Шаг пружины сжатия в ненагруженном состоянии

, (6.23)

где λ_mах – упругое сжатие пружины под действием силы F_max;

1,1 … 1,2 – коэффициент, предопределяющий некоторый зазор между витками пружины при F_mах, во избежание частичного прилегания витков и потери линейности характеристики пружины.

Длина пружины в ненагруженном состоянии

Н₀ = Н + i(h - d). (6.24)

Пружины сжатия, у которых Н₀/D ≥ 3, во избежание выпучивания ставят на оправках или в стаканах.

Контрольные вопросы

1. Для чего используются упругие элементы?

2. Что такое индекс пружины?

3. Какой вид напряжений испытывает проволока пружин растяжения-сжатия?

4. Почему для изготовления пружин используются материалы высокой прочности? Какие это материалы?

5. Что означает открытая и закрытая навивка?

6. В чем состоит расчет витых пружин?

7. Основные достоинства тарельчатых пружин?

6.3. Смазочные материалы

Основным назначением смазочных материалов является снижение трения и изнашивания в трибосопряжениях машин, механизмов, приборов, применяемых в различных областях техники. Надежность трибосопряжения во многих случаях определяется качеством смазочного материала, поэтому его свойства должны учитываться наравне со свойствами материалов сопряженных деталей при разработке узла трения. На практике широко применяются жидкие, пластичные и твердые смазочные материалы.

6.3.1. Смазочные масла

Смазочные масла по производственному применению подразделяют на следующие:

• моторные (для поршневых двигателей);

• трансмиссионные (для цилиндрических, конических, спирально-конических и гипоидных передач, зубчатых редукторов, шарниров);

• индустриальные (для машин и механизмов промышленного оборудования – станков, направляющих скольжения, промышленных редукторов, прокатных станов, приборов);

• различного назначения – компрессорные, холодильные, турбинные.

Смазочные масла независимо от области их применения и помимо основного назначения (снижения трения и изнашивания в трибосопряжениях) должны удовлетворять следующим требованиям:

• защищать поверхности трущихся деталей от коррозионного воздействия внешней среды;

• отводить теплоту от поверхностей трения;

• удалять из зоны трения частицы износа.

Эксплуатационные свойства масел. Свойство жидкости оказывать сопротивление взаимному перемещению ее слоев под действием внешней силы характеризуется динамической μ или кинематической ν вязкостью. Количественно динамическая вязкость (Па·с) определяется отношением касательной составляющей силы трения к градиенту скорости между слоями жидкости. Кинематическая вязкость (мм² · с^-1) определяется отношением динамической вязкости к плотности жидкости ν = μ / ρ.

Вязкость масла зависит от температуры. С понижением температуры вязкость возрастает, что затрудняет пуск машины или механизма и увеличивает сопротивление вращению деталей, разделенных слоем масла. При выборе масла желательно, чтобы изменение вязкости в рабочем диапазоне температур трибосопряжения было наименьшим, т.е. вязкостно-температурная кривая была более пологой. Параметром, характеризующим «пологость» кривой, является безразмерная величина – индекс вязкости. Чем выше индекс вязкости, тем меньше изменение вязкости с температурой. Для товарных минеральных масел индекс вязкости составляет 70 … 80. Его повышения (до 100 и выше) достигают смешением масла с синтетическими эфирами, полимерными присадками, а также использованием гидрокрекинга при технологическом процессе получения масла. Характерными эксплуатационными свойствами масел служат температура вспышки, температура застывания, противокоррозионные свойства, оцениваемые по кислотному числу (количество КОН мг для нейтрализации 1 г масла). Одним из наиболее важных свойств масел являются их смазочные свойства – антифрикционные противоизносные и противозадирные. Смазочные свойства масел оценивают при триботехнических испытаниях. Наиболее распространены испытания на четырехшариковой машине с определением нагрузки заедания F_K, нагрузки сваривания F_C, диаметра пятна износа d_И и индекса задира И_З, величины, вычисляемой по результатам измерения износа шариков:

, (6.25)

где F_i – осевая нагрузка i-го испытания, Н;

d_r – диаметр площадки упругой деформации по Герцу при нагрузке F_i, мм;

d_И – средний диаметр пятен износа при нагрузке F_i, мм;

n – число испытаний.

Чем выше F_K, F_i, И_З и чем меньше d_И, тем выше уровень противозадирных и противоизносных свойств масла.

Антифрикционные свойства могут быть определены методом оценки температурной стойкости масел при трении в диапазоне температур 20 … 300 °С. Этот метод позволяет выявить предельные (критические) температуры работоспособности граничных слоев, образованных в результате физической адсорбции, а также определить температуры образования химически модифицированных слоев на поверхностях трения, в результате продуктов разложения химически активных присадок с металлом поверхности. В данном методе в узле трения машины можно сочетать образцы из различных металлов и сплавов.

