Анализ применяемых смазочных материалов в поворотном кулаке "Спайсер".

Автомобили семейства УАЗ являются одними из лучших внедорожников, которые широко эксплуатируются в условиях нашего Российского бездорожья. Тяжелые условия эксплуатации приводят к выходу из строя деталей и узлов подвески и наиболее часто деталей поворотного кулака. Ремонт этого узла можно выполнять в ремонтных мастерских или самостоятельно, используя текстовые инструкции или видеофильмы, размещенные на различных сайтах.Так, например, в видеоматериалах ООО «СТО22» представлен фильм о порядке модернизации шкворневого узла УАЗ, где подробно и доходчиво показана замена пластикового вкладыша шкворня на бронзовый. И при этом указано, что полости корпуса поворотного кулака и шаровой опоры поворотного кулака (ШОПК) обильно заполняются смазкой Литол-24, что конечно предотвращает попадание грязи и воды в полости поворотного кулака и увеличивает срок его службы. Шарнир равных угловых скоростей (ШРУС) при этом заполняется смазкой Шрус-4М. Как видно, из рисунка 1, смазки во время эксплуатации могут легко смешиваться и возникает законный вопрос, а как это отразится на работоспособности дорогостоящего узла ШРУС?

Рисунок 1. – Устройство поворотного кулака автомобиля УАЗ с мостом «Спайсер».

Для ответа на этот вопрос были проведены исследования по совместимости смазок Литол-24 и Шрус-4М. Под совместимостью в этом случае понимается способность двух или нескольких смазочных материалов смешиваться между собой без ухудшения их эксплуатационных свойств и стабильности при хранении [1].

На первом этапе исследования был проведен анализ смазок по литературным источникам. На основании чего было установлено, что Литол-24 относится к литиевым смазкам (МЛи 4/12-3) по ГОСТ 21150-87. Его готовят загущением нефтяного масла вязкостью 60…75 мм2/с при 50⁰ c литиевым мылом 12-гидрооксистеариновой кислоты, содержит вязкостную и антиокислительную присадки [2, 3].

Эта смазка водостойкая. Отличается высокой механической стабильностью. Консервационные и противозадирные свойства вполне удовлетворительны. Коллоидная стабильность хорошая. Испаряемость и окисляемость низкие. Применяется для узлов трения всех типов: подшипников качения и скольжения, шарниров, зубчатых и иных передач, для смазывания направляющих ходовой части, подвески рулевого управления, трансмиссии, механизмов дополнительного оборудования и других силовых узлов автотракторной техники.

Таблица 1. – Характеристики смазок [2].

Марка смазки	Механическая стабильность	Физико-химическая стабильность	Водостойкость	Консервационная способность	Диапазон рабочих температур град.С		Относительный предел прочности*	Относительная вязкость*	Относительный противозадирный показатель
					Мин.	Макс.
Литол-24	Высокая	Высокая	Высокая	Средняя	-40	130	1,40	0,9	1,2
Шрус-4М	Высокая	Высокая	Высокая	Средняя	-40	100	0,80	0,4	1,1
Примечание * - при температуре 200 С

Смазка «Шрус-4М» по типу тоже относится к литиевым. Основная их особенность состоит в том, что в смазку введена эффективная противозадирная добавка дисульфид молибдена. В соответствии со своими свойствами эти смазки считаются целевыми и специальными, чем и отличаются от Литол-24, они рекомендуются для смазки узлов ШРУС. Равноценной замены для смазки «Шрус-4М» в шарнирах привода колес нет. В хорошо защищенных узлах (шарниры и подшипники) смазка «Шрус-4М» может служить до капитального ремонта автомобиля, что позволяет значительно снизить затраты на его техническое обслуживание [3]. Характеристики этих смазок приведены в таблице 1.

 

Рисунок 2. – Машина для определения износа: а – общий вид машины; б  – вид узла износа.  

Как видно, Литол-24 имеет более широкий диапазон рабочих температур, имеет выше относительный предел прочности и вязкости, это говорит о том, что Литол-24 по консистенции гуще Шруса-4М, а относительный противозадирный показатель у Шруса-4М ниже, что говорит о его большей несущей способности при взаимодействии трущихся поверхностей. Следовательно, при смешивании смазок возможно изменение свойств смазки Шрус-4М, что может привести к снижению срока службы узла.

