Смазка и смазочные материалы. Смазывание трущихся друг о друга поверхностей движущихся частей машин, приборов и т. п. имеет две цели. Первая — уменьшение силы трения и затраты работы двигателя, бесполезно теряемой на ее преодоление; вторая — уменьшение изнашивания или истирания трущихся поверхностей, являющегося результатом трения, или, все равно, зацепления частиц обеих поверхностей. Различают С. совершенную и несовершенную. При совершенной С. между двумя двигающимися поверхностями прилегающих друг к другу частей механизма все время находится и не выдавливается слой масла такой толщины, что мельчайшие неровности этих двух поверхностей не цепляются друг за друга, поверхности все время разделены слоем масла и каждая из них покрыта как бы чехлом из прилипшего к ней тонкого слоя масла, т. ч. „трутся“ друг по другу 2 слоя масла, а не материалы частей. Такое состояние может быть достигнуто тем, что давление k на единицу площади прикосновения трущихся поверхностей не превосходит величины k′ = 0,03—0,04 кг/мм². Сопротивление движению обусловлено в этом случае лишь сцеплением или вязкостью С. материала или его внутренним трением. Это внутр. трение меньше, нежели трение сухих тел, и в этом и состоит выгода С. При совершенной С. не может быть никакого изнашивания, т. к. материалы частей машины не прикасаются вовсе друг к другу, а масло, конечно, не истирается. Поэтому, совершенная С. есть идеальное устройство, но она устраивается, однако, очень редко, т. к. для получения малого давления k необходимо, иметь огромные поверхности прикосновения, от чего детали машин выходили бы очень громоздкими, тяжелыми и дорогими. Поэтому, почти везде приходится допускать величины k бо́льшие, чем 0,04 кг/мм² и доходить даже до другого крайнего предела — k″ = 1 кг/мм², при котором масло совершенно выдавливается из зазора между двумя трущимися поверхностями. При таких величинах k (между 0,04 и 1) поверхности отчасти цепляются друг за друга, так что здесь сопротивляться движению будут и внутреннее трение и зацепление деталей; изнашивание будет иметь место, и тем сильнее, чем больше k. Вследствие трения детали еще и нагреваются и без смазки они нагревались бы очень сильно.
Главные качества хорошего С. материала — это возможно большее прилипание его к материалам деталей и возможно малое внутреннее трение или вязкость самого С. материала. Кроме того, С. м. не должен содержать кислот, не должен осмоляться или густеть, должен возможно дольше не твердеть от холода и не разжижаться от нагревания, не должен легко загораться.
С. м. разделяются на минеральные, растительные и животные. Каждый из этих родов содержит твердые или густые (жиры) С. м. и жидкие (масла).
I). Жидкие С. м. 1) Минеральные масла. Эти м. получаются чаще всего перегонкою из нефти (см. нефть, XXX, прил. 165), а иногда из каменного угля, дерева, торфа и битуминозных сланцев. М. м. обладают ценными качествами: они не содержат кислот, портящих металлы; могут быть изготовляемы со всякой желаемой степенью вязкости; дешевле растительных и животных М.; не разлагаются на воздухе, не густеют и не сохнут; смазывательная способность их очень хороша; лишь при С. очень горячих мест (паровые цилиндры и т. п.) они легко портятся, и для подобных целей к ним прибавляют растительные и животные С. м. Наиболее известны М. м. американские и русские. — 2) Растительные масла. Наиболее употребительные М.: репное м., касторовое или рицинное м., оливковое м., горчичное м., сезамовое м., хлопковое м., арахидное м., маковое м., миндальное м., и другие. Для фальсификации хороших растительных м. идет конопляное и льняное м. Масла: оливковое, репное и миндальное наз. невысыхающими маслами и лучше для смазки, чем маковое, конопляное и льняное, которые сохнут на воздухе. Касторовое и хлопковое занимают среднее место. Касторовое и репное м. пригодны преимущественно для тяжелых тихоходных машин. Лучшее из всех — оливковое м., но оно дорого и потому часто фальсифицируется.
Из игол хвойных деревьев добываются смоляные м., которые затем перерабатываются уже в смазочные м. — 3) Животные масла. Эти масла добываются из костей домашних животных и из копыт (быков, свиней, баранов), а также из жиров различных морских животных (кита, кашалота, моржа, тюленя, акулы и т. д.).
II). Твердые С. м. (жиры) 1). Минеральные ж. — вазелин. 2) Растительные ж.: пальмовый и кокосовый. 3) Животные ж. Баранье, бычье и свиное сало, спермацет, ланолин, костяной жир. Как вполне твердый минеральный С. м. надо указать графит, см. XVI, 467. Кроме названных первичных С. м. употребляется еще много сложных С. м., получаемых смешением нескольких смазных материалов.
