• Главная
  • Приборные смазки как специфическая группа пластичных смазочных материалов

Приборные смазки как специфическая группа пластичных смазочных материалов.

Пластичные смазки (ПС) - одна из разновидностей смазочных материалов. Отличительной особенностью ПС является их способность сохранять свойства твердого тела до определенной величины усилия сдвига, действующего на смазку. По разнообразию конструктивного исполнения и количеству узлов трения, в которых они применяются, ПС превосходят все другие виды смазочных материалов.

Основными характеристиками, описывающими свойства ПС, являются: температура каплепадения (только для мыльных смазок), предел прочности (в некоторых случаях - пенетрация), эффективная вязкость, коллоидная и механическая стабильность. Эти характеристики только частично отражают эксплуатационные возможности ПС. При испытаниях и в процессе эксплуатации определяющими рабочими характеристиками смазочного материала становятся момент трогания, сопротивление движению, толщина смазочного слоя, ресурс работы заложенной порции, календарная продолжительность эксплуатации смазки без смены и пополнения и др. Численные значения последних зависит как от состава и свойств смазки, так и от конструкции узла трения и кинематики движения его деталей.

Преобладающее число современных приборов представляет собой электромеханические устройства. Незначительная доля приборов - ручные часы, оптические инструменты и некоторые другие - чисто механические системы.В конструкции приборов реализуются все возможные разновидности узлов трения: подшипники качения и скольжения, винтовые и зубчатые зацепления и др. Кинематика движения сопряженных деталей также разнообразна: вращение, возвратно-поступательное движение, качание. Условия окружающей атмосферы, режим работы, нагрузки, температура узла и зоны трения изменяются в широком диапазоне.

Как правило, приборы имеют небольшие размеры узлов трения и повышенную точность изготовления деталей и сборки всего устройства. Эффективность и долговечность выбранной смазки зависит от степени соответствия рабочих характеристик смазки и особенностей конструкции, режима работы узла трения, окружающих условий и продолжительности эксплуатации [1-3].

Разнообразие производимых марок приборных пластичных смазок определяется не столько различиями их объёмно-механических характеристик (для многих смазок они близки) но, главным образом, эффективностью работы каждой марки смазки при определенном сочетании конструкции и условий эксплуатации узла трения прибора. При практически одинаковых показателях качества смазки, указанных в технических условиях, смазки могут значительно различаться по пусковым свойствам, сопротивлению движению сопряженных деталей, ресурсу работы и т. п.

Согласно ГОСТ 7 401-80 «Классы точности средств измерения», по точности приборы подразделяются на:

  • приборы высокой точности классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5;
  • технические приборы классов: 1,0; 1,5; 2,5.

В приборной технике, в основном, применяют подшипники классов точности 5,4,Т,2.
Чем меньше подшипник и размеры тел качения, тем меньше зазор между телами качения и дорожкой качения. Тем более жесткие требования предъявляют к величине, однородности и «мягкости» мицелл дисперсной фазы, эффективной вязкости смазки.
С увеличением частоты вращения возрастает давление в зоне контакта деталей и, как следствие, возрастают требования к трибостабильности смазочного материала в зоне трения.

Назначение прибора и требования к свойствам смазки

Вид узла или механизма

Отличительный параметр требований

Специфические квалификационные требования к составу и качеству

скорость

нагрузка

среда

Приборы общетехнические

≥3000 мин-1

5-10

Воздух, атм. давл.

С малыми вязкостью и пределом прочности

Приборы особо чувствительные

0,1 -100 мин-1

5-10

водород, гелий, вакуум

Высокая гомогенность, отсутствие частиц более 25мкм, малый Му

гиромоторы

≥25000 мин-1

 

15-25

Воздух, водород

повышенная гомогенность, отсутствие частиц более 25мкм стабильность толщины смазочного слоя, низкая упругость паров

гиромоторы

≥60000 мин-1

20 -25

водород, гелий

повышенная гомогенность, отсутствие частиц более 25 мкм, высокая трибостабильность, стабильность толщины смазочного слоя, низкая упругость паров

