книги из ГПНТБ / Цуркан И.Г. Смазочные и защитные материалы учебник

И.Г. ЦУРКАН, С. Н. КАЗАРНОВСКИЙ,

И.Н. КОЛОТУХИН

СМАЗОЧНЫЕ И ЗАЩИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Утверждено Главным управлением

учебными заведениями МПС в качестве учебника

для техникумов. железнодорожного транспорта

МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1974

красочных материалов, употребляемых в ва­ гонном хозяйстве. Приведены сведения о гидродинамическом и граничном трении, кор­ розии металлов, понятия о химическом составе материалов, поверхностных явлениях, раство­ римости.

Книга утверждена Главным управлением учебными заведениями МПС в качестве учебни­ ка для техникумов железнодорожного транспор­

К н и г у н а п и с а л и :

введение — С. Н. Казарновский и И. Г. Цуркан;

часть первую — И. Г. Цуркан; часть вторую — С. Н. Казарновский и

И, Н. Колотухин.

Ц

© Издательство «Транспорт», 1974.

В В Е Д Е Н И Е

Смазочные и защитные материалы появились одновременно с пер­ вым жилищем, простыми механизмами и орудиями охоты. Жир '’“‘“применяли для смазывания втулок ручных мельниц, осей колесниц,

ных материалов и требования к ним возрастали. В современной жизни без смазок и масел практически остановились бы все стационарные механизмы и транспортные средства — настолько велика их роль.

Правильный подбор и применение смазочных материалов всегда дают технический и экономический эффект. Подсчитано, что из-за нерационального использования смазок в Англии в 1966 г. потери составили более 1 млрд. руб. За счет применения более высокока­ чественных масел и смазок срок службы узлов трения может быть увеличен в 2—3 раза.

Основной функцией смазочных материалов является уменьшение трения и износа трущихся деталей. Часто смазочные материалы при­ званы защищать металлические поверхности от коррозии, герметизи­ ровать узлы трения и т. д.

Важную роль играют масла и смазки на железнодорожном транс­ порте и, в частности, в вагонном хозяйстве. Работа буксовьпГ'подшипников, автотормозных приборов, редукторов, силовых и Холо­ дильных установок рефрижераторных вагонов немыслима* без пра­ вильно подобранной смазки. Смазочные материалы, . применяемые в узлах трения вагонов, должны не только способствовать увеличе­ нию среднего срока службы узлов трения, но и обеспечивать их без­ аварийную работу, т. е. безопасность движения поездов.

Большую роль в разработке учения о смазочных материалах

. сыграл русский ученый, создатель гидродинамической теории трения

Н.П. Петров. Значительный вклад внесли акад. П. А. Ребиндер,

Н.И. Черножуков, С. Э. Крейн, Б. В. Лосиков, Г. В. Виноградов. Много сделали для подбора и применения масел и смазок в вагонном хозяйстве А. Г. Попич, К. А. Лютер, Д. С. Великовский и другие ученые.

Смазочные и защитные лакокрасочные материалы по своим свой­

ствам, химической структуре и источникам сырья имеют много общего:

3

большинство смазок и синтетические лакокрасочные материалы получаются из продуктов переработки нефти, а также из ряда кремнийорганических соединений;

при нанесении на поверхность образуют тонкие прочные пленки, которые защищают от разрушения металлы, древесину и другие ма­ териалы на весьма длительные сроки;

легко подвергаются реставрации, возобновлению или удалению

впроцессе ремонта изделий; дешевы;

обеспечивают возможность эксплуатации подвижного состава же­ лезных дорог.

Одновременно между смазочными и лакокрасочными материалами существуют различия:

смазочные материалы образуют невысыхающие, а лакокрасоч­ ные материалы высыхающие пленки;

смазки служат в основном для уменьшения трения и износа тру­ щихся деталей машин и механизмов;

лакокрасочные материалы предназначены главным образом для защиты металлических изделий от коррозии, деревянных и других из­ делий от разрушения, в то время как смазки могут применяться только как консервационное средство временной защиты изделий при транс­ портировке вагонов, при отстое и трущихся поверхностей в период эксплуатации.

Лакокрасочные материалы также служат для декоративной от­ делки вагонов, обеспечения санитарно-гигиенических условий и как сигнальное средство для повышения безопасности движения поездов.

Широкое применение лакокрасочных материалов привело к соз­ данию новых олиф, лаков, пигментных красок и эмалей. В настоящее время ассортимент лакокрасочных материалов, используемых на транспорте, превышает тысячу разных видов и марок, каждая из которых служит для определенной цели: окраска вагонов снаружи, окраска кислотных и бензиновых цистерн, защита от коррозии кузовов цельнометаллических вагонов, нанесение сигнальных знаков, надписей и т. д.

Правильный выбор лакокрасочных материалов обеспечивает на­ дежность и сохранность защитных покрытий.

Недостаточно качественная окраска вагонов приводит к значи­ тельным коррозионным повреждениям — сквозным разрушениям ку­ зовов, баков расширителей и многих деталей и узлов вагонов.

