1.

Klasyfikacje lepkościowa i
jakościowa ISO olejów
przemysłowych.

Klasyfikacja lepkościowa ISO – podstawą
jest wartość lepkości kinematycznej w temp
40 C. Oznacza się je symbolem VG (stopień
lepkości) a wartość liczbowa opisująca klasę
lepkości oznacza lepkość średnią w
temperaturze 40C (lepkość
kinematyczna), .Klasyfikacja jakościowa
ISO obejmuje 18 klas olejów i smarów.
Środek następnej klasy jest o 50 % wyższy
od środka klasy poprzedniej

Klasyfikacja jakościowa – oleje
przemysłowe wg normy ISO zostały
umieszczone w klasie „L” w tej grupie
wyróżnia się podgrupy (A-Z) np.

ISO – L – D oleje sprężarkowe
ISO – L – T turbinowe
ISO – L – F maszynowe
ISO – L – H hydrauliczne
ISO – L – M płyny technologiczne
ISO – L – X smary plastyczne

Stosowanie w eksploatacji klasyfikacji
lepkościowej i jakościowej jest bardzo
wygodne. Producent samochodu (urządzenia
przemysłowego) nie musi szczegółowo
definiować wszystkich wymagań pod
adresem środka smarowego, operuje jedynie
symbolami klasyfikacji lepkościowej i
jakościowej.

2. Co to jest rezerwa alkaliczna w oleju
silnikowym i przed czym chroni? Przed
czym chronią inhibitory korozji?

Rezerwa alkaliczna – są to dodatki
alkaliczne dodawane do oleju silnikowego.
Neutralizuje silne kwasy nieorganiczne
powstające przy spalaniu paliwa silnikowego
(uwodnienie produktów spalania siarki, z
czego powstaje kwas). Miarą rezerwy
alkalicznej, jest jej liczba zasadowa.

Inhibitory korozji – tworzą warstewki
pasywne chroniące metal przed
oddziaływaniem słabych kwasów
organicznych (z procesu utleniania
węglowodorów). Hamują procesy korozji
elektrochemicznej lub ograniczają dostęp
elektrolitu do powierzchni metalu.

3. Modele tarcia z udziałem smaru.

- suche
-graniczne
-płynne
-mieszane

Tarcie płynne jest najbardziej korzystnym
rodzajem współpracy par ślizgowych. Opory
ruchu spadają do poziomu tysięcznych i
setnych i wynikają jedynie z tarcia
wewnętrznego w cieczy zależnego od
lepkości. Prawie nie zachodzi również
zużycie bo brak jest bezpośredniego styku
ciał stałych. Odpowiednio przygotowując
materiały ślizgowe możemy również dla
tarcia suchego uzyskać współczynniki tarcia
niższe niż 0,1. Osiągamy to stosując
specjalne tworzywa sztuczne, np. PPFE

(teflon) lub kompozyty tworzyw sztucznych
z materiałami smarowymi stałymi.

4. Penetracja i klasy konsystencji smarów
plastycznych.

W praktyce inżynierskiej przy doborze
smarów do łożysk posługujemy się klasami
konsystencji określającymi w jakiś sposób
nośność warstwy smarowej.

Podział na te klasy odbywa się przy pomocy
parametru zwanego penetracją. Jest to miara
zagłębienia się znormalizowanego stożka w
objętość badanego smaru w odpowiednich
warunkach.

Klasy konsystencji według NLGI.

Klasa konsystencji wg NLGI

Penetracja po ugniataniu w temp.

250C

Konsystencja

000

~450

Bardzo płynna

Smary półpłynne stosowane w

przekładniach zębatych.
00

~420

Płynna

0

~350

Półpłynna

1

~330

Bardzo miękka

Smary łożyskowe.

