C-f-ЧЕРНАВСКИЙ

олшипники

КОУЯЫКЕНИЯ

С. А. ЧЕРНАВСКИЙ

ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ

млшгиз

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУЕЫ

Москва 1963

УДК 621.822.5

В книге приведены основы конструирования и расчета опорных и упорных подшипников скольже­ния, даны характеристики антифрикционных кон­струкционных материалов, жидких, густых и твер­дых смазок, помещены некоторые сведения о под­шипниках с газовой смазкой, освещены вопросы ви­брационной устойчивости, описаны подшипники с многоклиновымн ркладышами.

Книга предназначена для инженерно-техниче­ских работников конструкторских бюро и научно-исследовательских институтов. Она может быть по­лезна также для преподавателей и студентов маши­ностроительных и политехнических вузов.

Рецензент проф. д-р техн. наук Е. М. Гутьяр Научный редактор инж. Г. М. Ицкович

Редакция справочной литературы Зав. редакцией инж. Г. А. МОЛЮ КО В

ПРЕДИСЛОВИЕ

В Программе Коммунистической партии Советского Союза указывается, что первостепенное значение для технического пе­ревооружения всего народного хозяйства имеет развитие маши­ностроения.

Долговечность, экономичность, надежность, а во многих слу­чаях габариты и веса машин существенно зависят от конструк­ции, качества изготовления и монтажа подшипниковых узлов. Поэтому к подшипниковым узлам предъявляются новые повы­шенные требования, обусловленные в первую очередь ростом скоростей вращающихся деталей, увеличением статических и ударных нагрузок, действующих на опоры, и необходимостью значительного увеличения надежности опорных узлов.

Применение подшипников качения, несмотря на многообра­зие их типоразмеров и высокое качество изготовления, оказы­вается в ряде случаев нерациональным, а иногда и невозможным. В частности, они недостаточно долговечны и надежны при высо­ких скоростях и динамических нагрузках, не пригодны в тех слу­чаях, когда для удобства монтажа и демонтажа машины нужны разъемные опоры.

Используя подшипники качения, не всегда удается удовле­творить требования бесшумности, химической и тепловой стойко­сти опорных узлов. В подобных условиях рациональное решение может быть найдено при проектировании опорных узлов с под­шипниками скольжения.

Однако среди инженерно-технических работников довольно широко распространено мнение, что на современном этапе раз­вития машиностроения опоры скольжения вытесняются подшип­никами качения, и этот процесс будет в дальнейшем прогрес­сировать. Но внимательное ознакомление с современными конструкциями машин и анализ тенденции их развития с не­сомненностью обнаруживают ошибочность такого мнения. Конструкции опор скольжения непрерывно совершенствуются, разрабатываются нормальные ряды взаимозаменяемых подшип­ников, уточняются методы расчета, изыскиваются и внедряются в практику новые подшипниковые и смазочные материалы.

В предлагаемой читателю книге автор стремился дать в крат ком виде современные сведения о трении в опорах скольжения, применяемых материалах и смазке, расчетах и конструкциях. Рассмотрены расчеты опор, работающих в условиях недостаточ­ной смазки и в условиях жидкостного трения как при гидроста­тической, так и при гидродинамической смазке. Кратко освещен расчет подшипников с газовой смазкой.

Изложение методов расчета сопровождается анализом обла­сти их применения и иллюстрируется рядом подробно разобран­ных числовых примеров расчета опорных и упорных подшипни­ков.

Значительное внимание уделено устойчивости цапфы в сма­зочном слое, так как этот вопрос приобретает все большее зна­чение в связи с увеличением скоростей вращения, В этой части отражены исследования, проведенные автором, и даны методы расчета с использованием вычислительных машин.

Автор будет признателен читателям за отзывы и замечания, которые просит направлять по адресу: Москва, Б-166, 1-й Бас­манный пер., д. 3, Машгиз.

ГЛАВА J

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

§ 1. ВЫБОР ТИПА ПОДШИПНИКА

При проектировании опор осей и валов перед конструктором возникает прежде всего вопрос о том, что в данном конкретном случае предпочтительнее — подшипник качения или подшипник скольжения. Существенную роль при этом играют экономические соображения, условия монтажа и требования взаимозаменяемо­сти. Все эти факторы связаны с организацией производства под­шипников.

С развитием машиностроения было организовано централи­зованное массовое изготовление подшипников качения, начиная от самых маленьких для часов и приборов и кончая крупногаба­ритными для кранов большой грузоподъемности, тяжелых про­катных станов и пр. Для каждого подшипника качения установ­лены определенные технические показатели — работоспособ­ность, предельная скорость вращения, максимальная статическая нагрузка, которые указываются в каталогах. При проекти­ровании опорных узлов машин инженеру не приходится рассчи­тывать подшипник качения, достаточно лишь выбрать соответ­ствующий типоразмер из каталога.

Стандартизация и массовое производство подшипников ка­чения обусловили их взаимозаменяемость, относительно низкую стоимость и, как следствие, — широкое применение в различных областях машиностроения..

Проектирование опор скольжения значительно сложнее: цен­трализованное и массовое производство таких подшипников еще не организовано, технические характеристики не нормализованы, взаимозаменяемость не обеспечена, при сборке нередко приме­няют индивидуальную пригонку и, естественно, стоимость под­шипников скольжения относительно высока.

Однако эти недостатки надо отнести не к конструкции опор скольжения, а к организаций производства: если их изготовле­ние будет поставлено так же, как и подшипников качения, то исчезнет ограниченная взаимозаменяемость, а стоимость бу­дет существенно снижена

5

Таким образом, подшипники скольжения смогут конкуриро­вать с подшипниками качения во многих отраслях машинострое­ния, а в ряде случаев предпочтение должно быть отдано именно подшипникам скольжения, так как они имеют такие ценные свойства, которыми не обладают подшипники качения, — работо­способность в широком температурном диапазоне, стойкость в химически активной среде, виброустойчивость, бесшумность, сохранение работоспособности при недостаточной смазке, а в спе­циальных конструкциях — даже без смазки.

Область применения опор скольжения не только не сужается, но имеет определенную тенденцию к расширению, в особенности в новейших машинах с быстро вращающимися валами — в сепа­раторах, центрифугах, газовых турбинах, шлифовальных стан­ках и других, где скорость вращения вала измеряется десятками тысяч оборотов в минуту.

В таких условиях малейшее нарушение балансировки ротора может вызвать разрушение подшипника качения и аварию ма­шины, тогда как подшипники скольжения оказываются вибро­устойчивыми' благодаря демпфирующим свойствам смазочного слоя. Так как этот эффект у подшипников с обычными цилиндри­ческими вкладышами ограничен, да к тому же такие подшип­ники плохо центрируют вал, то для- усиления демпфирующей способности и обеспечения центровки вала усложняют конфигу­рацию рабочей поверхности подшипников (лимонные и много­клиновые вкладыши).

Потребность в зиброустойчивых опорах настолько велика, что появилась необходимость в массовом централизованном из­готовлении их на специализированных заводах.

Нормализация типоразмеров подшипников скольжения обес­печивает полную взаимозаменяемость их, подобно тому, как это-достигнуто в производстве подшипников качения.