Микроэлектродвига-тели (МЭД) ≤ 0,1 квт

≥5000 мин-1

dn≤250000

7-10

Воздух, вакуум

Трибостабильность, механическая стабильность

Винтовые механизмы

≤500 мин-1

1-4

Воздух, вакуум

Противоизносные свойства

Зубчатые передачи

≥1000 мин-1

15-30

Воздух,

вакуум

Противоизносные свойства

Зубчатые передачи

≤500 мин-1

15-30

Воздух

Противоизносные свойства

Для приборных электроконтактов

≥3000 мин-1

1 -2

Воздух

Защитные свойства, электропроводность, искрогашение, удельное объёмное сопротивление

Для оптической техники

1-5 мин-1

1 -2

Воздух

малая растекаемость, большой угол смачивания на стекле

 

Объём заложенной смазки влияет на пусковые характеристики узла трения, на её сопротивление телам качения. Количество закладываемой смазки определяют в зависимости от продолжительности работы, конструкции узла трения, его габаритов и качества ПС. Рекомендации по рациональному заполнению приборных подшипников на основании работ ОАО «ВНИИ НП» изложены в работе [4].

Одним из основных требований к рабочим параметрам прибора является минимальное потребление энергии и малое сопротивление движению сопряженных деталей. Это условие стимулирует ужесточение требований к реологическим характеристикам приборных смазок.

В настоящее время в технике сложились устойчивые группы узлов трения и механизмов, в которых применяются смазки с определенным набором характеристик, обеспечивающих достижение оптимальных параметров работы, а также максимальных надежности, эффективности и долговечности приборов и механизмов.

Среди приборных смазок можно выделить узкие группы более эффективных в каком-то одном виде приборных механизмов: микроэлектродвигателях (МЭД), электромеханических приборах, гироскопах, часовых и оптических механизмах, электрических контактах.

Условия трения и эксплуатации узлов трения современных приборов разнообразны и варьируются в широких пределах. Режим работы, условия эксплуатации часовых механизмов, электроконтактов, гиромоторов, волновых передач и т.п. предопределяют различия применяемых смазок по свойствам и составу. Этими различиями определяется формирование отдельных групп приборных смазок.

Четкого, общепринятого разделения приборных смазок на группы по назначению в настоящее время не существует. Разными авторами выделяются от 3-4 до 6-7 групп смазок приборного назначения. В целях упрощения поиска и подбора рациональной смазки представляется целесообразным приблизить классификацию приборных пластичных смазок к современному назначению приборов, табл.3.

У каждой смазки, в зависимости от её состава и свойств, есть область применения, в которой она обеспечивает максимально возможные результаты. При выборе смазки на испытания, целесообразно пользоваться схематической группировкой (табл. 1.1) смазок относительно предъявляемых требований к основным эксплуатационным характеристикам.

Следует отметить, что по своему составу и свойствам отдельные марки смазок можно применять в узлах трения нескольких групп приборов. Эффективность применения смазки в условиях, для которых она не предназначена, всегда несколько меньше.

Выбор пластичной смазки.

При выборе смазки для прибора, обычно решается несколько задач:

  • длительная работа в заданном температурном диапазоне;
  • допустимая температура и продолжительность перегрева;
  • минимальная температура надежного запуска;
  • время выхода прибора на устойчивый режим работы (время раскрутки);
  • возможность обеспечения без смены и пополнения заданного ресурса работы (машинное время);
  • допустимая календарная продолжительность эксплуатации.

Кроме того, необходимо учитывать возможность смазки длительно работать в заданном диапазоне нагрузки и скорости.
Температурный режим работы смазки, указанный в ТУ, ограничивает и максимально допустимую температуру применения, но не отражает оптимальный рабочий диапазон, в котором смазка обеспечивает наиболее длительную эксплуатацию.
Указание минимальной температуры надежного запуска нуждается в дополнительном уточнении, т.к. возможность запуска прибора при низкой температуре зависит ещё и от величины прикладываемого крутящего момента.

Время выхода прибора на оптимальный рабочий режим зависит также от предела прочности и эффективной вязкости смазки.
Способность смазки длительно работать в заданном диапазоне нагрузки и скорости зависит от стабильности смазочного материала в зоне трения, от давления в зоне трения и скорости срабатывания при повышенной скорости качения. С увеличением давления в зоне контакта стабильность (работоспособность) смазки понижается. Степень понижения работоспособности зависит от состава жидкости, табл. 1.2. С увеличением частоты вращения подшипника снижается долговечность смазочной жидкости [5] и смазки.

Работоспособность в зоне трения качения (ПМТ) дисперсионных сред приборных смазок (воздух, 200ºС) [5]

 

Работоспособность, мин.