2

~280

Miękka

3

~230

Średnia

4

~200

Półtwarda Smary

twarde do zastosowań specjalnych.
5

~150

Twarda

6

~100

Bardzo twarda

7

~50

Bardzo twarda

ZESTAW II

1.Smarowanie hydrodynamiczne HD i
elastohydrodynamiczne -jak lepkość oleju
wpływa na grubość filmu olejowego

.

Smarowanie HD.

Jeżeli do łożyska obciążonego siłą N, w
którym czop wiruje z prędkością n
doprowadzimy olej o lepkości dynamicznej



to w czasie przepływu dojść może do

wytworzenia ciśnień hydrodynamicznych
unoszących czop w łożysku.
równań przepływu wyprowadzono wzór na
minimalną grubość filmu smarowego:

N

n

h







min

.

Ze wzoru wynika, ze najlepiej smaruje się
łożyska szybkoobrotowe, niskoobciążone.

temperatury.

Smarowanie EHD.

Smarowanie EHD możliwe jest tylko dlatego,
że olej w strefie współpracy dwóch walców
w sposób bardzo wyraźny zwiększa swoją
lepkość – staje się jakby ciałem stałym.
Film smarowy uzyskuje tak dużą nośność, że
ugina sprężyście współpracujące elementy
metalowe.

~25kPa

P

MPa

h

Współczynnik a charakteryzuje przyrost
lepkości na jednostkę przyrostu ciśnień. Jest
nazywany współczynnikiem ciśnieniowym
lub piezo – współczynnikiem lepkości.
Wzór na grubość filmu olejowego
wyprowadzamy z równań przepływu: .

K

N

n

a

h

EHD









13

,

0

6

,

0

7

,

0

7

,

0



Łatwiej uzyskać tarcie płynne w łożyskach
tocznych szybkoobrotowych. Znacznie
mniejszy niż przy smarowaniu HD jest
wpływ obciążenia (N0,13).
Dla smarowania EHD musimy znać
zależność od ciśnienia.
Dla projektowania węzłów tocznych i toczno
– ślizgowych musimy uwzględniać
–

– funkcja

rosnąca.

Generalnie za realizację korzystnych
warunków tarcia płynnego odpowiada
lepkość dynamiczna oleju smarnego.

2. Dodatki przeciwzużyciowe (AW) i
przeciwzatarciowe (EP).

Dodatki przeciwzużyciowe:

-

Tworzą na powierzchni ciał

stałych warstwy adsorbowane fizycznie.
Takie warstwy chronią układ przed zużyciem
w warunkach stabilnych, umiarkowanych
obciążeń.

Dodatki przeciwazatarciowe:

-

Przy przeciążeniu układu

wzrasta temperatura styku, dodatki
przeciwzużyciowe opuszczają powierzchnię
czyli desorbują. Występuje lokalny styk
metaliczny mogący doprowadzić do zatarcia.
Wzrost temperatury aktywizuje dodatki
przeciwzatarciowe, które chemicznie reagują
z powierzchnią detalu. Warstwa związku
chemicznego izoluje bezpośrednie kontakty
mechaniczne i proces zacierania zostaje
zatrzymany.

3.Prawidłowość tarcia suchego (bez
udziału smaru).

Prawidłowości rządzące tarciem suchym:

1.

Wartość współczynnika tarcia

zależy od:
a.

rodzaju trących po sobie

materiałów

b.

od chropowatości

współpracujących powierzchni

Ogólnie możemy powiedzieć, że
współczynnik tarcia ma dwie składowe:

mech

molek











-

molekularną, zależną od

przyciągania się atomów powierzchniowych
dwóch materiałów
-

mechaniczną, wynikającą z

odkształcenia nierówności
powierzchniowych – chropowatości.

2.

Współczynnik tarcia nie zależy

wprost od tzw. nominalnej powierzchni
styku ponieważ opory ruchu generują się w
miejscach rzeczywistego styku tworzonego
przez stykające się ze sobą wierzchołki
chropowatości.