Но не только для быстровращающихся валов опоры сколь­жения оказываются единственно возможными. От подшипников качения приходится -отказываться в ряде других случаев. На­пример, для паровых турбин и турбогенераторов, работающих длительное время без остановки, подшипники качения оказы­ваются недостаточно долговечными, тогда как опоры скольже­ния в условиях жидкостного трения практически почти не под­вержены износу. В химическом машиностроении опоры должны быть стойкими в агрессивной среде. И эта проблема разре­шается соответствующим подбором материалов для подшипника скольжения, в частности, — применением пластмасс. В некото­рых машинах опоры приходится располагать в местах, трудно доступных для смены смазки. И в этом случае ставят специаль­ные подшипники скольжения, которые могут работать без смазки или с минимальным количеством ее весь срок службы.

Если к опорам не предъявляют специфических требований и они могут быть спроектированы с одинаковым успехом как 6 на подшипниках качения, так и на подшипниках скольжения, то обычно предпочитают подшипники качения, руководствуясь экономическими соображениями и условиями взаимозаменяе- • мости. Однако массовое производство стандартных подшипников скольжения дало бы существенный экономический эффект, так как исходные материалы для них дешевле, чем для подшипников качения, а технологический процесс изготовления значительно проще. Расширению области применения подшипников скольже­ния будет способствовать не только увеличение многообразия конструктивных форм, но и обоснование оптимальных размеров в соответствии с особенностями эксплуатации, а также разра­ботка нормалей для внедрения- в массовое производство.

Некоторый консерватизм в отношении опор скольжения обусловлен еще и тем довольно распространенным мнением, что потери на трение скольжения при одинаковых условиях эксплуа­тации всегда выше потерь на трение качения. Это ошибочное суждение нельзя распространять на подшипники скольжения, работающие в условиях жидкостного трения,.когда слой смазки отделяет рабочие поверхности цапфы и вкладыша друг от друга и исключает возможность непосредственного их кон­такта; потери на трение в этом случае весьма малы и не превос­ходят потерь на трение в подшипниках качения. Для количест­венной оценки этих потерь служит коэффициент трения, зависи­мость которого от ряда факторов рассмотрена в следующем^ параграфе.

§ 2. ТРЕНИЕ В ОПОРАХ СКОЛЬЖЕНИЯ

Приближенная зависимость для определения силы трения покоя выражается' формулой Амонтона

T=fN,

(1)

где N — сила нормального давления между трущимися поверх­ностями;

/ — коэффициент трения скольжения, зависящий от мате­риала и состояния поверхностей. Более точную зависимость дает закон Кулона

T=fN+Af

(2)

где А — постоянная величина, зависящая от сил молекулярного притяжения.

Обобщенная формула Дерягина для того же случая сухого трения имеет вид

(3)

//„ — равнодействующая всех сил молекулярного притя­жения между поверхностями. Если среднюю удель­ную силу притяжения обозначить рт и площадь эф­фективной поверхности соприкосновения S9, то Nm~

Предельная нормальная нагрузка

N=S9aT,

где ог — предел текучести материала вкладыша. На основании формулы (3) получим

7WJV(l+^). (4

Связь между коэффициентом трения f и величиной fm может быть выражена на основании формул (1) и (4) зависимостью

Если рт€.°т, то fm*zf.

Несколько иная формула для определения коэффициента трения предложена И. В. Крагельским [24]

/=^в + Р. (5'

где а и р — параметры, зависящие от молекулярных и механн ческих свойств трущихся поверхностей. Формулы (1) — (5) относятся к случаю сухого трения. При скольжении же смазанных поверхностей, отделенных друг от друга тонким слоем смазки, сила трения и коэффициент трения не остаются постоянными — они зависят от скорости скольже­ния и свойств смазочной пленки. При достаточной толщине ее, когда поверхности скольжения полностью отделены друг от друга, сопротивление движению определяется силами вязкости жидкости; элементарная тангенциальная сила т по закону Нью­тона зависит от динамической вязкости ц и градиента скорости dv

по нормали к элементу поверхности

Сила трения Т определится как интеграл по поверхности S

• T=\xc/S. (7

Для иллюстрации процесса изменения коэффициента трения в подобных подшипниках скольжения служит кривая Герси-Штрибека, показанная на фиг. 1: при весьма малой скорости скольжения порядка 0,1 мм/сек и очень тонком смазочном слое порядка 0,1 мк имеет место граничное трение; коэффициент 8 трения / почти не изменяется при возрастании скорости до неко­торого значения; этот период изображается на кривой участком /о— 1. При дальнейшем возрастании скорости коэффициент тре­ния быстро уменьшается; поверхности скольжения отдаляются друг от друга, но не настолько, чтобы исключить возможность соприкосновения отдельных выступов шероховатых поверхно­стей, следовательно, граничное трение не полностью исключено, поэтому такое трение условно называемся полужидкост­ным (участок/—2 кривой).

Коэффициент трения / достигает минимума в тот момент, когда смазочный слой лишь покрывает шероховатости поверх­ностей скольжения; дальнейшее те­чение кривой / определяется в зави­симости от безразмерной характери­стики режима работы

Р

где ц — динамическая вязкость; со — угловая скорость шипа; р — средняя удельная нагрузка на подшип--ник:

Р = Ж'

гдеР — радиальная нагрузка на под­шипник; dvil — его диаметр и длина.

С возрастанием величины X тол­щина смазочного слоя увеличива­ется, перекрываются с избытком все скольжения и исключается непосредственный контакт их; сопро­тивление движению определяется всецело внутренними си­лами вязкой жидкости,, поэтому. такое трение называется жидкостным (участок 2—3 кривой). По мере увеличения X и толщины смазочного слоя коэффициент трения несколько воз­растает, соответственно увеличивается и тепловыделение в рабо­чей зоне подшипника. Теоретически наивыгоднейшие условия работы опоры были бы в точке 2 при минимальном значении /, однако здесь нет запаса толщины смазочного слоя, и малейшее уменьшение величины X, например вследствие снижения вязко­сти жидкости или угловой скорости шипа, повлечет за собой уве­личение коэффициента трения и соответственно большее тепло­выделение, что обусловит повышение температуры смазочного слоя и снижение динамической вязкости смазки ц; таким обра­зом, переход от точки 2 влево влечет за собой прогрессирующее возрастание коэффициента трения и перегрев подшипника. На­оборот, при увеличении X в зоне жидкостного трения на участке 2—3 кривой работа подшипника характеризуется стабильностью характеристики режима. Если расчетному режиму работы соот­ветствует точка т, лежащая между точками 2 и 3, то при откло-

нении от заданного режима вправо к точке п коэффициент тре­ния / увеличится, соответственно возрастет тепловыделение, температура смазочного слоя поднимется, что вызовет снижение динамической вязкости (д, и уменьшение Л, т. е. приближение этой величины к ее расчетному значению. Аналогичный эффект возникнет и при отклонении от расчетного режима влево к точке k, но при этом коэффициент трения снижается, тепловыделение уменьшается, температура падает и вязкость возрастает — в ре­зультате X увеличивается, приближаясь к расчетному значению. Следовательно, практически оптимальному режиму работы со­ответствует не точка 2, а некоторое положение вправо от нее.