На втором этапе были проведены экспериментальные исследования по влиянию смазок Литол-24 и Шрус-4М на износостойкость образцов в виде шариков диаметром 7,15 мм из стали ШХ15. Исследования проводились с использованием экспериментальной машины для определения износа, которая показана на рисунке 2. Машина состоит из рамы, на которой установлены: электродвигатель с частотой вращения вала 1370 об/мин; ременная передача с передаточным числом i=2, узел износа, который состоит из корпуса для установки оправки, оправки для закрепления образцов, груза (массой 740 гр.) размещаемого на оправке, вала на который закрепляется контртело в  виде подшипника с наружным диаметром 40 мм, ролика для смазки из поролона. Машина для износа обеспечивает трение скольжения между неподвижно закрепленным в оправке шариком и вращающемся с частотой 685 об/мин (линейная скорость 1,44 м/сек) контртелом.

Исследовались смазки: Литол-24 ГОСТ21150-87 производства Газпромнефть; смазка шарнира поворотного кулака Двойной Ресурс торгового дома «Соллерс» (аналог смазки Шрус-4М); смесь двух смазок - Литол-24 и смазка шарнира поворотного кулака Двойной Ресурс торгового дома «Соллерс» в соотношении объемов 1:1, а также для сравнения смазка Mobil XHP222 Mobilgrease производства USA.

Износ исследовался на трех шариках из одной партии, каждый шарик в случайной последовательности изнашивался с различными смазками, таким образом, повторяемость опытов для каждой смазки равна трем. Время износа для всех случаев 5 мин, фиксировалось при помощи таймера сотового телефона. Контртело для всех опытов оставалось одним и тем же. Для предотвращения контакта поверхности шарика со следом на контртеле от предыдущего износа при каждом опыте корпус вместе с оправкой сдвигался вдоль оси контртела. При смене смазки контртело и шарик промывались в уайт-спирите.

Износ оценивался путем измерения диаметра D пятна износа на шарике (рисунок 3) с использованием инструментального микроскопа МБИ-1 с 30-кратным увеличением. Цена деления измерительного лимба микроскопа 0,005 мм.

Рисунок 3. – Схема измерения пятна износа D на шарике (30-кратное увеличение).

Результаты измерения износа образцов с применением различных смазок представлены в таблице 2 и на рисунке 4 в виде диаграммы, построенной по средним значениям износа.

Таблица 2. – Результаты износа образцов с применением различных смазок.

№ опыта	Величина износа образца (мм) с видами смазок
	Литол-24	Аналог смазки Шрус-4М	Мobil	Литол-24+Шрус-4М  (1:1)
1	1,0	0,7	0,76	0,84
2	0,98	0,68	0,75	0,88
3	0,9	0,64	0,72	0,78
Среднее значение износа D	0,96	0,67	0,74	0,83

     

 

Рисунок 4. – Значение средней величины износа образца (мм) для разных видов смазки.

Как видно, наибольший износ образцов наблюдается с использованием смазки Литол-24, наименьший износ обеспечивает смазка Шрус-4М, чуть большая величина износа у смазки Mobil. При смешивании смазок Литол-24 и Шрус-4М в соотношении 1:1 износ образцов, по сравнению с чистой смазкой Шрус-4М, увеличился на 19%. Это говорит о том, что эксплуатационные характеристики смазки Шрус-4М ухудшились, следовательно, эти смазки не совместимы.

В результате проведенных исследований по определению совместимости смазок Литол-24 и Шрус-4М можно сделать следующие выводы:

1. При трении скольжения износ образцов у смешанной смазки увеличился, по сравнению с чистой смазкой Шрус-4М, на 19%.

2. Смешивание смазок Литол-24 и Шрус-4М приводит к снижению эксплуатационных  свойств смазки Шрус-4М.

3. Для обеспечения требуемого ресурса узла ШРУС, который может быть достигнут при смазке его Шрус-4М, необходимо разграничить зоны размещения смазок или подобрать смазку для заполнения полости ШОПК, которая будет совместимой со смазкой Шрус-4М.

 

Список используемой литературы:

1. ГОСТ 26098-84 «Нефтепродукты. Термины и определения»

2. Гнатченко И.И. и др. Автомобильные масла, смазки, присадки: Справочное пособие. М.: 000 «Издательство ЛСТ»; СПб.: 000 «Издательство «Полиrон», 2000. 360 с.

3. Данилов В.Ф. и др. Масла, смазки и специальные жидкости. Елабуга: изд-во филиала К(П)ФУ.2013. – 216 с.