Rzeczywista powierzchnia styku tarciowego
zależy od profilu chropowatości powierzchni
czyli od rodzaju obróbki powierzchniowej.
Jest ona niekiedy zaledwie ułamkiem %
powierzchni nominalnej.
Dlatego w eksperymentach nie obserwuje się
wprost zależności współczynnika tarcia od
powierzchni nominalnej.
Opory toczenia są o rząd lub dwa mniejsze
niż opory tarcia ślizganiem.
Łożyska toczne cechują się zdecydowanie
większą sprawnością niż łożyska ślizgowe.

4. Liczba oktanowa benzyn. Związek
składu węglowodorowego z liczbą
oktanową.

Liczba oktanowa (LO) określa odporność
paliw na szkodliwe spalanie stukowe,
pojawiające się wraz ze wzrostem stopnia
sprężania przy większych obciążeniach
silnika. Wartość LO dla konkretnego paliwa
mierzy się w silniku wzorcowym przez
porównanie z paliwem wzorcowym,
będącym ściśle określoną mieszaniną dwóch
węglowodorów: izooktanu i heptanu.
Wysoką odporność przeciwstukową
pierwszego z nich przyjmuje się za 100, a
niską drugiego – za 0.

Tak więc paliwo o liczbie oktanowej 94
zachowuje się w silniku wzorcowym
identycznie jak mieszanina złożona z 94
części izooktanu i 6 części heptanu.

ZESTAW III

1. Klasyfikacja lepkościowa i jakościowa
olejów silnikowych.

Klasyfikacje lepkościowa olejów
silnikowych – klasyfikacja według SAE.

Dzieli ona oleje na klasy lepkościowe w
grupie olejów zimowych, letnich i
wielosezonowych.

0W

10

15W/40

5W

20

10W/30

10W

30

15W

40

20W

50

60

temp.

h

40

15W

15W/40

Klasyfikacje jakościowe.

Oleje silnikowe.

Najpierw opracowano klasyfikacje
jakościowe w USA według propozycji API
(American Petroleum Institute –
Amerykański Instytut Naftowy).

Dla silników benzynowych z zapłonem

B, . . ., J oznacza kolejno wzrost jakości.

Dla silników wysokoprężnych z zapłonem

Poczynając od klasy SH zaczęto wymagać
potwierdzenia jakości badaniami wyłącznie
w upoważnionych laboratoriach. Pełen koszt
takich badań wynosi około 1 mln $.

W przypadku pozytywnych wyników
producent otrzymuje pisemny certyfikat oraz
prawo posługiwania się graficznym
symbolem jakości umieszczanym na
opakowaniu.

W dolnej części znaku umieszcza się
informację o ewentualnej
paliwooszczędności oleju. Pojawia się
wówczas napis ENERGY CONSERVING
(oszczędność energii) lub skrót EC I, EC II,
EC III.

Klasy I, II, III oznaczają, że olej sprawdzany
w specjalnym teście pozwolił uzyskać
oszczędności paliwa odpowiednio 1,9 %;
2,7 %; 3,6 % w odniesieniu do zużycia
paliwa na oleju znormalizowanym.

Takie testy przechodzą pozytywnie
wyłącznie oleje syntetyczne o klasach 0W/30,
0W/40, 5W/40 itp.

W Europie w latach ’80 opracowano własne,
wzorowane na USA wymagania pod
adresem olejów silnikowych. Uwzględniono

w nich specyfikę konstrukcji silników
europejskich (mniejsze i bardziej wysilone
jednostki).

Kolejno powstawały następujące
klasyfikacje:

-
(Stowarzyszenie Konstruktorów Silników
Spalinowych Wspólnego Rynku EWG)

G4, G5

Dla silników spalinow

(dla samochodów ciężarowych.

-
(Stowarzyszenie Producentów Samochodów
Europejskich).

ACEA wchłonęła CCMC i przez pewien
czas sygnowano produkty klasą o oznaczeniu
ACEA(CCMC).

-

W 1996 r

-1-__; A-

2__; A3__; A4__

B3__; B4__ (osobowe)

(ciężarowe).

