Вибір мастила для підшипника ковзання

Перш за все, необхідно здійснити вибір мастила відповідно до умов роботи двигуна. Динамічна в’язкість мастила, як було встановлено раніше, є одним з головних параметрів, які визначають вантажність підшипника ковзання.

Моторні мастила, які використовують для поршневих двигунів внутрішнього згоряння, є найбільш вживаними в практиці експлуатації машин різного призначення.

У міжнародному масштабі прийнято для класифікації мастил систему . (Society of Automotive Engineers – Товариство автоінженерів). При цьому моторні мастила ділять на шість зимових ( ) і п’ять літніх ( ); буква „ ” (Winter – зима). Існують також всесезонні мастила, номери яких позначають як комбінацію зимових і літніх номерів. Наприклад, і т. ін.

На рисунку 8.1 наведено рекомендації з підбору мастила у залежності від температурного режиму (шкала зверху) їх використання.

 

 

Рисунок 8.1 – Рекомендації SAE для вибору мастила у залежності від температурного режиму роботи двигуна

Також широко використовуються моторні мастила, які виготовляють у країнах СНД, відповідно до ГОСТ 8581-78. Марки указаних мастил наступні: М-10В₂, М-8Г₂, М-10Г₂, М-8Г₂к, М-10Г₂к, М-8ДМ, М-10ДМ і ін. (Всі М-10 – літні мастила; М-8 – зимові).

В’язкість мастила є головною його характеристкою. Вона характеризує внутрішнє тертя мастила при його течії (протидія двох суміжних шарів рідини при їх ламінарному зміщенні); при зростанні температури в’язкість зменшується, при зниженні – зростає.

Коефіцієнт рідинного тертя становить 0,003 – 0,03, що в 50 –100 разів менше, ніж при терті без мащення (0,08 –0,15).

В’язкість класифікують як динамічну (у системі СІ – Па∙с, або mПа∙с – міліпаскаль∙секунда; П (пуаз), сП (сантіпуаз) – технічна система одиниць) і кінематичну (м²/с, мм²/с (Ст (стокс) – система СІ), Ст=0,1 Па∙с, сСт (сантистокс) – технічна система одиниць). У ньютоновських рідинах напруження зсуву пропорційно швидкості зсуву. Коефіцієнт пропорційності при цьому – є динамічна в’язкість.

У довідниках приводяться максимальна і мінімальна кінематичні в’язкості мастила при 100⁰С, а також мінімальна динамічна в’язкість при 150⁰С і швидкості зсуву 10⁶с^-1.

Якщо величину кінематичної в’язкості помножити на показник густини мастила при температурі заміру, то отримаємо динамічну в’язкість мастила.

Індекс в’язкості (ІВ) – параметр для визначення в’язкості при різних температурах: чим вище його числове значення, тим менше змінюється в’язкість при різних температурах мастил. Однодіапазонні мастила мають ІВ біля 100, багатодіапазонні – до 150.

Згідно з специфікацією в’язкість мастил вибирається відповідно до умов їх експлуатації.

Літнє мастило має достатню в’язкість для забезпечення надійного змащування при високій температурі, проте воно надто густе при низькій температурі, що веде до ускладнень при запуску двигуна взимку.

Зимове мастило з низькою в’язкістю забезпечує холодний запуск двигуна при низькій температурі, однак не забезпечує його надійного мащення влітку, коли температура мастила при роботі двигуна може сягати 100⁰С і більше. Саме з указаних міркувань найбільш широке розповсюдження отримали всесезонні мастила, які мають найменшу залежність в’язкості від температури.

Для оцінки в’язкості мастил також використовують такі характеристики, як в’язкість мастила при прокручуванні стартером двигуна при низькій температурі і прокачуванні мастила насосом по системі мащення при холодному запуску. Останні характеристики (динамічна в’язкість) вказують лише для зимових або всесезонних мастил і для ряду значень від’ємних температур.

У таблиці 8.1 наведено характеристики в’язкості мастил згідно з класифікацією SAE.

