двигателей и 100...300 мин-1 для дизелей), по вязкостно-температурной кривой масла можно установить минимальную температуру масла, при которой возможен пуск двигателя.

Для автомобильных масел нормируется температура застывания, т. е. температура, при которой масла теряют подвижность. Нефтяные масла не имеют определенной температуры перехода из жидкого состояния в твердое, этот переход осуществляется постепенно.

При понижении температуры масло застывает и теряет подвижность вследствие увеличения вязкости и образования в масле Пространственной решетки из кристаллов парафина и церезина, т. е. из-за появления структурной вязкости. Структурная вязкость может быть разрушена давлением.

Рис. Номограмма для вычисления индекса вязкости

Застывшее масло теряет текучесть (прокачиваемость) и не участвует в смазке деталей, которые до подогрева масла работают с огромными износами в режиме сухого трения. Застывшее масло исключает возможности перекачивания его из одного резервуара в другой и заправки автомобилей. Застывшее масло в картере двигателя не дает возможность пустить двигатель, а в картере заднего моста оно может настолько повысить сопротивление вращению деталей, что двигатель автомобиля невозможно запустить. В таких ситуациях не исключены аварийные поломки деталей двигателя и агрегатов трансмиссии.

Температура застывания масла определяется аналогично температуре застывания дизельного топлива, т.е. в условиях, отличных от реальных.

Фактически масло теряет подвижность в агрегатах автомобиля при более высоких температурах, чем температура застывания масла, получаемая при испытании в пробирке. Поэтому для надежной работы системы смазки масло должно иметь температуру застывания на 10... 20 "С ниже минимальной температуры масла в процессе эксплуатации.

Смазывающие свойства характеризуют способность масла снижать износ трущихся деталей и потери энергии на трение. Их оценивают путем испытаний масел в двигателях и агрегатах трансмиссии на стендах или автомобилях.

Результаты испытания смазочных материалов позволяют судить об их противоизносных и противозадирных свойствах.

Повышение противозадирных свойств масел важно для современных двигателей, имеющих малые зазоры в трущихся парах и работающих при высоких удельных нагрузках и температурах.

Для повышения противоизносных и противозадирных свойств масел к ним добавляют соответствующие присадки, создающие на поверхностях металла трущихся деталей прочные пленки.