Przykład opisu: B-2-98 oznacza klasę B2 i
rok aktualizacji testów 1998.

Produkty wysokiej jakości badane są
zarówno według wymagań amerykańskich
jak i europejskich.

Uzyskanie dodatkowych informacji o jakości
polega na:

-

Sprawdzeniu jakości w testach

producentów samochodów

VW _ _ _ _

Ford _ _ _ _

MIL – L _ _ _ - taki zapis oznacza spełnienie
przez produkt Amerykańskiej Normy
Wojskowej (bardzo wysoki poziom
wymagań).

2.Jak działają dodatki myjąco-
dyspergujące? Jakiego rodzaju
zanieczyszczenia w postai cząstek stałych
znajdują się w oleju silnikowym?

Czystość silnika (brak osadów) zapewniają
tzw. dodatki myjąco – dyspergujące które
zmywają stare osady, zawieszają je w sposób
koloidalny w objętości oleju, pokrywają
umyte powierzchnie warstewkami
ochronnymi.

Dyspergowaniu podlegają również inne
zanieczyszczenia o charakterze cząstek
stałych oraz pewne ilości wody.

W taki sposób można wbudować w strukturę

eksploatacyjnych dzięki czemu np. cząstki
stałe przestają działać ściernie.

Zanieczyszczenia stałe

nagary szlamy laki

3.Co to jest liczba cetanowa olejów
napędowych? Związek LC ze składem
węglowodorowym

Jakość zapłonu i spalania charakteryzuje
liczba cetanowa.

Liczba cetanowa.

Parametrem określającym charakterystyczne
dla danego rodzaju paliwa opóźnienie
samozapłonu jest liczba cetanowa.
Wyznacza się ją – podobnie jak liczbę
oktanową dla paliw do silników ZI –
doświadczalnie, przy pomocy specjalnego
silnika o zmiennym stopniu sprężania.
Spośród znanych węglowodorów cetan
odznacza się największą skłonnością do
samozapłonu, gdyż spala się przy stopniach
sprężania powyżej 7. drugim paliwem
wzorcowym o przeciwstawnych
właściwościach jest a – metylonaftalen
wymagający do wywołania samozapłonu
stopnia sprężania powyżej 20. Cetanowi
więc przypisuje się liczbę cetanową 100, zaś
a – metylonaftalenowi – 0. zachowanie
badanego paliwa w silniku doświadczalnym
porównuje się z zachowaniem różnych
mieszanek paliw wzorcowych o ściśle
określonych składach. Paliwo zachowujące
się identycznie jak mieszanka z 60 –
procentową zawartością cetanu ma liczbę
cetanową 60. liczba cetanowa olejów
napędowych stosowanych do
samochodowych i ciągnikowych silników ZS

4. Budowa i otrzymywanie smarów

plastycznych. Co to jest zjawisko
Tiksotropii?

Samochodowe smary plastyczne. Otrzymuje
się je przez zagęszczenie olejów bazowych
mydłami metali, substancjami ceramicznymi
lub stałymi węglowodorami.Kompozycję
uzupełniają dodatki funkcjonalne.

Zagęszczacz dodawany do podgrzanego
oleju w trakcie schładzania krystalizuje
tworząc szkielet wewnętrzny.Budowa smaru
plastycznego przypomina gąbkę nasyconą
olejem.

Reologia smarów plastycznych.

Smary plastyczne są cieczami
nienewtonowskimi co oznacza, że ich
lepkość jest funkcją gradientu ścinania
(gradientu prędkości przepływu).

Natomiast lepkość smaru plastycznego jest
malejącą funkcją gradientu prędkości
ścinania.

Spadek lepkości jest wywołany ścinaniem
struktur wewnętrznych dzięki czemu lepkość
smaru zbliża się do lepkości oleju bazowego.