При жидкостном трении прекращается износ поверхностей шипа и вкладыша подшипника, так как исключено их непосред­ственное касание; казалось бы, что вопрос о целесообразном подборе материалов для опор скольжения может быть снят, од­нако, это не так: если в расчетном длительном режиме будет обеспечено достаточно большое значение X, гарантирующее жид­костное трение, то в процессе пуска или остановки машины, когда скорость вращения вала мала, неизбежен будет переход к полу­жидкостному и граничному трению. Для уменьшения трения и износа опор в этих условиях надо подбирать для трущихся пар такие материалы, которые характеризуются наименьшими потерями на трение и возможно низким значением коэффициента сухого трения. Для многих узлов трения, работающих при низ­кой скорости скольжения, режим жидкостного трения вообще недостижим, и работоспособность подшипника определяется в основном антифрикционными свойствами материалов трущихся деталей. Практическим критерием для оценки таких опор слу­жат значения среднего удельного давления р и произведение pv, где v — скорость скольжения. Допускаемые значения [р] и [pv] устанавливаются опытным лутем.

Сведения о подшипниковых материалах приведены в гла­ве II.

Основные характеристики смазочных материалов и соотно­шение между различными единицами вязкости рассмотрены в главе III.

ГЛАВА II

ПОДШИПНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Опоры скольжения изнашиваются больше всего при работе без смазки или с недостаточным количеством ее, т. е. в усло­виях граничного трения. Для увеличения долговечности тру­щихся деталей для них подбирают такие материалы, у которых коэффициент трения скольжения в указанных условиях относи­тельно мал, и тепло, выделяющееся в рабочей зоне, легко отво­дится в корпус машины и окружающую среду. Такие материалы называются антифрикционными; в сущности, это название должно относиться к сочетанию материалов пары трения сколь­жения, но практически в опорах скольжения валы, как правило, изготовляют из стали, поэтому термин «антифрикционные ма­териалы» связывают обычно только с материалами для подшип­ников, точнее — для тех деталей, на которые опираются валы или вращающиеся оси, т. е. с материалами для вкладышей под­шипников и подпятников. Перечень таких материалов весьма обширен и он непрерывно дополняется новыми названиями, однако, их можно разбить на следующие группы:

1. Чугун. 7. Графит.
2. Бронза. 8. Синтетические пластиче-
3. Латунь. ские материалы.
4. Алюминиевые сплавы. 9. Дерево и древеснослои-
5. Баббит. стые пластики.
6. Металлокерамические 10. Резина,
   материалы.

§ 3. ЧУГУН

Серый литейный чугун пригоден для вкладышей опор, несу­щих умеренную нагрузку без ударов. В зависимости от скорости скольжения v допускают следующую среднюю удельную на­грузку:

при v до 2 м/сек р < 1 кГ/см^, v, 1 м]сек р < 20 кГ\см^

, v, 0,5 м\сек /><40 кГ/см2 (дли опор, работающих с продолжитель­ными перерывами)

11

Наиболее часто употребляемые марки серого чугуна для из­готовления вкладышей: СЧ 15-32, СЧ 18-36, СЧ 21-40 и СЧ 24-44 (по ГОСТ 1412-54).

Антифрикционный чугун применяется для подшипников скольжения, работающих в значительно более широком диапа­зоне скоростей и удельных давлений. Для обеспечения долговеч­ности опор должны быть выполнены некоторые специальные тре­бования: тщательный монтаж, исключающий перекосы; повы­шенные зазоры по сравнению с зазорами, принятыми для опор с бронзовыми вкладышами (на 15—30% при нормальной работе и на 50% при значительном нагреве); вкладыши должны прира­батываться на холостом ходу с постепенным повышением на­грузки до расчетной величины; в процессе эксплуатации должна непрерывно подаваться качественная смазка; в особенности не­допустимо искрение, которое может возникнуть при перерывах подачи смазки и резком повышении нагрузки. Характеристики различных марок антифрикционного чугуна и допускаемый ре­жим работы приведен в табл. 1. Марку антифрикционного чу­гуна следует выбирать так, чтобы твердость вкладыша была ниже твердости стальной цапфы на НВ 20—40.

Бронза. Наилучшими антифрикционными свойствами обла­дают оловянные бронзы, в особенности оловянно-фосфористые; они широко применяются для изготовления вкладышей опор, не­сущих значительную спокойную нагрузку при высокой скорости, но они относительно дороги и по механической прочности усту­пают некоторым маркам безоловянных бронз, в особенности алюминиевым и свинцовистым бронзам.

Алюминиевые бронзы, содержащие железо, отличаются вы­сокой прочностью и износостойкостью, но могут вызвать повы­шенный износ шипа, если твердость его не выше твердости вкла­дыша. Свинцовистые бронзы в особенности ценны тем, что имеют большую ударную вязкость; вкладыши из этих бронз выдержи­вают значительные знакопеременные и ударные нагрузки.

Основные характеристики антифрикционных бронз и область их применения указаны в табл. 2. Химический состав бронз и физико-механические свойства их здесь не приводятся — эти сведения имеются в соответствующих стандартах. О химическом составе бронзы можно судить по марке, буквенные обозначения которой указывают на компоненты, входящие в сплав, цифры — на примерное содержание компонентов в процентах. Значения букв: А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец, О — олово, С — свинец, Ф — фосфор, Ц — цинк. Примеры обозначения: Бр. АЖМц 10-3-1,5 — бронза, содержащая 10% алюминия, 3% железа, 1,5% марганца, остальное — медь; Бр. ОЦС 4-4-17 со­держит 4% олова, 4% цинка, 17% свинца, остальное — медь.

Латунь. По антифрикционным качествам и прочности латунь стоит значительно ниже бронзы, она применяется для подшип­ников при малой скорости скольжения и в ряде случаев заме­няет оловянную бронзу, например, в рольгангах, транспортерах и пр. Буквы, входящие в обозначение марки латуни, имеют то же.значение, что и в маркировке бронз, за исключением буквы Л — латунь и К — кремний; двузначное число указывает при­мерное содержание меди в сплаве; цифры, идущие за ним, — процентное содержание компонентов в соответствии с последо­вательностью расположения букв, остальное до 100%—цинк.

Марки латуней, применяемых для вкладышей и втулок под­шипников скольжения, их техническая характеристика и область применения приведены в табл. 3.

Баббит. Сложные антифрикционные белые сплавы, объеди­ненные под этим общим названием, весьма различны по своему химическому составу и физико-механическим свойствам, но все они характеризуются мягкой основой из олова или свинца с твердыми зернами сплавов сурьмы, меди, щелочных металлов и пр. Мягкая основа обеспечивает хорошую прирабатываемосто подшипника к валу, а твердые зерна повышают износоустойчи­вость. По антифрикционным свойствам баббит превосходит все остальные антифрикционные сплавы, но по механической проч­ности он значительно уступает бронзе и чугуну, поэтому баббит применяют только для покрытия рабочей поверхности вкладыша тонким слоем, предохраняющим от заедания и повышенного из­носа при пуске и останове машины; основные характеристики наиболее распространенных марок баббита и область их приме­нения приведены в табл. 4.

Заменители баббитов. Антифрикционные сплавы ЦАМ 10-5 и ЦАМ 10-1,5, содержащие цинк, алюминий и медь (ГОСТ 7117-62), применяются для подшипников с удельной нагрузкой /><Л20 кГ/см2, скоростью скольжения »<10 м/сек, pv < <,120 кГм/см2 • сек.