Выбор С. м. для известной цели есть дело очень трудное, т. к. необходимо принимать во внимание много различных обстоятельств. Относительно выбора С. м. в зависимости от их назначения можно, в главных чертах, сказать следующее. 1) Тепловые двигатели. Для смазки внутренностей горячих рабочих цилиндров идут цилиндровые М., обладающие значительной вязкостью и высокой температурой вспышки. Для цилиндров паровых машин эта температура должна быть выше т. в цилиндре; для двигателей внутреннего сгорания, где С. м. сгорает, необходимо выбирать его так, чтобы он сгорал по возможности без нагара, вязкость здесь не играет первой роли. Лучшим С. м. для цилиндров паровых и газовых машин являются цилиндровые минеральные масла, иногда с примесью М. из жира. Хорошо прибавлять графит. Растительные м. и животные жиры — мало пригодны. Для смазки подшипников тепловых двигат. лучше всего идет минеральное масло, но годятся растительные и животные масла, не содержащие кислот. Твердые С. м. (жиры) годятся лишь для тихоходных частей с малым давлением k. 2) Электрические машины. Здесь подходят: жидкие минеральные и сложные масла, оливковое и репное м. Жиры — не годятся. 3) Станки или машины-орудия. Здесь подходят — минеральные, сложные и растительные м. 4) Прядильные машины. Здесь нужно особенно экономить работу и потому необходимы легкие веретенные м., лучше всего — минеральные американские. 5) Приводы или трансмиссии. Здесь употребляют минеральные масла, а также жиры минеральные, растительные, животные и их смеси между собой и с маслами. 6) Железнодорожные и другие вагоны. Наиболее подходят минеральные масла, лучше различные для зимы и лета. Применяется и густая смазка (жиры). 7) Мелкие, тонкие машины и приборы. Лучше всего — костяное и оливковое м. и смеси растительных жидких масел. Для швейных машин хорош глицерин, не оставляющий пятен на материях, но он не должен содержать кислот.
Для установления точной характеристики С. м. необходимо дать для него, по возможности в числах, различные физические и химические свойства и проверять их при помощи испытаний С. м. Полный цикл испытаний таков: 1) Испытание вязкости или текучести. 2) И. на температуру вспышки. 3) И. на отвердевание в холоде. 4) И. на постоянство в воздухе. 5) И. чистоты и состава. 6) И. химического действия С. м. на смазываемые поверхности. 7) И. на внутреннее трение или на работу трения. 8) Практическое определение смазывательной способности. Испытания 1—4 суть физические, 5—6 — химические; И. № 7 делается на специальных И. машинах, а № 8 производится уже на самом заводе или фабрике, для коих покупается С. м., во время их работы.
Вязкость определяется приборами — вискозиметрами, обыкновенно путем измерения времени или скорости вытекания различных С. м. при постоянных условиях.
Но установить эти постоянные условия нелегко и потому существует много систем в. с истечением. Все они измеряют не абсолютную, а лишь относительную в., обыкновенно по отношению к воде. Показания или числа таких различных в. несравнимы между собою. Иногда измеряют в. сопротивлением масла движению в нем известного тела. Т. к. вязкость С. м. зависит от температуры, то измерение ее в вискозиметре надо производить при определенной температуре.
Температура вспышки определяется известными давно приборами. Замерзание исследуется в специальных приборах. Постоянство на воздухе определяют, сравнивая, насколько утекут по наклонной плоскости разные С. м. прежде, чем застынут и остановятся. При химических испытаниях определяют содержание в С. м. воды, смолы, кислот, посторонних примесей, состав С. м. из различных масел и жиров. Важно знать и удельный вес С. м. Присутствие в С. м. кислот очень вредно, т. к. они разъедают металл частей машины или прибора. В минеральных маслах могут содержаться минеральные и жирные кислоты. При раффинировке минеральных м. их обрабатывают серной кислотой, и удалить остатки ее затем нелегко, т. ч. она остается часто в С. м. Жирные же кислоты почти всегда имеются в растительных и животных С. м.
Смола в С. м. является весьма вредной примесью, в особенности если она примешана нарочно для фальсификации темного, густого цилиндрового или вагонного масла, т. к. она, осаждаясь, может закупорить каналы и отверстия смазывательных приспособлений.
Примесь воды особенно опасна при фитильных масленках. В дешевых минеральных м. нередко содержится песок, осаждающийся во время раффинировки и переходящий в добываемые из осадка дешевые масла.
Иногда устанавливают для С. м. так наз. „постоянные“. Таково иодное число (Iodzahl), число Maumené, число Kissling’а и др., устанавливающие результаты определенных химических реакций.
Машин для испытания С. м. очень много. На этих м. определяется работа трения вращающегося шипа, смазываемого испытуемым С. м., и из нее вычисляется коэффициент трения. Изобретатели этих м. желали производить испытание С. м. как бы на деле, в „тех же условиях, как и в действительности“. Но обстоятельства работы смазки (процесс трения) настолько сложны и не выяснены, что одно испытание на машине не может дать решающего ответа, и крупные покупатели С. м. должны всегда производить и техническое испытание смазывательной способности С. м. прямо на своей фабрике, заводе, жел. дороге и т. п.
