Вязкость масел

Основным показателем качества технических масел является его вязкость. Физически она представляет собой внутреннее трение или сопротивление течению жидкости. Например, вода имеет низкое сопротивление течению жидкости, а отсюда и низкую вязкость -1cSt, мед очень большую вязкость – порядка 1000cSt. Практически удостоверится в этом можно пропустив эти вещества через отверстие с сечением 1 мм2. Вода пройдет его за 1 секунду, а мед за 1000 секунд. Моторному маслу в зависимости от его назначения понадобится в среднем 12-17 секунд.

Вязкость масла, во-первых, является показателем его смазывающих свойств, так как от вязкости зависит качество смазывания, распределение масла на поверхностях трения и, тем самым износ деталей. Так при повышении вязкости моторного масла в современных высокоскоростных двигателях автомобилей, масло будет достигать узких отдаленных каналов механизмов двигателей с опозданием, что будет вызывать интенсивный износ двигателя. Во-вторых, от вязкости зависят потери энергии при работе двигателя. Так, в гидродинамических трансмиссиях масло движется с большой скоростью (около 100 м/с) в узких каналах между лопатками насосного и направляющего колес и турбины. Для снижения энергетических затрат на преодоления внутреннего трения, вязкость масла должна быть по возможности более низкой во всем диапазоне рабочих температур. Практически вязкость масел для гидромеханических трансмиссий должна быть 4 -8 сСт. В любом случае, вязкость масла ή выступает важнейшим физико-химическим свойством, оказывающим влияние на силу трения F:

F= ήV S/h

где V- относительная скорость движения поверхностей; S– площадь скольжения; h– толщина слоя смазки.

Вязкость масла зависит от:

  • химического состава и структуры соединений, образующих масло;
  • рабочей температуры;
  • рабочего давления (нагрузки);
  • скорости сдвига.

При производстве масел используются базовые масла с различными показателями вязкости. В большинстве случаев для получения товарных масел с требуемыми вязкостными характеристиками в их состав вводят модификаторы вязкости. Следовательно, вязкость масла будет изменяться в зависимости от образовавшегося молекулярного строения масла и действия внешних факторов. Понятно также, что при повышении температуры вязкость масла уменьшается, а при понижении увеличивается. Поэтому очень важно определить пороговые значения вязкости при различных эксплуатационных температурах. При выборе масла следует учитывать три критических значения вязкости:

  • - оптимальное при нормальной рабочей температуре;
  • - минимальное при максимальной рабочей температуре;
  • - и максимальное при самой низкой температуре.

Вязкость масла в значительной степени зависит от давления. Это имеет особое значение при смазывании механизмов, работающих с большими удельными нагрузками и высоким давлением в узлах трения, что должно учитываться при конструировании и расчетах механизмов. Требуемый уровень вязкости в рабочих условиях положительно сказывается и на смазывающие свойства масла: между поверхностями трения образуется прочный смазочный слой. При высоком давлении вязкость может возрасти настолько, что масло потеряет свойство жидкости и превратится в квазипластичное тело. Эти положения берутся в расчет при эксплуатации оборудования. Если механизм тяжело нагружен, то тогда инженер-экспуатировщик будет рекомендовать для применения масло с высокой вязкостью. Если же механизм развивает высокие скорости, тогда необходимо использовать масла с низкой вязкостью, чтобы быстро перемещаться внутри смазочной системы. При быстром скольжении поверхностей трения достигается высокая скорость течения масла в узких зазорах и проявляется высокая деформация сдвига. Устойчивость к деформации сдвига является важнейшим показателем для всех моторных масел.

Несмотря на то, что существует много методов определения вязкости, специалисты-масленщики и инженеры-эксплуатировщики смогли прийти к базисному варианту измерений и классификаций масел по вязкости, как для моторных масел, так и для промышленных. Это позволяет довольно легко и быстро подбирать масла для различных областей применения, хотя всегда существует погрешность в допустимых пределах (не более 10%). В таблицах 1 и 2 представлены последние редакции классификации вязкости для масел (согласно SAE и ISO).

Таблица 1 Степени вязкости SAE для моторных масел (SAE J300 редакция - июнь 2001)

Степень вязкости

Низкотемпературная вязкость

Высокотемпературная вязкость

 

Проворачиваемость

Прокачиваемость

Вязкость при 100°С, мм²/c

Вязкость при 150°C и скорости сдвига 106; с-1; мПа с, не менее

 

Максимальная вязкость, мПа с

min

max

 

при темп. *

при темп. **

0W

6200

при -35°С

60000

при - 40°С

3.8

-

-

5W

6600

при -30°С

60000

при -35°С

3.8

-

-

10W

7000

при -20°С

60000

при -30°С

4.1

-

-

15W

7000

при -15°С

60000

при -25°С

5.6

-

-

20W

9500

при -10°С

60000

при -20°С

5.6

-

-

25W

13000

при -10°С

60000

при -15°С

9.3

-

-

20

 

 

5.6

< 9.3

2.6

30

 

 

9.3

< 12.5

2.9

40

 

 

12.5

< 16.3

2.9
(0W-40, 5W-40 и 10W-40 классы)

40

 

 

12.5

< 16.3

3.7
(15W-40, 20W-40, 25W-40, 40 классы)

50

 

 

16.3

< 21.9

3.7

60

 

 

21.9

< 26.1

3.7

 

* При запуске холодного двигателя, вязкость проворачивания, измеряется на вискозиметре CCS;
** В отсутствии напряжения сдвига, измеряется на вискозиметре MRV.

Таблица 2 Классификация вязкости масел по ISO

Класс вязкости по ISO

Средняя вязкость при 40°C, мм2

Пределы кинемат. вязкости при 40°C,мм2

min

max

 

 

 

 

ISO VG 2

2,2

1,98

2,42

ISO VG 3

3,2

2,88

3,52

ISO VG 5

4,6

4,14

5,06

ISO VG 7

6,8

6,12

7,48

ISO VG 10

10

9,00

11,00

ISO VG 15

15

13,5

16,5

ISO VG 22

22

19,8

24,2

ISO VG 32

32

28,8

35,2

ISO VG 46

46

41,4

50,6

ISO VG 68

68

61,2

74,8

ISO VG 100

100

90,0

110

ISO VG 150

150

135

165

ISO VG 220

220

198

242

ISO VG 320

320

288

352

ISO VG 460

460

414

506

ISO VG 680

680

612

748

ISO VG 1000

1000

900

1100

ISO VG 1500

1500

1350

1650