Антифрикционный алюминиевый сплав АСМ, содержащий •'5,5—',5% сурьмы, 0,3—0,7% магния, остальное — алюминий, применяется в тех же случаях, что и свинцовистая бронза Бр. СЗО (см. табл. 2). Вкладыши штамлуются из биметаллической ленты, получаемой прокаткой полос сплава АСМ с малоуглеродистой сталью. Предельный долускаемый режим работы: [р] = 280 кГ/см2, [и]= 10 м/сек, [ру] = 250 кГм/см2сек. В условиях жидкостного тре­ния произведение pv не характеризует работу подшипника,и ве­личина его не ограничивается.

Физико-механические свойства Сплава АСМ [8]

Предел прочности в кГ\мм?:

при растяжении свр 6,5—8,5

при сжатии а веж 60—68

Ударная вязкость в кГм/см- 2—3

Относительное удлинение при разрыве... 22—30%

Твердость НВ 25—28

Температура плавления в °С 760—800

Коэффициент линейного расширения.... 2,36- Ю-5

§ 5. ПОРОШКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ (МЕТАЛЛОКЕРАМИКА И УГЛЕГРАФИТ>

Металлокерамичеокие материалы имеют в своей основе мед­ный или железный порошок; втулки и вкладыши подшипников изготовляются из чистых металлических порошков или из по­рошков с присадками графита, олова и др. методом спекания при температуре 850—1100° С и удельном давлении до 7000 кГ/см2. Полученные детали имеют пористость от 15 до 35%, в зависимости от степени измельчения исходных порошков и от технологического процесса изготовления. С повышением пори­стости механическая прочность снижается, поэтому для под­шипников, несущих большую нагрузку с ударами, рекомендуется пористость не выше 20%- Окончательная доводка должна вы­полняться калибровкой, но не резанием, так как в последнем случае поры заволакиваются. Готовые детали пропитываются минеральным маслом, солидолом или маслографитной эмуль­сией. Втулки запрессовываются в отверстия с натягом; при этом внутренний диаметр уменьшается на 0,6—0,9 величины натяга— это следует иметь в виду при назначении окончательных разме­ров. Втулки, пропитанные маслом или солидолом, могут рабо­тать непродолжительное время без подачи смазки, пропитка же маслографитной эмульсией допускает продолжительную работу без дополнительной смазки. Для увеличения долговечности ме-таллокерамическйх подшипников рекомендуется все же преду­сматривать в корпусе подшипника масляную ванну или резер­вуар с фитильной подачей смазки.

Металлокерамические втулки и вкладыши применяют в под­шипниках рольгангов, трансп^рте|)^7"~ггас©сввг сельскрхозяй-

') 3j,k. 2/596 ' ' ' 17

ственных и других машин, в особенности в местах, трудно доступных для подачи смазки. Допускаемые значения'среднего удельного давления р приведены в табл. 5.

Таблица 5

Значения \р\ в кГ]смг для металлокерамических подшипников в зависимости от скорости скольжения

		Значения [р] при скорости скольжения v
Материал	Пори-		в Mlceic не выше
	стость
	в %	0,1	0,5	1	2	3	4
Бронзографит	15—20	180	70	60	50	35	12
(9—10% олова	20—25	150	60	50	40	30	10
1—4% графита,...	25—30	120	50	40	30	25 •	8
остальное — медь)
	15—20	250	85	80	65	45	10
(1—3% графита,	20—25	200	70	65	55	35	8
остальное — железо)...	25—30	150	55	50	40	25	6

Графит. Втулки и вкладыши подшипников прессуются из чистого графитового порошка, могут работать без смазки при скорости скольжения до 1 м/сек и удельном давлении до 15 кГ/см2; коэффициент трения при этих условиях /«0,15; при смазке водой /«О,06гЯ),09. Благодаря высокой теплостойкости и инертности в кислотных, и щелочных средах, графитовые втулки особенно ценны для подшипников машин химической промыш­ленности. Свойство самосмазываемости сохраняется в широком диапазоне температур (от —100 до +600° С). Основной недо­статок графитовых втулок!—низкая механическая прочность, обусловленная высокой пористостью материала. Для увеличения несущей способности подшипника применяется пропитка втулок антифрикционными сплавами и металлами — баббитом, свин­цом и др. Такие втулки имеют гладкую рабочую поверхность и могут работать в режиме жидкостного трения со смазкой мине­ральными маслами; они.находят применение также в опорах быстроходных слабо нагруженных валов, например, в шлифо­вальных шпинделях, работающих с воздушной смазкой при весьма малом зазоре. Данные о некоторых марках графита для втулок приведены в табл. 6.

На основе графита и фенольно-формальдегидной смолы получен новый прессовочно-порошковый антифрикционный материал — пл а стог р а ф и т. По своим свойствам он занимает положение между пластмассами и углеграфитом. Торговое назва­ние его— антегмит. Втулки и вкладыши подшипников изготов­ляются в основном из порошка антегмита марки ATM 1 мето­дом прессования, легко обрабатываются резанием и шлифова­нием, могут работать без смазки, либо с водяной смазкой с та-18

ними же показателями, как и графит, пропитанный баббитом. (см. табл. 6), но со смазкой минеральными маслами работают хуже. Антегмит стоек в кислотных и щелочных средах, поэтому он в особенности ценен для химического машиностроения.

Таблица 6

Для изготовления деталей подшипников скольжения при­годны десятки видов пластических материалов, и химическая промышленность непрерывно разрабатывает новые полимеры, отвечающие повышенным требованиям машиностроения; по­этому полный список всех пластмасс, применяемых для под­шипников, составить нельзя. Но при всем многообразии пласти­ческих материалов их можно разбить на две основные группы: термореактивные и термопластичные материалы. К'первым отно­сятся пластмассы на основе фенольно-формальдегидной смолы — карболит, бакелит, текстолит и др., ко вторым — полиамиды, по­лиэфиры и др.

Термореактивные смолы лри изготовлении деталей (обычно методом прессования) проходят необратимый процесс, и при последующем нагреве детали не размягчаются и не плавятся — высокий нагрев приводит к обугливанию и разрушению мате­риала.

Термопластичные материалы при повторном патроне ста­новятся вязкими, могут неоднократно переплавляться, не теряя начальных физико-механических свойств, „поэтому такие материалы широко применяются в машинострое­нии.

Из термореактивных пластмасс для подшипников скольже­ния находят ограниченное применение текстолит марок 2; 2Б; 3; ПТК; ПТ и текстолитовая крошка. Из текстолитовых плит де­лают наборные подшипники прокатных станов, блюмингов и других машин с большой нагрузкой на опоры и малой ско­ростью скольжения. Основной недостаток текстолитовых под­шипников— плохой теплоотвод из-за низкого коэффициента теплопередачи.

Текстолитовая крошка применяется для вкладышей тяжело-нагруженных подшипников. Цельнопрессованным вкладышам присущи те же недостатки, что и наборным из текстолита. Зна­чительно лучше работают подшипники с металлическими вкла­дышами, облицованными текстолитовой крошкой; при смазке водой они допускают удельную нагрузку до 250 кГ/см2 при ско­рости скольжения 1 м/сек и до 90 кГ/см2 при у до 4 м/сек. При­садка фторопласта 4 позволяет повысить удельную нагрузку при тех же условиях до 330 (соответственно до 150 кГ/см2) и значи­тельно снизить коэффициент трения.

Основные физико-механические свойства текстолита для под­шипников приведены в табл. 8.

Полиамиды. Детали подшипников скольжения изготовляются иг полиамидных смол марок 68, 54, 548, АК7, капрон. Способ изготовления — литье под давлением, реже — прямое прессова­ние. Основные физико-механические показатели пластмасс из полиамидных смол приведены в табл. 8. В дополнение к таблич­ным данным следует подчеркнуть некоторые особенности от­дельных марок смол.

