Граничное трение возникает при наличии на трущихся поверхностях тончайшего слоя смазочного материала. Граничная смазка зависит от свойств, называемых маслянистостью, или смазочной способностью смазочных материалов. Считают, что граничная смазка обеспечивается поверхностно-активными веществами (ПАВ), которые адсорбируются и ориентируются на металлической поверхности в определенном порядке. Своеобразный ворс, образуемый поверхностно-активными веществами, воспринимает на себя нагрузку, поэтому скольжение поверхностей осуществляется по слою адсорбированных молекул.

Рис. 1. Образование граничной смазки поверхностно-активными веществами (ПАВ).

Как показали рентгеноструктурные анализы, глубина ориентации ПАВ и толщина комплекса «мыла» невелики по сравнению с общей толщиной смазки при гидродинамическом режиме трения.

Жидкостное (гидродинамическое) трение характеризуется тем, что нагрузку воспринимает находящийся между трущимися поверхностями слой масла. Смазочное действие этого слоя полностью подчиняется законам гидро-динамики. Здесь трение переходит во внутреннее трение самого смазочного материала. Русский ученый и инженер проф. Н. П. Петров первый разработал теорию жидкостного трения (гидродинамическую теор-ию смазки). Дальнейшее развитие она получила в работах Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина, Рейнольдса, Зоммерфельда, Гюмеля, Н. И. Мерцалова, А. К. Дьячкова и др. Н. П. Петров, основываясь на законе Ньютона, математически выразил действие, в соответствии с законом Н. П. Петрова, является вязкость смазочного материала. Чем больше вязкость масла, тем больше потери мощности на преодоление силы внутреннего трения и гем больше сила жидкостного трения. Потери мощности на трение при жидкостном трении Л — 1,5 (6, 6а).

Толщина слоя, равная сумме неровностей, называется критической. Коэффициент 1,5 называется коэффициентом надежности. Если коэффициент меньше 1,5, то, как показала практика, жидкостное трение может нарушаться вследствие увеличения нагрузки выше расчетной, повышения температуры и понижения в связи с этим вязкости масла. Если в процессе работы жид- костной вид трения не изменяется, то механический износ поверхностей деталей отсутствует. Поэтому всегда стремятся создать условия для жидкостного трения.

Рис. 2. Диаграмма шероховатости поверхностей трения.

При работе трущихся деталей наблюдаются механический или абразивный и химический износы металлических поверхностей. При механическом износе детали изнашиваются в результате выламывания шероховатостей при их зацеплении друг за друга, отрыва отдельных кусочков металла с поверхности в местах сваривания, усталостного выкрашивания под действием больших переменных нагрузок на малых площадях. Абразивный износ металлических поверхностей происходит в результате действия абразивных частичек (веществ, попадающих из воздуха, продуктов окисления масла, продуктов сгорания топлива, продуктов износа). Химический — коррозионный — износ происходит под действием коррозионно-активных соединений, содержащихся в воздухе, топливе, продуктах сгорания топлива, масл?

Износ в процессе эксплуатации* механизмов является причиной возникновения проблемы ремонта. Например 25—50% сельскохозяйственных, строительных и других машин систематически простаивают в ремонте. Трудозатраты на ремонт и обслуживание некоторых машин в 10— 15 раз больше трудозатрат изготовления новых машин Снижение и предотвращение трения и износа зависят в значительной степени от качества используемого смазочногс материала. От правильного выбора и эксплуатации смазочного материала зависит надежность, экономичност: техники, трудоемкость обслуживания, расход топлива запасных частей и др.

Смазочные .материалы делятся на смазочные масла i пластичные смазки. Есть группы твердых и газообразных смазочных материалов, которые применяются сравнительно недавно. Твердые смазочные материалы представляют со бой порошкообразные или пленочные покрытия. Это гра фит, сульфид молибдена (IV), мягкие металлы или их оксиды, некоторые полимерные материалы, например, тефлон. Твердые смазочные материалы используются в особе тяжелых условиях работы трущихся деталей; высоки: (1500 °C и выше) или крайне низкие температуры (дс —200 °C), при очень больших нагрузках, в условиях глубокого вакуума и др.

Газообразные смазочные материалы представляют собой газы, их смеси или пары некоторых органических соеди нений, например, керосина. Область применения газообразных смазочных материалов аналогична применению твердых материалов. .

Качественный смазочный материал снижает в 10—20 раз и более коэффициент трения и в 10—20 тыс. раз уменьшает износ, значительно сокращая расход смазочных материалов, топлив и затраты на техническое обслуживание, ремонт и т. п. Например, замена низкокачественного масла АС-8 (M-86J в среднефорсированных двигателях ЗИЛ-130, ГАЗ-53 маслом М-8В, дает значительную’экономию, срок; службы масла увеличивается в три раза.

На долю жидких смазочных масел приходится более; 90% всего производства смазочных материалов. Масла в основном применяются как антифрикционные смазочные: материалы в. различных . системах двигателей (моторные: масла). Моторные масла составляют приблизительно 60—1 65% общего объема производства масел.

В СССР масла получают из нефти. Различают дистиллятные, остаточные ы смешанные масла. Дистиллятные масла получают из мазута вакуумной перегонкой с последующей очисткой от нежелательных компонентов. К последним относятся асфальтосмолистые вещества, органические кислоты, сернистые соединения, низкоиндексные полициклические соединения, н-парафиновые углеводороды, содержащиеся в большом количестве. Схему получения дистиллятных масел можно представить следующим образом: мазут – вакуумная перегонка > селективная очистка – депарафинизация -> гидроочистка или контактная очистка -> смешивание и добавление присадок -> дистиллятные масла.

После отгона масляных фракций из мазута в остатке остается гудрон, из которого можно получить высококачественное остаточное масло. Вначале из гудрона удаляют основную массу асфальтосмолистых соединений деасфальтизацией пропаном, а затем подвергают очистке. Схема получения остаточных масел приведена ниже: гудрон > -> деасфальтизация депарафинизация -> селективная очистка -> гидроочистка или контактная очистка -> смешивание и добавление присадок -> остаточные масла.

Моторные масла для автомобилей, строительных и сельскохозяйственных машин представляют собой смесь дистиллятных и остаточных масел, т. е. смешанные масла. Чем выше качество масла (выше группа масла), тем больше в нем остаточного масла. В состав всех моторных масел входят композиции присадок.

Современные двигатели внутреннего сгорания имеют комбинированную смазочную систему. Под давлением смазываются почти все подшипники скольжения. В некоторых двигателях под давлением смазываются направляющие толкателей, поршневые пальцы в подшипнике верхней головки шатуна, подшипники вала распределителя зажигания, вала привода водяного насоса и плунжерные пары насоса высокого давления. Цилиндры, поршни, шестерни распределения и другие трущиеся пары см азываются разбрызгиванием масла.