Изучение коррозионных явлений и разработка теории электро­ химической и химической коррозии осуществлялись советскими уче­ ными В. А. Кистяковским, Н. А. Изгарышевым, Г. В. Акимовым. Дальнейшее развитие этой науки и методов борьбы с коррозией про­ водят Н. Д. Тошатов, Н. Т. Кудрявцев, С. А. Балезин, С. Г. Веденкин и др. Значительные успехи в разработке новых лакокрасочных ма­ териалов и теории защитных покрытий, в том числе на железнодорож­ ном транспорте, достигнуты благодаря трудам советских ученых Е. Н. Орлова, А. А. Сапожникова, И. А. Целикова, В. С. Киселева,

4

СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Гл а в а I. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ТРЕНИИ И РОЛЬ ВЯЗКОСТИ МАСЕЛ ПРИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ СМАЗЫВАНИИ

1. Понятие о трении скольжения

При соприкосновении (контакте) и взаимном перемещении (сколь­ жении) двух твердых тел на их контактнрующихся поверхностях проходят сложные процессы деформирования выступов неровностей. Более грубые неровности (макрошероховатость) претерпевают упругие и необратимые (пластические) деформации. Если неровности соизмери­ мы по величине с размером молекул (микрошероховатость), скольже­ ние может сопровождаться усилением колебательного движения эле­ ментарных частиц поверхности или даже нарушением естественного порядка их расположения, отрывом и перемещением некоторых из них (схватывание). Обычно эти процессы объединяют понятием «внешнее трение» или просто «трение». Трение проявляется в возникновении си­ лы, препятствующей скольжению, и всегда направлено против сколь­ жения (сила трения), в выделении тепла, повреждении поверхностей (износ).

Сила трения N приближенно пропорциональна силе Р, с которой трущиеся тела прижаты друг к другу:

где / — коэффициент пропорциональности, названный коэффициентом трения скольжения и зависящий от свойств (структуры, твердости) и состояния поверхностей трущихся тел (величина и характер неровностей).

Этот закон впервые был установлен в 1508 г. великим Леонардо да Винчи и в 1766 г. подтвержден французским физиком Амонтоном. Авторы закона исходили из того, что коэффициент трения не зависит от силы Р и скорости скольжения. На самом деле при очень больших значениях силы и скорости величина / может изменяться. Однако во многих случаях коэффициент трения оказывается практи­ чески постоянным, поэтому формулой (1) широко пользуются и в настоящее время.

Для правильного понимания природы повреждения поверхностей при трении необходимо учитывать, что поверхностные слои твердых тел сильно отличаются по составу и свойствам от основного материала

6

Рис. 1. Распределение скоростей в жидкости при ламинарном течении

жения слоев D, называемой г р а д и е н т о м с к о р о с т и сдвига. Градиент скорости есть величина, показывающая темп изменения скорости скольжения слоев жидкости при переходе в направлении от одной пластинки к другой. В простейшем случае, когда темп изменения скоростей является равномерным, как в случае, показанном на рис. 1, а, градиент скорости будет равен

лекулами и определяется по сопротивлению, которое частицы масел оказывают сдвигу. Часто величину т] называют динамической вяз­

костью жидкости. Если силу выражать в динах ^1 дина = грам-

магсилы), площадь движущихся слоев жидкости в см2, а градиент ско­ рости в обратных секундах, то коэффициент вязкости будет иметь раз­ мерность дин • секісм2 или г!см • сек. Единица динамической вязкости называется п у а з о м , представляющим собой вязкость жидкости, оказывающей взаимному перемещению двух слоев жидкости пло­ щадью 1 см2, находящихся на расстоянии 1 см друг от друга и переме­ щающихся относительно друг друга со скоростью 1 см/сек, сопротив-

8

ление силой в 1 дину. В технической системе измерения динамическая вязкость имеет размерность кг ■секім2 (1 пз = 0,0102 кг • сек/м2). В международной системе измерения СИ единица вязкости равна ньютону-секунде на квадратный метр и обозначается через н • секім2.

При установившемся течении жидкости по цилиндрической трубе изменение скорости перемещения слоев по сечению трубы имеет более сложный характер (рис. 1,6), чем в случае, рассмотренном выше. Здесь скорость является наибольшей в тех точках поперечного сечения потока, которые наиболее удалены от стенок трубки. Если радиус трубки равен г, то скорость ѵх на выбранном расстоянии х от центра сечения трубки равна

где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от падения давления Ар на единицу длины трубки / и от вязкости жид­ кости т], а именно

4т)

Формула (4) представляет собой уравнение параболы, изображен­ ной на рис. 1, б штриховой линией.

Экспериментально изучая скорость течения жидкостей по трубам, Гаген и Пуазейль получили следующую зависимость:

где Q — расход жидкости, т. е. объем жидкости, протекающий по трубе за единицу времени.

40

В формуле (5) величина ^ равна градиенту скорости сдвига D.

Из уравнения Гагена—Пуазейля следует, что расход жидкости через трубку обратно пропорционален вязкости. Для двух жидкостей при одинаковом давлении и одинаковых размерах трубки справедливо отношение

Этим отношением широко пользуются при определении вязкости жидкостей. Зная вязкость одной жидкости, можно вычислить вяз­ кость другой, определив расход (время истечения определенного объе­ ма жидкости) обеих жидкостей, пропуская их через одну и ту же трубку, при постоянной разности давления. Для этой цели применяются трубки малогодиаметра, обеспечивающие ламинарное течение жид­ костей. Такие трубки называются к а п и л л я р н ы м и в и с к о ­ з и м е т р а м и .

9