при нагрузке:

1,25 ГПа

2,5 ГПа

1 Алкилнафталиновое масло (МАС-35)

1700

400

2 МС-20

2200

600

3 Эфир №2

1000

280

4 Олигоэтилсилоксан (ПЭС С 2ВВ)

1000

120

5 Хлорфенилсилоксан (ХС-2-1ВВ)

2500

10

Можно выделить группы смазок, использование которых в определённых условиях наиболее предпочтительно. В табл. 2.1.3 приборные смазки сгруппированы в зависимости от их наиболее важного преимущества по свойствам и области применения. В таблице условно обозначено основное назначение каждой смазки, и её отличительная особенность. Стрелкой указывается, в сторону каких смазок происходит улучшение определяющей характеристики смазок данной группы.

В узлах трения технических приборов широко применяют смазки ЦИАТИМ-201, ГОИ-54п, ЦИАТИМ-221, ОКБ-122-7, ЛКС текстильная и ряд других. Подшипники в этих приборах работают при температуре 50...80°С с частотой вращения 3000-8000 об/мин при невысоких контактных напряжениях. ПС для узлов трения таких приборов готовятся на маловязких минеральных или синтетических маслах, сложных эфирах, или полиорганосилоксановых жидкостях. Оптимальной величиной предела прочности является 250 - 550 Па. Желательно проводить фильтрацию до 75мкм.

В микроэлектродвигателях (МЭД) применяются шарикоподшипники с диаметром внутреннего отверстия от 1-2 до 10 -15 мм. Для обеспечения длительной работы подшипников МЭД требуются смазки с низким установившимся сопротивлением движению шариков (My) и малым моментом трогания (Mт). Смазки должны обеспечивать длительную работу подшипника при частоте вращения 5000-10000-15000 об/мин, и контактных напряжениях до 7000-10000 кг/см2. Наиболее часто в подшипниках МЭД применяются смазки ВНИИНП-247 (ТОПАЗ), ВНИИНП-270, ВНИИНП-257 , ВНИИНП-258, ВНИИНП-274, ЦИАТИМ-221.

Преимущественное назначение приборных смазок

Таблица 2.1.3

Преимущественное назначение приборных смазок

Особо чувствительные

САТУРН

ВНИИНП-223

ВНИИНП-271

ВНИИНП-270

ВНИИНП-257

Момент трогания

2/3 объема

 

 

1/5 объема

Низкотемпературные и криогенные

ВНИИНП-271 ВНИИНП-257 ВНИИНП-274 ВНИИНП-246 АМЕТИСТ

Гарантированная подвижность при отрицательной температуре

-65°С

 

-100°С

Высокотемпературные, высоковакуумные

ВНИИНП-246 АМЕТИСТ

ВНИИНП-274 ВНИИНП-260

Работа при нагревании

+ 250°С

 

+180°С

Вакуумные

ВНИИНП-274

АМЕТИСТ

ВНИИНП-246

Работа в вакууме

10-9мм.рт.ст.

 

10-6мм.рт.ст.

Высоконагруженные

ВНИИНП-260 ВНИИНП-228 ОРБИТА

Одинаковый ресурс работы

26000 кг/см2

 

20000 кг/см2

Общего назначения при температуре минус 60÷120оС

ЦИАТИМ-202 ЦИАТИМ-201

ОКБ-122-7

ЭРА

САТУРН

Сопротивление движению

 

 

 

My

Смазки различаются по эффективной вязкости, пусковым характеристикам, испаряемости и другим свойствам. При их изготовлении используют сложные эфиры и полиорганослоксаны различного состава. Смазки должны быть фильтрованными до ≤15÷25 мкм, с пределом прочности 100-250Па.

В электромеханических приборах сочетаются узлы трения качения, скольжения (в случае использования винтовых передач) и зубчатые зацепления. В одном механизме смазка одновременно должна обеспечивать эффективное смазывание при различных видах трения, различных контактных напряжениях и различных скоростях движения сопряженных деталей. В узлах трения приборных электромеханизмов применяются смазки ОКБ-122-7, ЦИАТИМ-202, ЦИАТИМ-221, ВНИИНП -207 , ВНИИНП-274, ЭРА, САТУРН, ВНИИНП -257, ВНИИНП -271, Аметист, ВНИИНП-559, ВНИИНП-245, ВНИИНП-551 , ЖТ-72, ВНИИНП-555, МС-70, ЭЛМА. Смазки различаются по диапазону допустимой рабочей температуры, антифрикционным характеристикам, ресурсу работы и другим параметрам.

