Енциклопедія трибології - Змішане мастило
ЗМІШАНЕ ЗМАЗУВАННЯ (напіврідкове)
Змішане (напіврідинне) мастило - режим мастильної дії, при якому існують частково гідродинамічна або еластогідродинамічна, частково гранична мастило. Як видно з діаграми Герсі-Штрибека, область змішаного мастила лежить між областями граничної та гідродинамічної.
Змішане мастило може бути робочим режимом вузла тертя, але найчастіше виникає у вузлах тертя, призначених для роботи в умовах гідродинамічного мастила, внаслідок порушення умов її утворення.
Одним із свідчень існування такого режиму є наведений на рис.1 розрив мастильного шару на деякому куті повороту валу, що виникає в підшипнику шатунному двигуна внутрішнього згоряння. Більш детальний аналіз зони контакту свідчить про періодичні контакти - розриви мастильного шару, тобто. про існування режиму змішаного мастила. Це один із найпоширеніших режимів мастила; він має місце (періодично чи постійно) практично у будь-якому вузлі тертя. Інакше кажучи, напіврідинний режим може бути як робочим режимом експлуатації вузла тертя, так і при перевантаженнях (не настільки значних, щоб перейти відразу до граничного мастила), при зміні напрямку руху тіла, а також коли співвідношення між геометрією контакту, навантаженням на вузол тертя, швидкістю перебігу рідини в зазорі контактуючих тіл і в'язкістю мастильного матеріалу несприятливі для реалізації гідродинамічного мастила або коли укладений між контактуючими поверхнями об'єм мастильного матеріалу недостатній для повного поділу поверхонь, що труться.
Рис.1. Розрив мастильного шару в шатунному підшипнику двигуна внутрішнього згоряння: а – осцилограма зміни товщини мастильного шару із зоноюрозриву αсм, отримана за допомогою ємнісного датчика, встановленого в шатунну шийку колінчастого валу; б – зона розриву αсм мастильного шару в шатунному підшипнику двигуна, отримана порівнянням критичної товщини hкр шару з розрахунковою hmin.
Режим змішаного мастила має місце в невеликій зоні АВ (рис.2), в якій розрахункова товщина мастильного шару менше критичної. В іншій зоні ВСА реалізовуватиметься режим гідродинамічного мастила зі специфічними граничними умовами закінчення мастильного шару, які можна подати у вигляді фільтрації рідини через пори. Загальна несуча здатність такого підшипника складається з гідродинамічної складової Pгд поза зоною змішаного мастила та реакцією зони змішаного мастила Рсм. Режим мастила, що характеризує в цілому ці процеси, можна назвати комбінованим мастилом, при якому в підшипнику існує одночасно і гідродинамічна, і змішана мастило, що дають результуючу здатність РΣ, що несе.
Рис.2. Схема підшипника, що працює в режимі комбінованого мастила (а) та зміна реакції Р підшипника в залежності від відносного ексцентриситету ε (б): 1 – в ідеальному гідростатичному підшипнику; 2 - при комбінованому мастилі.
Зона змішаного мастила складається з ділянок контактування нерівностей (рис.3), на яких реалізується граничне мастило 2, і ділянок, на яких має місце специфічна гідродинамічна (еластогідродинамічна) мастило на западинах мікронерівностей 1, що утворюють мікроклин, існування яких необхідне для реалізації гідродинамічного (мікрогідродини ) ефекту. Процеси, що протікають при цьому, досить складні і для їх опису використовують різні моделі. У всіх моделях навантажувальна здатність і тертя, що сприймаються зоною змішаного мастила,складаються з двох складових - граничної та мікрогідродинамічної:
Рис.3. Схема утворення нерівнощами пар тертя мікрогідродинамічного клина. Vск - Швидкість відносного переміщення; 1 – масляний мікроклин (впадина мікронерівності); 2 – зона граничного мастила.
Знаючи ці складові на підставі відомих співвідношень визначаються температурні характеристики зношування.
Способи поділу граничної та мікрогідродинамічної складових можна розділити на наступні групи:
- що використовують теорію подібності та розмірностей та методи фізичного моделювання як для визначення мікрогідродинамічних складових граничного мастила, так і для визначення характеристик зношування;
- вирішальні макрогідродинамічну задачу теорії мастила, наприклад, з використанням задачі про рух мастильного матеріалу, в'язкість якого залежить від температури і тиску в пористому середовищі, що імітує процеси між шорсткими поверхнями. Основою для математичного формулювання цього завдання є закон Дарсі руху рідини в пористому середовищі, рівняння суцільності та рівняння фільтрації. При необхідності розв'язання неізотермічних завдань до цих рівнянь додаються рівняння перенесення теплоти;
- знаходять гідродинамічну складову виходячи з рівняння Рейнольдса з урахуванням деформованих шорстких поверхонь.
Складові навантаження, що сприймається мікронерівностями, що контактують, визначаються за допомогою методів, що застосовуються для вирішення контактних завдань. Тертя на цих мікронерівності досліджується за допомогою закономірностей граничного мастила.
Товщину hсм мастильного шару при напіврідинному мастилі, згідно Ю.М. Дроздову можна розрахувати за формулою:
де hег - товщинаеластогідродинамічного шару; hгр - Товщина граничного шару. Як зазначає Ю.М. Дроздів, остання у першому наближенні може бути прийнята як постійна і приблизно рівна 0,1 мкм.
- А. В. Чичінадзе, Е. Д. Браун, Н. А. Буше та ін; За заг. ред. А. В. Чичінадзе. / Основи трибології (тертя, знос, мастило). 2-ге вид. переробок, та дод. - М: Машинобудування, 2001.
- Доценко О.І., Буяновський І.А. / Основи триботехніки. Підручник - М: Інфра-М, 2014.