Смола 68 отличается хорошими антифрикционными' свой­ствами, износостойкостью, хорошим сцеплением с металлами. Отлитые детали могут свариваться при обычном нагреве или токами высокой частоты, хорошо склеиваются эпоксидными смо­лами, стойки в минеральных маслах и щелочах при температуре до 100° С. Антифрикционные свойства и прочность могут быть повышены присадками талька (марки П68Т5, П68Т10) или графита (марки П68Г5, П68Г10); подшипники из этих смол с присадками обладают свойством самосмазываемости и могут устанавливаться в местах, труднодоступных для подачи смазки. 20

Смола АК7 по механической прочности стоит выше смолы 68, но уступает ей по антифрикционным свойствам. Смола 54 отличается морозостойкостью до —40° С, а смола 548 — до —55° С, но по прочности и антифрикционным свойствам эти смолы существенно уступают предыдущим.

Основные недостатки пластических материалов из, полиа­мидных смол — водопоглощение, доходящее до 2% за сутки, очень большое относительное удлинение при растяжении, неста­бильность размеров, весьма низкий коэффициент теплопровод­ности. Теплоотвод из рабочей зоны цельнолитого или прессо­ванного пластмассового вкладыша весьма затруднен, что может вызвать перегрев и разрушение пластмассы. Для улучшения теп-лоотвода необходимо уменьшать толщину пластмассового слоя, что достигается методом вихревого напыления полиамида или -же наклеиванием тонкой пленки с помощью эпоксидных смол или полиамидного клея. Вихревое напыление по методу, разра­ботанному Московским научно-исследовательским институтом пластмасс, производится следующим образом: обезжиренные и обработанные пескоструйным аппаратом металлические вкла­дыши нагреваются выше температуры плавления смолы и поме­щаются в бак специального аппарата. Чистый сухой порошок антифрикционного полимера нагнетается струей сжатого воз­духа или инертного газа в нижнюю часть бака, проходит зону высокого нагрева, где частицы смолы размягчаются и оплав­ляются, далее они попадают на поверхность вкладыша, соеди­няются между собой и с металлом, образуя пленку, толщина ко­торой зависит от времени выдержки деталей в баке. После выемки из бака вкладыши нагревают для равномерного оплав­ления порошка и получения гладкой поверхности. Метод вихре­вого напыления можно применять и для получения тонкой анти­фрикционной пленки полимера на поверхности цапфы.

Из новых синтетических пластических материалов, поступив­ших в производство в 1962 г., находят применение как анти­фрикционные материалы следующие полимеры:

Поликарбонат (полиэфир угольной кислоты и диоксисоеди-нений жирного и ароматического рядов) с торговым названием дифлон; детали из него изготовляются литьем под давлением, экструзией и прессованием при 220—300° С. Дифлон устойчив в маслах и бензине, в слабых кислотах, в растворах минераль­ных солей, но разрушается щелочами. Отличается постоянством физико-механических свойств в широком интервале температур, водопоглощение меньше, чем у полиамидных смол.

Полиформальдегид отличается высокими физико-механиче­скими показателями и значительно большей жесткостью по сравнению с полиамидами; хорошие антифрикционные показа­тели, стабильность размеров изделий в широком интервале тем­ператур (до 120° С), стойкость в смазочных маслах и органиче­ских растворителях и весьма малое водопоглощение характери-9,2 зуют этот полимер как очень ценный материал для подшипников скольжения. Детали из полиформальдегида получают методами экструзии, прессования и литья из' экструдированного и грану­лированного полимера в формы, предварительно нагретые до 120° С.

Пентапласт (высокомолекулярный простой полиэфир, полу­чаемый из продуктов хлорирования пентаэритрита) относится к термопластичным материалам, отличается высокой термо-, водо- и химической стойкостью при температуре до 100—110° С; сохраняет размеры даже при резких изменениях условий эксплу­атации, износоустойчив, имеет малый коэффициент линейного расширения. Детали из пентапласта изготовляют прессованием в нагретых до 210° С пресс-формах при давлении 150 кГ1см2; литьем под давлением при температуре материала до 240° С и экструдированием. Физико-механические свойства поликарбо­ната, полиформальдегида и пентапласта приведены в. табл. 9.

Пластики на основе политетрафторэтилена (тефлон,, фторо­пласт) отличаются^ весьма низким коэффициентом трения при работе без смазки, высокой износоустойчивостью, стойкостью в воде, нефтепродуктах, кислотах и щелочах, стабильностью в широком температурном диапазоне от —200 до +300° С; однако механическая прочность фторопластов невелика, поэтому применение их в чистом виде весьма ограничено. В подшипниках скольжения фторопласт наносится тонким слоем на рабочую по­верхность вкладыша или же идет на пропитку пористых

металлокерамических и графитовых втулок, относительно реже он используется как наполнитель для волокнистых пласт­масс.

Подшипники с фторопластом особенно ценны для тех узлов трения, где смазка весьма затруднена или недопустима по тех­нологическим условиям; коэффициент трения без. смазки /~0,04--ь0,06; значение [pv] для чистого тефлона или фторо­пласта 0,35 кГм!см2сек, для пористых вкладышей, пропитанных фторопластом, — в 10 раз выше (до 3,5 кГм/см2сек); особенно хорошие показатели имеют трехслойные подшипники с основой из стали, вкладышем из пористой бронзы, пропитанной фторо­пластом, и рабочим слоем толщиной 20—40 мк из тефлона со свинцом — для них значение [pv] до 10,5 кГм/см2сек. Наибольшая температура для подшипников с фторопластом при продолжи­тельной работе до 250° С, при работе с перерывами — до 300° С.

§ 7. ПРОЧИЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Древесина твердых пород (бук, бакаут, граб, самшит и дру­гие), применявшаяся в чистом виде (без химической обработки) в узлах трения, смазываемых водой, вытеснена пластифициро­ванной древесиной; цельные бруски древесины пропитываются под давлением пластическими смолами, вкладыши изготовляются методом горячего прессования; область применения — подшип­ники, несущие умеренную постоянную или переменную нагрузку при небольшой скорости скольжения, в особенности при ревер­сивной передаче, когда нельзя обеспечить жидкостного трения, например в небольших прокатных станах и кранах; подшипники гидравлических машин и механизмов; опоры дейдвудных ва­лов небольших судов. Смазка водой, максимальная удель­ная нагрузка р до 100 кГ/см2, скорость скольжения v до 1 м/сек.

Древесная крошка с пластификатором (лигнофоль) идет на изготовление прессованных вкладышей подшипников, работаю­щих примерно в тех же условиях, что и в предыдущем случае, но с несколько меньшей нагрузкой (р<^60 кГ/см2)..

Древесно-слоистые пластики находят применение в подшип­никах гидротурбин, центробежных водяных насосов, прокатных станов, кранов и пр. Вкладыши изготовляются наборными из пластиков марок ДСП-Б и ДСП-В (по ГОСТ 8697-58). Пластики этих марок отличаются расположением слоев: в первом случае через 10—20 слоев с параллельным направлением волокон идет один поперечный слой, во второй марке слои с параллельным и перпендикулярным направлением волокон чередуются через один ряд. Рациональное расположение волокон на рабочей по­верхности наборных вкладышей торцовое, максимальная удель­ная нагрузка при смазке водой до 350 кГ/см2, наибольшая ско­рость скольжения при постоянной спокойной нагрузке до 24 8 м/сек. Но значение произведения pv в режиме пуска и оста­нова машины не должны быть выше 350 кГм/см2сек. При смазке легкими минеральными маслами подшипники из ДСП имеют меньшую нагрузочную способность (примерно в 8—10 раз), чем при водяной смазке.