 

Таблиця – 8.1 Класифікація в’язкості мастила згідно з даними SAE

Клас пoSAE	Низькотемпературна в’язкість	Високотемпературна в’язкість
Прокручування	Прокачування	В’язкість, мм2/с, при 100° С	В’язкість, МПа • с, при 150 °С і швидкості зсуву 106с-1, нe менше
Максимальна в’язкість, МПа • с, при t,°С	Максимальна в’язкість, МПа • с, при t,°С	Min	Max
0W	3250 при -30°С	60000 при -40°С	3,8	-
5W	3500 при -25°С	60000 при -35°С
10W	3500 при -20°С	60000 при -30°С	4,1	-	-
15W	3500 при -15°С	60000 при -25°С	5,6	-	-
20W	4500 при -10°С	60000 при -20°С	5,6	-	-
25W	3250 при -5°С	60000 при -15°С	9,3	-	-
	-	-	5,6	<9,3	2,6
	-	-	9,3	<12,5	2,9
	-	-	12,5	<16,3	2,9
	-	-	12,5	<16,3	3,7
	-	-	16,3	<21,9	3,7
	-	-	21,9	<26,1	3,7

 

У таблиці 8.2 наведено відповідність в’язкостей моторних мастил згідно з ГОСТ 17479.1- 85 (країни СНД) і класифікацією SAE

Літерою „з” позначено зимові мастила, а дріб (наприклад, 5з/14) – всесезонне мастило. Якщо взяти мастило М-10Г₂ (ГОСТ 8581-78), де літерою „М” позначено приналежність до моторних мастил, цифрою 10 – клас в’язкості (кінематична в’язкість при 100⁰С 9,3–11,5 мм²/с(сСт)), літерою „Г” з індексом 2 – призначення мастила для високофорсованих дизелів, то йому відповідає мастило SAE .

 

Таблиця 8.2 – Відповідність в’язкостей моторних мастил згідно з ГОСТ 17479.1-85 і класифікацією SAE

Клас в’язкості	Клас в’язкості
ГОСТ17479-85	SAE J 300	ГОСТ17479-85	SAE J 300
3з	5W
4з	10W	3з/8	5W-20
5з	15W	4з/6	10W-20
6з	20W	4з/8
		4з/10	10W-30
		5з/10	15W-30
		5з/12
		5з/14	15W-40
		6з/12	20W-30
		6з/14	20W-40

На рисунку 8.2 наведено графіки залежності динамічної в’язкості від температури для ряду сортів моторних мастил.

 

 

Рисунок 8.2 – Залежність динамічної в’язкості мастил від температури

На рисунку 8.2: 1 – МК-22; 2 – МС-20; 3 – АК-15; 4 – ДП-14; 5 – ДП-11;

6 – АК-10; 7 – ДП-8; 8 – АК-6 і АС-5; 9 – АКЗп-6

Наприклад, із графіка 8.2 для мастила ДП-14 (дизельне мастило, яке широко використовувалось у автомобільних і тракторних двигунах, з кінематичною в’язікстю 14 сСт) при температурі знаходимо Па∙с.

У системі МКГСС одиницею динамічного коефіцієнта в’язкості являється кГ·с/м², а в системі СІ – Па·с. Зв’язок між названими одиницями наступний: 1 Пуаз=0.010193 кГ·с/м² = 0,1 Па·с; 1 кГ·с/м² =98,1 Пуаз = 9,81Па·с.

Одиницею кінематичного коефіцієнта в’язкості у системі СГС є стокс (Ст). 1Ст = 1см²/с; у системі МКГСС і СІ – 1 м²/с = 10⁴ Ст.

Зв’язок між кінематичною і динамічною в’язкістю виражається залежністю:

(8.1)

де ν – коефіцієнт кінематичної в’язкості, м²/с;

ρ – густина мастила, кг/м³.

При зростанні температури, в’язкість мастила знижується. Вплив температури на коефіцієнт динамічної в’язкості оцінюється формулою:

μ = μ₀·e^{(t - t0 )}, (8.2)

де μ, μ₀ – відповідно значення коефіцієнта динамічної в’язкості при температурах t і t₀ градусів;

а - показник степені; для автотракторних мастил а = 0,025…0,035.

Для визначення кінематичної в’язкості автотракторних мастил також може бути використано формулу:

ν_t=ν₅₀·(50/t)ⁿ, (8.3)

де ν_t – коефіцієнт кінематичної в’язкості при температурі t;
ν₅₀ – коефіцієнт кінематичної в’язкості при температурі 50 ⁰С;

t- температура, при якій потрібно визначити в’язкість, ⁰С;

n – показник степені, який змінюється у межах від 1,8 до 2,6.

Значення n залежно від в’язкості ν при 50 ⁰С наведено в таблиці 8.3.

 

Таблиця 8.3 – Залежність показника степені n від кінематичної в’язкості мастила

ν50, сСт
n	1,8	2,0	2,1	2,2	2,3	2,4	2,5	2,52	2,56

Показник n може також визначатись з наступного виразу:

n = lg ν ₅₀+2,7. (8.4)