Присадки, назначение и классификация. Повышение смазочной способности, антиокислительных, противокоррозионных и других эксплуатационных свойств масел достигается введением в их состав небольшого количества соответствующих присадок. По механизму смазочного действия антифрикционные, противоизносные и противозадирные присадки, улучшающие смазывающие свойства масел, могут быть поверхностно-активными или химически-активными.

Индустриальные масла общего и специального назначения

Основу индустриальных масел составляют нефтяные дистиллятные, остаточные масла и их смеси. Масла серии И не содержат присадок, а масла серии ИГП, характеристики которых приведены в табл. 6.1, содержат комплекс присадок (антиокислительную, противоизносную, противокоррозионную и противопенную). В связи со значительным различием условий работы зубчатых передач используют также индустриальные масла специальных серий: ИСП с противозадирной, противоизносной и антифрикционной присадками (АБЭС, ДФ-11, В-15/41); ИТП с противозадирной, антифрикционной и антиокислительной присадками (ОТП, ДФ-11, В-15/41); ИРп с противозадирной, противоизносной, противоокислительной, антифрикционной и противопенной присадками (ДФ-11, АКФ, ОТП, В-15/41, ПМС-200А).

Для гидравлических систем применяют масла серии ИГП, содержащие помимо присадок, улучшающих смазочную способность, антиокислительные, антикоррозионные, противопенные и деэмульгирующие присадки.

Для смазывания направляющих скольжения (горизонтальных, вертикальных наклонных) используют масла серии ИНСп, содержащие противоскачковую, противозадирную, солюбилизирующую и противопенную присадки (Л3-23к, стеарат алюминия, сульфонат натрия, натуральный каучук, ПМС-200А).

Таблица 6.1

Характеристики индустриальных масел

Марка	Обозначение по ГОСТ 17479.4 – 87	Плотность при 20 ºС кг/м3, не более	Кинематическая вязкость при 40 ºС, мм2/с	Температура, ºС		Область применения
				вспышки в открытом тигле, не ниже	застывания, не выше
ИГП- 18 ИГП-30 ИГП-38 ИГП-49	И-Г-С-32 И-Г-С-46 И-Г-С-68 И-Г-С-68	880 885 890 895	24 … 30 35 … 50 35 … 65 70 … 85	176 200 210 215	-15 -15 -15 -15	Гидравлические системы станков автоматических линий, высокоскоростные коробки передач, мало- и средненагруженные редукторы и червячные передачи, вариаторы, подшипники
ИГП-72 ИГП-91 ИГП-114	И-Г-С-100 И-Г-С-150 И-Г-С-220	900 900 900	110 … 125 148 … 165 186 … 205	220 225 230	-15 -15 -15	Гидросистемы тяжелого прессового оборудования, шестеренчатые передачи, средненагруженные зубчатые и червячные редукторы
ИГП-152 ИГП-182	И-Т-С-320 И-Т-С-320	905 910	288 … 352 288 … 352	230 240	-15 -15	Нагруженные зубчатые и червячные передачи, коробки скоростей и другие узлы

Для смазывания цепей подвесных и напольных конвейеров, проходящих через сушильные камеры с температурой 180 – 200 °С, используют масла серий ИЦП, содержащие пакеты присадок (ДФ-11, КП-10, В-15/41, МоS₂).

Динамическая вязкость при температуре t (°С) приближенно может быть оценена по зависимости

μ_t = μ_t0(t₀ / t)^m, (6.26)

где μ_t0 – табличное значение динамической вязкости при t₀,

m = 2,6 … 3 – показатель степени.

При известной кинематической вязкости ν динамическая вязкость

μ = 0,1νρ, (6.27)

где μ, Па·с,

ν, мм²·с^-1,

ρ, плотность масла, г/см³.

Трансмиссионные масла

Трансмиссионные масла предназначены для применения в узлах трения агрегатов трансмиссий легковых и грузовых автомобилей, автобусов, тракторов, тепловозов, дорожно-строительных и других машин, а также в различных зубчатых редукторах и червячных передачах промышленного оборудования.

Трансмиссионные масла представляют собой базовые масла, легированные различными функциональными присадками. В качестве базовых компонентов используют минеральные, частично или полностью синтетические масла. Трансмиссионные масла работают в режимах высоких скоростей скольжения, давлений и широком диапазоне температур. Их пусковые свойства и длительная работоспособность должны обеспечиваться в интервале температур от -60 до +150 °С. Поэтому к ним предъявляют довольно жесткие требования. Все необходимые свойства трансмиссионного масла обеспечиваются путем введения в состав базового масла соответствующих функциональных присадок: депрессорной, противозадирной, противоизносной, антиокислительной, антикоррозионной, противоржавейной, антипенной и др.