Подшипники ротора гироскопа работают в экстремальных условиях. Частота вращения подшипников гироскопа достигает многих десятков тысяч оборотов в минуту. Нередко гироскоп работает в среде инертного газа (гелий, водород) или вакууме. При большой частоте вращения центробежные силы стимулируют высокие контактные давления, шарики кроме качения проворачиваются со скольжением. В этих условиях резко повышаются требования к трибостабильности в зоне трения и противоизносным свойствам смазки.

Смазка без смены и пополнения должна обеспечить безотказную службу гироскопа в течение многих лет. Агрегативная стабильность её коллоидной системы должна обеспечивать сохранение первоначальных (или близких к ним) свойств в течение всей продолжительности эксплуатации гироскопа. Повышенные требования к смазке обусловлены еще и малыми размерами и высочайшей точностью работы гироскопа. Это требует более тщательной очистки исходных компонентов и готовой смазки. Малейшие отклонения в технологии изготовления смазки сразу отражаются на работе гиромотора. В подшипниках гиромоторов находят применение смазки ВНИИНП-223, ВНИИНП-228, ВНИИНП-260, ВНИИНП-271, Орбита, ВНИИНП-549, ВНИИНП-559, САТУРН, АВТОКОН. Каждая из перечисленных смазок характеризуется своей областью применения, в которой она обеспечивает оптимальные параметры и продолжительность работы.


По условиям работы к «гироскопическим» приближаются смазки для высокоскоростных шпинделей промышленного назначения: Старт, ФИОЛ 2М, ВНИИНП-260, САТУРН, ВНИИНП-271, ВНИИНП-559. В промышленных шпинделях применяются и некоторые «гироскопические» смазки. При этом требования к степени их фильтрации, пусковым свойствам при отрицательной температуре упрощаются.

Большинство узлов механизмов наведения, фокусировки и т.п. оптических устройств работают при малых и сверхмалых нагрузках и скоростях движения. Главным требованием для этих смазочных материалов является обеспечение плавности хода и поддержание заданного положения сопряженных деталей устройства. Для смазывания подвижных деталей оптико-механических устройств широко используют товарные антифрикционные смазки Лита, ГОИ-54п, ПВК, ЦИАТИМ-221, ЦИАТИМ-203, ЦИАТИМ-201, ОКБ-122-7,ОКБ-122-7-5, ВНИИНП-220, ВНИИНП-228, ВНИИНП-235, ВНИИНП-271, ВНИИНП-274,ВНИИНП-282 .

Состав и свойства оптических смазок, применяемых в узлах приборов, непосредственно соприкасающихся с оптическими деталями, гарантируют отсутствие жировых налетов на стеклах приборов. По своему назначению и механизму действия это скорее технологические составы, наносимые с целью обеспечения плавности вращения, герметизации, защиты оптических деталей от загрязнения. В этих приборах применяют специальные смазки АЦ-1, АЦ-2, АЦ-3, Крон I, III, СОТ, 2 СК, 3 СК, 4 СК, МЗ-5, Орион, ВНИИНП-299, ДЕЛЬТА I , ДЕЛЬТА III, вакуумная МЗ-5. Некоторые смазки изготавливают непосредственно на оптико-механических заводах лабораторными методами. Эти смазки вырабатывают в соответствии с руководящими техническими материалами РТМ 3-396-73 «Смазки и масла для оптического приборостроения».

Для защиты электрических контактов электромеханических приборов применяются смазки: ВНИИНП-502 , КСБ, Электра-1, Электра-2, ВНИИНП-248. Эти смазки, кроме антифрикционных свойств, характеризуются показателями электропроводности, уровнем удельного сопротивления, термостабильностью в условиях электроразряда.

Предел прочности, эффективная вязкость, пенетрация и коллоидная стабильность только в малой степени отражают назначение смазки и её эксплуатационные возможности. Но эти показатели дают возможность контролировать воспроизводимость качества ПС от партии к партии.

Кроме вязкостно-прочностных свойств, разные группы смазок в технических условиях характеризуются различными показателями качества, имеющими значение только для данной группы приборов. По этой причине смазки различного назначения во многих случаях сравнить на основании изучения технических условий не представляется возможным.