Техническое определение смазывательной способности производят во время работы фабрики или завода, смазывая все станки и приводы С. м. и определяя расход и стоимость С. м. или в час, или на 10000 оборотов двигателя и т. п. Порядок полного цикла испытаний С. м. таков. Сперва, сообразно условиям работы, намечают С. м. нескольких фирм с подходящими качествами, не обращая пока внимания на цены. Затем испытывают образцы намеченных С. м. физически и химически, при чем некоторые сорта уже здесь могут оказаться непригодными. Остальные испытывают на машине, тоже независимо от цен. Затем берут уже бочку или более наилучших сортов и производят практическое испытание в работе фабрики и только теперь сравнивают цены, т.-е. стоимость смазки за единицу времени или за 10000 оборотов. Не всегда самое лучшее масло (но и самое дорогое) окажется при этом самым выгодным. При больших технических установках, расходующих много С. м., испытание его всегда должно производиться; полагаться на известность фирм — нельзя.
Устройства для с. весьма разнообразны. Надо различать жидкую и твердую (густую) смазку.
Жидкая смазка (масла) подводится к смазываемым поверхностям или сверху, или снизу. В первом случае она спускается из резервуаров (масленок) по трубочке вниз под действием собственного веса и затем растекается по смазываемым поверхностям; во втором случае — поднимается из резервуара, расположенного ниже смазываемого места, при помощи бегающих вокруг вала или надетых на него колец, фитилей или щеток и т. п. На подвижных частях машин, двигающихся не вращательно (шатуны, ползуны и т. п.), иногда находятся свои собственные масленки, а иногда масло капает из неподвижных масленок в воронки на шатуне и т. п. и по трубочкам подводится к трущимся поверхностям. Наконец, иногда С. м. вводится между трущимися частями под давлением (форсированная смазка), нагнетаемый особым насосом; такое устройство является уже необходимостью в тех случаях, когда С. м. должен вводиться предварительно в пространство, наполненное газом или паром с большим давлением, как то имеет место при смазке внутренностей рабочих цилиндров паровых и газовых двигателей. Конструкции масленок и приборов для смазки весьма разнообразны. Общие требования при устройстве их — количество подводимого С. м. должно оставаться постоянным, несмотря на постепенное опорожнение масленки, должно возрастать с возрастанием скорости машины; устройство должно работать надежно и позволять следить за подачей С. м. и регулировать С. Немногие конструкции удовлетворяют всем этим требованиям вместе.
Твердые (густые) С. м. или жиры не могут сами собою течь, куда надо. Их приходится выжимать из масленки посредством груза, пружины, поджимания винтом и т. п. Жир смазывает так. обр., что трущиеся части слегка нагреваются при начале движения; жир плавится, растекается по ним, они охлаждаются, жир застывает, затем опять нагревание и плавление и т. д. Смазка жирами работает хорошо лишь при малых скоростях движения частей.
В специальных случаях применяются и иные приемы смазки. Иногда трущиеся части погружены целиком в масляную ванну (червячные передачи); иногда масло бьет струей, напр., на быстроходные зубчатые колеса; на большие зубья и т. п. слой жира (мазь) наносят щеткой во время остановки.
Вопрос о том — куда вводить смазку, в то ли место поверхности прикосновения, где давление наименьшее, или где оно наибольшее — не решен окончательно до сих пор. Обычно вводят С. м. в средину поверхности, т.-е. в место наибольшего давления. Но, во всяком случае, всегда должны быть устраиваемы смазывательные канавки, вырубленные в трущейся поверхности одной — (а иногда и обеих) деталей, служащие для того, чтобы С. м., вводимый в одном или двух местах, мог бы легко растекаться по всей поверхности и, задерживаясь в канавках (в случае большого к, когда он уже отчасти выдавливается), поддерживал бы хорошую С. Форма и расположение С. канавок не безразличны, и должны быть обдуманы конструктором.
При работе машин весьма важную роль играет нагревание трущихся частей, переходящее иногда в горение. Почти вся работа трения превращается в теплоту (на изнашивание идет ничтожный процент) и нормальным считается такое состояние, когда вся эта теплота успевает уходить в окружающий воздух естественным путем, вследствие лучеиспускания, и температура частей не подымается выше 50—60° Ц. Но иногда, вследствие увеличения трения (добавочная нагрузка, плохой С. м., попадание песка и т. п.) или ухудшения условий отвода теплоты (повышение температуры в помещении, прекращение тока воздуха, перекос шипа и т. п.), теплота перестает уходить полностью и начинает скопляться в трущихся частях до тех пор, пока их температура не повысится настолько, что она опять будет успевать уходить. Но этот предел может лежать очень высоко (сотни градусов) и тогда масло или жир разлагается, иногда загорается и могут даже расплавиться баббитовые и бронзовые части. Это явление „горения“ (в особенности подшипников) крайне опасно и следует немедленно принимать меры к его прекращению. Если машину нельзя остановить немедленно, то необходимо по возможности улучшить и усилить смазку, и для этого вводят между трущимися поверхностями касторовое масло или самое лучшее сало, в особенности в смеси с графитом. Охлаждение холодной водой опасно.