Физико-механические свойства древеснослоистых пластиков приведены в табл. 10.

Таблица 10

Резина применяется для облицовки вкладышей, используе­мых в подшипниках гидротурбин, водяных насосов, турбобуров, дейдвудных валов и других опор, работающих с обильной водя­ной смазкой. Благодаря упругим свойствам резины, такие опоры мало чувствительны к небольшим перекосам и колебаниям вала, могут работать в загрязненной воде, но не допускают пре­кращения подачи воды, так как при этом происходит прихва­тывание вала.

Работоспособность подшипника резко падает при повышении температуры до 65—70° С. Допускаемая удельная нагрузка ко­леблется в пределах от 20 кГ/см2 для мягких сортов резины и до 60 кГ/см2 для твердой вулканизированной резины, но упругость такой резины низка.

Заменителем резины может.служить синтетический мате­риал — пол.иу:рэтановый полимер, имеющий торговое название вулколан; исходным продуктом для его изготовления служат по-лиизоцианаты. Вулколан имеет примерно такие же свойства,- как и твердая резина: удельный вес 1,26, предел прочности при ра­стяжении 300 кГ/см2, относительное удлинение при разрыве до 400—600%, коэффициент теплового расширения —2- 10~4 (в ин-

тервале 20—ilOO° С), удельная теплоемкость 0,45 ккал/кГ • град, обладает водо-маслостойкостью, износоустойчивостью, хорошо соединяется с металлами, легко обрабатывается резанием, но имеет повышенный коэффициент трения и не может работать без смазки. Лучшая смазка — вода, но допустимы также нефтяные масла и консистентные смазки. Область применения: опоры с ударной нагрузкой и малой скоростью скольжения (рулевые колонки автомобилей, серьги рессор, подвески.колес), опоры, работающие в загрязненной среде (сельскохозяйственные ма­шины, насосы и пр.).

ГЛАВА III

СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В подшипниках скольжения смазка должна снижать потери на трение, уменьшать износ рабочих поверхностей и способ­ствовать отводу тепла, образующегося в зоне трения. В боль­шинстве случаев эти требования равнозначны, и смазка должна выполнять все указанные функции; такими свойствами в той или иной мере обладают жидкие масла, вырабатываемые аз нефте­продуктов; в гидромашинах эти функции выполняет вода, в ма­шинах химического производства — та жидкая среда, которая транспортируется или перерабатывается машинами,и от которой трудно изолировать опоры; в подшипниках, несущих весьма ма­лую нагрузку и работающих с очень большой скоростью сколь­жения, применяется воздушная или газовая смазка.

В тяжелой агруженных опорах, работающих периодически с постоянной или переменной нагрузкой при малой скорости скольжения, теплоотвод осуществляется в основном непосред­ственно через трущиеся детали, и функции смазки сводятся к уменьшению износа и потерь на трение в режиме полусухого и граничного трения—здесь уместна консистентная смазка, графитовые смеси, синтетические материалы типа фторопласта и некоторые твердые химические соединения, например дисуль­фид молибдена, образующие на поверхности скольжения весьма прочную тонкую адсорбированную пленку, обладающую высо­кими антифрикционными и лротивоизносными свойствами. Та­ким образом, ассортимент смазочных материалов чрезвычайно широк, промышленность непрерывно вырабатывает новые сорта нефтяных и синтетических масел, новые виды антифрик­ционных полимеров, присадок и твердых смазок. В этой главе рассматриваются наиболее распространенные виды смазочных материалов и те свойства их, которые необходимо знать для рас­чета и конструирования подшипников скольжения. Такие пока­затели, как зольность, коксуемость, кислотное число и прочие, здесь не приводятся. Сведения о них даны в соответствующих стандартах.

§ 8. НЕФТЯНЫЕ СМАЗОЧНЫЕ МАСЛА

Для смазки подшипников скольжения различных машин, ра­ботающих в весьма широком диапазоне нагрузок и скоростей вращения вала, служат масла общего применения, называемые индустриальными, и специальные — турбинные, автомобильные, автотракторные, трансмиссионные, авиационные и другие, назва­ния которых соответствуют основной области применения,, но вовсе не исключают использования их и в других машинах. Све­дения о наиболее употребительных марках масел даны в табл. 11.

	Вязкость кинема-ч тическая в ест		Вязкость 'в °	условная ВУ	Темпера­тура в "С		Удельный вес при 20° С
Марка масла	при 50° С	при 100° С	при 50° С	при 100° С	s и 3 2 с о ш	Ш 3 ёа
Трансмиссионные автомобильные			с присадкой 5% ЭЗ-5 (ГОСТ 8412-57)
ТАп-15.... ТАп-10....	—	15 10	—	—	95 95		—
Трансмиссионное автотракторное масло (по ГОСТ 542-50)
Зимнее Летнее	Z	2,7—3,2 4,0—4,5		—	170 180	—20 —5	0,945 0,950
Масло для про­катных станов П-28 (по ГОСТ 6480-53)		26—30		3,68—4,20	285	—10	0,900

Для качественной оценки нефтяных масел в стандартах при­веден ряд показателей, из которых особое значение для рабо­тоспособности и долговечности опор скльжения имеют два показателя: смазочная способность (иногда называемая масляни­стостью) и вязкость масла. Смазочная способность характери­зует свойство масла уменьшать потери на трение и снижать износ рабочих поверхностей шипа и подшипника при граничном и отчасти полужидкостном трении. Это свойство зависит от проч­ности тонкой адсорбированной пленки, образующейся на сма­зываемой поверхности. По исследованиям Р. М. Матвеевского [27J прочность этой пленки обусловлена не только материалами тру­щихся деталей и сортом масла, но и в весьма существенной сте­пени зависит от температуры смазочного слоя. При некоторой; критической температуре пленка разрушается, что влечет за собой возможность непосредственного контакта отдельных уча­стков поверхностей скольжения, повышенный износ и дальнейшее возрастание температуры, приводящее к схватыванию и даже свариванию соприкасающихся частиц поверхностей цапфы и под­шипника. Критические температуры, определенные для некото­рых сортов масел при испытании их на четырехшариковой ма­шине, приведены в табл. 12. В большинстве случаев критиче­ская температура значительно ниже температуры вспышки масла,, причем разница эта возрастает с увеличением вязкости масла. Для маловязких масел критическая температура приближается1 к температуре вспышки.