Po pewnym czasie struktura wewnętrzna
odbudowuje się, lepkość wzrasta, jest to
zjawisko TIKSOTROPII. W przypadku
smarów plastycznych używamy pojęcia
lepkość strukturalna, efektywna lub pozorna.

IV

1. Oleje silnikowe – funkcje

Oleje silnikowe pracują w bardzo ciężkich
warunkach tzn. w wysokiej temperaturze i
przy chemicznym oddziaływaniu układu
spalania.

Podstawowe zadania oleju silnikowego to:

- Smarowanie w szerokim zakresie
temperatur – skuteczne smarowanie
zapewnia odpowiednia zależność lepkości
oleju od temperatury. Standaryzuje się
lepkość w określonych temperaturach w taki
sposób aby łatwy był rozruch zimnego
silnika (korzystny niski poziom lepkości –
małe opory rozruchu) oraz odpowiednia
grubość filmów smarowych w węzłach
ruchowych silnika nagrzanego.

2.Jak działają dodatki lepkościowe
(wiskozatory)? Co to jest wskaźnik
lepkośći?

Są to polimery o specyficznych własnościach
takich, że w temperaturach ujemnych mają
one postać ciasno upakowanych kłębków i
nie wpływają istotnie na lepkość oleju.

W miarę wzrostu temperatury kłębki
rozwijają się i w wysokich temperaturach
przyjmują postać łańcuchów z bocznymi
rozgałęzieniami. Oddziaływują one z
węglowodorami oleju bazowego dzięki
czemu lepkość spada w mniejszym stopniu.

Ważną rzeczą jest utrzymanie płynności
oleju w temperaturach ujemnych (lepiej
spisują się tutaj syntetyki). W olejach
mineralnych płynność pozwalają zachować
depresatory. Obniżają one temperaturą
krzepnięcia, adsorbując na wydzielających
się z oleju kryształach parafin. Izolują je na
pewien czas przed wzajemym kontaktem co
opóźnia utworzenie szkieletu przestrzennego
– krzepnięcia.

Wskaźnik lepkości jest to liczba wyrażająca
charakter zależności lepkości od temperatury.

3.Skład frakcyjny benzyn – jakie
właściwości wyraża?

Faza I – ROZRUCHOWA – zawiera lekkie
węglowodory ułatwiające rozruch zimnego
silnika tych węglowodorów nie może być
zbyt wiele aby po nagrzaniu nie tworzyły się
korki parowe zaburzające dostawę mieszanki
do cylindra.Faza II – ROBOCZA – od jej
przebiegu zależą głównie własności
dynamiczne silnika.Faza III –
POZOSTAŁOŚCIOWA – zawiera cięższe
węglowodory z których część nie jest w
stanie odparować

% destylacji
paliwa

Temperatura C

0

I

II

III

10%

90%

40

205

100%

4.Zależność lepkości strukturalnej
smarów plastycznych od gradientu
prędkości ścinania.

Reologia smarów plastycznych.
Smary

plastyczne

są

cieczami

nienewtonowskimi co oznacza, że ich
lepkość jest funkcją gradientu ścinania
(gradientu prędkości przepływu).

v

y

x

Jeśli w szczelinie znajduje się olej smarowy
to zachowuje się on jak ciecz newtonowska,

tzn. spełnia równanie Newtona:

dy

dv









.

Współczynnik



jest to lepkość dynamiczna

oleju. Wielkość ta nie zależy od gradientu
ścinania.



dv/dy



dv/dy

olej bazowy

smar plastyczny

Natomiast lepkość smaru plastycznego jest

malejącą funkcją gradientu prędkości

ścinania.Spadek lepkości jest wywołany
ścinaniem struktur wewnętrznych dzięki

czemu lepkość smaru zbliża się do lepkości

oleju bazowego.Po pewnym czasie struktura

wewnętrzna odbudowuje się, lepkość

wzrasta, jest to zjawisko TIKSOTROPII. W

przypadku smarów plastycznych używamy

pojęcia lepkość strukturalna, efektywna lub

pozorna.