Режимы смазывания

Параметры смазывания поверхностей и условия трения определя­ют существование следующих режимов смазывания: гидростатическо­го, гидродинамического, контактно-гидродинамического, граничного.

Гидростатический режим (рис. 4.6) характеризуется тем, что тру­щиеся поверхности деталей разделены слоем h смазки при любых до­пустимых для данного узла скоростях и нагрузках, вследствие чего обеспечивается минимальный износ поверхностей. Особенностями этого режима смазывания являются высокое давление смазочного ма­териала на входе в зазор между трущимися поверхностями (до 20 МПа) и значительные расходы смазки через пары трения. Этот режим приме­няется для смазывания высокоточных и тяжелонагруженных направ­ляющих и шпиндельных опор технологического оборудования.

Гидродинамическое смазывание (рис.4.7) образуется в клинообраз­ной щели между поверхностями трения, заполненной смазкой, при скоростях скольжения не менее 1–1,5 м/мин. Давление в смазочном слое, за счет которого осуществляется разделение трущихся поверх­ностей деталей возникает при затягивании в зазор смазочного матери­ала поверхностью перемещаемой детали. Этот режим смазывания име­ет место при работе подшипников скольжения, направляющих обору­дования, червячных передач и т.п. при определенных сочетаниях ско­ростей скольжения, давления в контакте и вязкости смазки.

Рис.4.6. Схема гидростатической системы смазывания: Р_н - давление подачи масла; Р_к- давление в кармане

Рис.4.7. Схема гидродинамического смазывания:  1—график распределения давления Р по клиновидному зазору с параметрами h_min, h_max, l_k

Контактно-гидродинамическое смазывание (рис. 4.8) характерно для подшипников качения зубчатых, цепных передач, кулачков и т.п. при высоких контактных давлениях. Поверхности контактирующих деталей испытывают большие нагрузки, в результате происходит их упругое деформирование, это приводит к увеличению зоны контакта В (до 1 мм и более), которая несет нагрузку. Из-за высокого давления Р_м вязкость сжимаемой в зазоре (h=0,5-1 мкм) смазки изменяется настоль­ко, что в пленке смазочного материала появляются свойства, которые присущи твердому материалу (модуль упругости, коэффициент Пуас­сона и т.п.). При этом между изменением давления на трущихся повер­хностях и толщиной формирующегося смазочного слоя возникает оп­ределенное соотношение, которое обеспечивает минимально необхо­димую толщину пленки для режима гидродинамической смазки. Этот режим смазывания может быть реализован любой из смазочных сис­тем, используемых для гидродинамического смазывания, а также для смазывания в виде масляного тумана или импульсами.

Рис. 4.8. Схема контактно-гидродинамического режима смазывания

Граничное смазывание характеризуется тем, что толщина слоя смазки составляет незначительную величину порядка 0,1 мкм и менее. Поведение смазки в данном случае определяется не ее вязкостью, а обусловлено особыми свойствами, которые смазка приобретает в уз­ких зазорах под действием поверхностей трения.

Поверхностный слой твердого тела характеризуется большой ак­тивностью. Это определяется тем, что внутри твердого тела каждый атом окружен другими атомами и прочно связан с ними во всех направ­лениях. На поверхности же тела остаются свободные связи, которые создают атомное (молекулярное) притяжение. Вследствие этого повер­хность твердого тела покрыта тончайшей пленкой, образование кото­рой называется адсорбцией. Молекулы 1 смазки (рис. 4.9) в адсорбиро­ванном слое ориентированы перпендикулярно твердой поверхности 2 в виде ворса. Поэтому смазочный материал в тангенциальном направ­лении легко изгибается, а в перпендикулярном он обладает сопротивлением сжатию. Слой об­ладает способностью самовосстанавливаться, что предотвращает лавинообразный процесс схватывания в точках 3 контакта. При гранич­ном смазывании микродинамические составля­ющие подъемной силы отсутствуют, а между процессами образования и разрушения поверх­ностных пленок образуется устойчивое равно­весие, чему способствует поверхностная обра­ботка (азотирование и т.п.). Большинство пар трения машин (направляющие, зубчатые пере­дачи, подшипники и т.п.) работают при режиме граничного смазывания.

Переход из опорного режима смазывания в другой не имеет четких границ. Существуют также переходные зоны, например режим полужидкой смазки, для которой характерно сме­шанное трение.

При смешанном трении, которое характерно для большинства направляющих, гидродинамическая подъемная сила воспринимает часть нагрузки, однако не обеспечивает полного разделения слоем смазки поверхностей трения.

Область смешанного трения характеризуется большим разнооб­разием условий работы трущихся поверхностей в зависимости от доли сухого, граничного и жидкостного трения в общем процессе трения. Зависимость коэффициента трения покоя Of_t  от продолжительности t неподвижного контакта показано на рис. 4.10.

Рис. 4.9. Схема граничного режима смазывания

При переходе от покоя к движению коэффициент трения f обычно уменьшается скачком. При увеличении скорости движения коэффици­ент трения уменьшается в зависимости от ее величины с различной ин­тенсивностью (рис.4.11). При некоторых значениях скорости V_кp, соот­ветствующих началу жидкостного трения, коэффициент трения f_v достигает минимума (f_v = f_ж). Уменьшение f_v с увеличением скорос­ти обусловлено ростом гидродинамической подъемной силы. Величи­на критической скорости V_кp зависит от материала и размеров направ­ляющих, точности, шероховатости и контактирующих поверхностей, размеров и расположения смазочных канавок или карманов, вязкости масла, давления и т.д.

Рис. 4.10. График зависимости коэффициента трения покоя от продолжительности неподвижного контакта

Рис. 4.11. График зависимости коэффициента f_v  от скорости скольжения