Для улучшения смазочных свойств нефтяных масел « ним» добавляют специальные присадки, содержащие серу, хлор, ба­рий и др. Основные характеристики некоторых присадок приве­дены в табл. 13. 30

Обозначение	Вязкость кинемати­ческая при 100° С в ест		Активные компоненты в %		Назначение
АзНИИ-10			Сера 3; фосфор 6		Добавляется к энергети: ческим нефтяным и синте­тическим маслам до 0,5%; улучшает антиокислитель­ные и антикоррозионные свойства
АзНИИ-11	—		Азот 3, 8; гидроксильная группа 5, 7		К трансформаторным и турбинным маслам 0,05— 0,1%; улучшает стабиль-
АзНИИ-11ф			Азот 4; гидроксильная группа 6		ность масел
АзНИИ-12	—		Азот 2; фосфор 3		К моторным маслам до 1 %; повышает стабильность
ЦИАТИМ-330 (по ВТУ 483-53)	24—34		Сера не менее 1,2; кобальт 2—3		К автомобильным и авиа­ционным маслам 2—4%; улучшает антикоррозион­ные и моющие свойства
ЦИАТИМ-339 1 (по ГОСТ 8312-57)	Не менее 15		Барий не менее 4,7; сера 4—5,5, хлор не более 0,3		К моторным маслам 3— 5%; улучшает антикорро­зионные и антиокислитель­ные свойства
ВНИИ НП 360 (по ГОСТ 9899-61)	13—20		Барий не менее 7,8; цинк не ме­нее 0,6; фосфор не менее 0,8; сера до 1,4		К моторным маслам 3,5— 8%; улучшает моющие, антиокислительные и про-тивоизносные свойства
МНИИ-ИП-22к (по ГОСТ 9832-61)	16—25		Кальций не менее 4; фосфор 1,7; сера 5		К моторным маслам дви­гателей, работающих на сернистом топливе, до 4,5%; улучшает антикоррозион­ные, антиокислительные, моющие и противоизносные свойства масел
ДФП			Цинк 4,7—5,2; фосфор 4,5—5; сера 9—10%		К моторным и трансмис­сионным маслам 1—4%; улучшает антиокислитель­ные и противоизносные свойства
Сульфол 1 1			Сера 7—9,5; хлор 52,5—57		К автотракторным транс­миссионным маслам 3—4%; улучшает противоизносные и противозадирные свойства
Обозначение		Вязкость кинемати­ческая при 100° С в ест		Активные компоненты в %		Назначение
Хлорэф 40				Фосфор 7,5— 9 5-хлор 22—29		К трансмиссионным авто­тракторным маслам 1—2%; улучшает противоизносные и противозаднрные свойства
МПС		22—50		Кальций 5		Улучшает антиокисли­тельные и антикоррозион­ные свойства моторных и индустриальных масел, увеличивает срок их службы
СБ.З и СК-3		19		Сера 1		К моторным маслам до 10%; улучшает моющие, антинагарные и противоиз-носные свойства; значитель­но повышает срок службы масел

Для режима жидкостного трения и отчасти полужидкостного решающее значение имеет вязкость масла и изменение ее в за­висимости от температуры и давления.

Вязкостью масла называется сопротивление слоя жидкости относительному сдвигу. Сила вязкого сдвига, называемая также силой жидкостного трения, определяется по закону Ньютона

где [а — динамический коэффициент вязкости, называемый обычно динамической вязкостью;

dv

^—градиент скорости сдвига по нормали к направлению

движения; S — площадь сдвига.

Единицей динамической вязкости з системе MKXGC служит сила, выраженная в кГ, необходимая для перемещения слоя жидкости поверхностью в 1 м2 со скоростью 1 м/сек относительно другого слоя жидкости с той же поверхностью, отделенного от смещаемого слоя расстоянием в 1.и; размерность этой единицы кГсек/м2. В системе СГС единицей динамической вязкости принят пуаз, имеющий размерность дина сек/см2. Одна сотая пуаза на­зывается сантипуазом;,сокращенные обозначения соответственно пз и спз.

В международной системе единиц СИ—единица динамиче­ской вязкости 1 н • сек/м2.

3 Зак. 2/596 33

Соотношения между единицами динамической вязкости в си­стемах МКТСС, С ГС и СИ следующие:

1 кГсек/м2 = 98,07 пз = 9807 спз = 9,807 н-сек'м^ 1 пз — 100 спз = 0,0102 кГсек^м* = 0,1 н-сек\мг

В технических характеристиках масел, указываемых в стан­дартах, приводится обычно кинематическая вязкость v; она представляет собой отношение динамической вязкости ц к плот­ности жидкости р:

* = f (8>

Единицей кинематической -вязкости в системе С ГС служит стоке, имеющий размерность см2/сек; одна сотая стокса назы­вается сантистоксом; соответствующие обозначения — ст и ест. В единицах СИ 1 ст= 10~4 м2/сек. Так как плотность р, выражен­ная в единицах ССГ, численно совпадает с удельным весом у, выраженным в Г/см3, то кинематическая вязкость в стоксах чис­ленно равна отношению динамической вязкости р, выраженной в пуазах, к удельному весу т. выраженному в Г/см3

- = ~- (9)

Это соотношение остается справедливым и при v в ест, если ц будет выражено в спз.

Для перехода от динамической вязкости в кГсек/м2 к кине­матической вязкости в ест служит выражение

9807ц
v = ест.

Практически вязкость масла оценивается косвенным мето­дом — по времени истечения определенного количества испы­туемого масла из' вискозиметра. Отношение времени истечения 200 мл масла при температуре испытания из стандартного виско­зиметра ко времени истечения такого же количества дистилли­рованной воды при температуре 20°С называется условной вяз­костью, выражаемой в градусах (ВУ; температура испытания от­мечается индексом, например, ВУ50, ВУ,. Соотношение между кинематической вязкостью ъ ест и градусами ВУ выражается зависимостью

* = 7,32ВУ-!§!; (10)

при ВУ > 10 принимают у = 7,4ВУ.

Шкала ВУ весьма близка к шкале Энглера (°Е), принятой в ФРГ и ГДР; в Англии для условной вязкости приняты секунды 34

Редвуда № 1, обозначаемые Ru они связаны е v соотноше­нием

171

4 = 0,26^-— ест; (11)

при 45 сек v =;0,247/?i.

В США приняты секунды Сейболта-Универсал SU

v = 0,22SU - Щ ест; (12)

при SU>285 сек v = 0,216SU.

Для перевода от градусов ВУ к динамической вязкости при той же температуре служит выражение

|i=l,02« 1'0*т(7,32ВУ-§^) ; - (13)

при ВУ^-10 можно считать

I* —7,5 104тВУ, (14)

где к в Г/'см2; р в кГсек/м2.

Для определения плотности pt масла при температуре t°C
служит формула

Р, = Р2о-к('-20), (15)

где Р20—плотность масла при 20° С в Г/см3 (в системе СГС); к — температурная поправка, значение которой приведено в табл. 14.

Соотношения между значениями кинематической вязкости и условной вязкости по различным шкалам приведены в табл. 15.

Таблица 15

Соотношения значений вязкости по различным шкалам

Кинематиче­ская в сет	ВУ в град			Энглер Е в град		Редвуд R, в сек		i Сейболт SU i в сек
1	1,00			1,05		28,8		31,6
2	1,10			1,13		31,0		34,2
3	1,20			1,21		33,3		36,9
4	1,29			1,29		35,7		39,5
5	1,39			1,37		38,2		42,4
6	1,48			1,46		40,8		45,3
7	1,57			1,55		43,5		48,5
8	1,67			1,65		46,3		50,5
9	1,76			1,74		49,2		54,9
10	1,86			1,85		52,3		58,5
11	1,96			1,96		55,4		62,0
12	2,05			2,06		58,5		65,5
14	2,26			2,29		65,0		72,9
16	2,48			2,51		71,6		80,6
18	2,72			2,74		78,5		88,6
20	2,95			2,98		85,4'		96,7
22	3,19			3,22		92,5		105
24	3,43			3,46		,99,6		ИЗ
Кинематиче­ская в ест		I ВУ в град	Энглер Е в град		Редвуд R, в сек		Сейболт SU в сек
26		3,68	3,71		107		122
28		3,95	3,96		114		131
30		4,20	.4,21		121		139
32,5		4,52	4,53		131		150
35		4,85	4,85		140		161
37,5		5,16	5,17		149		172
40		5,50	5,49		158		183
45		6,16	6,14		177		206
50		6,81	6,78		196		228
55		7,47	7,44		215		251
60		8,13	8,10		234		274
65		8,80	8,76		253		296
70		9,48	9,43		292		319
80		10,8	10,7 •		324		371
90		12,2	12,1		364 -		417
100		13,5	13,4		405		464
110		14,9	14,9		445		510
120		16,2	16,2		486		556

Зависимость вязкости масел от температуры и давления

При повышении температуры вязкость масла уменьшается. Для оценки интенсивности изменения вязкости в зависимости от температуры служит температурный коэффициент вязкости ТКВ, определяемый по формуле

ТКВ — v°~Vl0° (16)

Чем меньше этот коэффициент, тем более полого идет кри­вая \>(Т). Метод определения ТКВ масел изложен в ГОСТ 3153-51. Для определения кинематической вязкости при данной температуре пользуются эмпирической формулой Вальтера

•. Iglg(*4-0,6)=i4 -B\gT, - (17)

где v — в ест; Т — абсолютная температура; А и В — постоянные величины для каждого сорта масла. На фиг. 2 даны зависимости вязкости масел от температуры, построенные для некоторых ма­сел по уравнению Вальтера, причем по оси ординат отложены значения 4glg(v+0,6); при двойном логарифмировании измене­

ние вязкости в узком температурном интервале становится мало заметным. Более удобно пользоваться фиг. 3, где представлены кривые изменения динамической вязкости ц в кГсек/м2 в зави­симости от температуры в интервале от 30 до 100° С, что соот­ветствует наиболее часто встречающимся эксплуатационным условиям. С достаточной для практических расчетов точностью зависимость динамической вязкости от температуры может быть

сящий от вязкости масла и температурного коэффициента, вяз­кости; для масел, характеристики которых приведены в табл. 11, можно брать такие средние значения т в зависимости от v в ест:

при v50 = 20 30 ' 40 50 70 80 90 120 jn = 1,9 2,5 2,6 2,7 2,8 2,85 2,9 3

С увеличением давления вязкость масла возрастает; по Кис-кальту

^ = (19)

по Барусу

РР = неар, (20)

Здесь цр динамическая вязкость в кГсек/м2 при давлении р в кГ/см2; ц0 — то же при атмосферном давлении; а—постоян-

ная, зависящая от сорта масла; е — основание натуральных ло­гарифмов; а — пьезакоэффициент, зависящий, в свою очередь, от температуры и давления в масляном сло'е и от сорта масла. Для смазочных нефтяных масел значение а«'(2-?-3)'10~3. Кон­станты а в уравнении (19) и а в формуле (20) связаны прибли­женной зависимостью

ая^ 1 -J- а.

При давлении в смазочном слое до 50 кГ/см2 увеличение вяз­кости пренебрежимо мало и его можно не учитывать. Но при р=100 кГ/см2 вязкость возрастает на 25—30%, следовательно, при расчете подшипников с большой удельной нагрузкой, напри­мер подшипников прокатных станов, необходимо учитывать за­висимость вязкости от расчетного давления.

§•9. СИНТЕТИЧЕСКИЕ СМАЗОЧНЫЕ МАСЛА

Синтетические масла, изготовляемые для смазки мащин и приборов, работающих в весьма широком температурном диа­пазоне, делятся на четыре основные группы.

Масла на основе эф и ров карбоновых кислот и многоатомных спиртов отличаются пологой вязкостно-температурной кривой, т. е. имеют низкий температурный коэф­фициент вязкости, сохраняют смазочную способность в интервале от —65 до +120° С, а со специальными присадками предельная температура повышается до 200° С; растворимы в нефтяных мас­лах и могут применяться для получения комбинированных масел с промежуточными свойствами.

Гликоли получаются как побочный продукт при гидрата­ции окиси этилена, конденсацией этиленгликоля с окисью эти­лена или прямой полимеризацией окиси этилена; благодаря отно­сительной дешевизне исходных продуктов и технологического процесса-, стоимость гликолей ниже стоимости других синтетиче­ских масел. Гликоли отличаются хорошими смазочными свой­ствами и низким температурным коэффициентом вязкости в ши­роком интервале t от —70 до +200° С, однако при if> 100°С возрастает склонность к окислению. Область применения глико­лей: авиационные приборы и двигатели, компрессоры, вакуум-насосы и пр.; с присадками, повышающими стабильность при вы­сокой температуре, пригодны для смазки опор газовых турбин. С нефтяными маслами гликоли смешиваются плохо.

Силиконы представляют собой кремнийорганичеокие со­единения, которые могут иметь требуемую вязкость в зависимо­сти от степени полимеризации. Отличительная особенность сили­конов—iвесьма пологая вязкостно-температурная кривая, тем­пературный коэффициент вязкости у них меньше, чем у всех остальных синтетических масел; в этом отношении сили­коны стоят выше многих нефтяных масел (см. фиг. 2), однако по смазочной способности силиконы уступают последним. Тер-38 ' мическая и химическая стабильность силиконов сохраняется в весьма широком температурном диапазоне от —70 до +200°С, а с помощью специальных присадок верхний температурный пре­дел может быть поднят до 300—350° С. Кинематическая вязкость силикона № 2 v2o — 6-М 2 ест, v_50 = 240 ест; силикона -№ 4 v2o = = 40-М8 ест, v_6o=2000 сет. Основное применение силиконы на­ходят в гидравлических передачах, амортизаторах и в меньшей степени как смазочные масла вследствие ограниченной смазоч­ной способности, однако по мере исправления этого недостатка с помощью присадок область применения силикона как смазки для подшипников скольжения будет расширяться.

Ф то р о у г л е р о д ы и х л ор ф то р у г л ер о д ы обладают высокой термической устойчивостью, верхний предел рабочей температуры доходит до 300° С, но нижний предел выше, чем у предыдущих синтетических масел; температура застывания от —10 до —30° С; 'вязкостно-температурная кривая идет очень круто (очень велик ТКВ), как это видно ла фиг. 2, и в этом отношении фторо- и хлорфтороуглероды уступают другим син­тетическим маслам, а также и нефтяным маслам. Фторо- и хлор­фтороуглероды обладают специфической особенностью — они негорючи, стойки в кислотах и щелочах, что делает их особо ценными для применения в специальных компрессорах, вакуум-насосах и в других машинах химической промышленности.

Основные данные некоторых видов синтетических масел при­ведены в табл. 16,

Название масла	Приблизи­тельный состав	Удельный вес при 20° С	Вязкость кинемати­ческая в сет при			Темпера­тура в °С
			20°	60°	100°	вспыш­ки	засты­вания
Метилсиликоновое (с повышенной смазочной способ­ностью)		0,964	37,8° 40		98,9° 17	315	—54
Метилхлорфенилси-ликоновое (с по­вышенной сма­зочной способ­ностью)		1,03	40		16	302	—73