ETB-T   ELEMENTE DE TRIBOLOGIE

ETB-T.4  MODELAREA ŞI CONSTRUCŢIA SISTEMELOR DE UNGERE (LUBRIFICAŢIE)

ETB-T.4.2  LUBRIFICANŢI

 

            CUPRINS

ETB-T.4.2.1 FUNCŢII   

ETB-T.4.2.2 CLASIFICARE

ETB-T.4.2.3 PROPRIETĂŢILE ŞI TIPURILE ULEIURILOR

                      ETB-T.4.2.3.1 Proprietăţile de curgere ale uleiurilor                  

                      ETB-T.4.2.3.2 Proprietăți suplimentare ale uleiurilor

                      ETB-T.4.2.3.3 Tipurile uleiurilor pentru autovehicule

ETB-T.4.2.4 PROPRIETĂŢILE ŞI TIPURILE UNSORILOR CONSISTENTE

                      ETB-T.4.2.4.1 Proprietăţile principale ale unsorilor consistente

                      ETB-T.4.2.4.2 Tipurile unsorilor consistente

ETB-T.4.2.5 UNGEREA CU ALŢI LUBRIFIANŢI

                      ETB-T.4.2.5.1 Particularităţile ungerii cu gaze (aer)

                      ETB-T.4.2.5.2 Particularităţile ungerii cu apă

ETB-T.4.2.6 ALEGEREA LUBRIFIANTULUI

 

 

ETB-T.4.2.1 FUNCŢII

 

Funcţii principale

Funcţii secundare

-         asigurarea peliculei portante īntre suprafețele īn mișcare relativă capabilă să preia sarcinile exterioare;

-         reducerea frecării;

-         diminuarea uzurii;

-         asigurarea răcirii;

-         protejează īmpotriva coroziunii;

-         asigură transferul spre exterior a căldurii produse prin frecare;

-         atenuează şocurile şi vibraţiile

 

ETB-T.4.2.2 CLASIFICARE

 

Starea de agregare

Tipuri

Exemple

Descriere

Solide

Mase plastice

Teflonul, poliacetați

Independent sau īnglobate īn straturi antifricțiune

Materiale pulverulente

Grafit, mică, MoS2, WS2

Īnglobate īn paste lubrifiante (īn amestec cu uleiuri sau unsori) sau sub formă de filme uscate (īn amestec cu lianți)

Lichide

Uleiuri

Minerale

Se obțin din petrol prin rafinare. Aditivarea se face pentru īmbunătăţirea capacităților de ungere (reducerea scăderii vāscozității cu creşterea temperaturi), anticoroziune, antioxidare, antiuzare, extremă presiune etc. 

Sintetice

Sunt produse de sinteză create special pentru anumite cerințe. Performanţele uleiurilor sintetice sunt mai bune īn ceea ce priveşte capacitatea de pompare la temperaturi scăzute, stabilitatea la temperaturi īnalte şi protecţia suprafeţelor.

Neconenționali

Apa, topituri emulsii, acizi

Materiale topite: mercur, sodiu, sticlă etc.

Vāsco-plasticce

Unsori consistente

 

 Cu săpunuri pe bază de Ca, Na, Li, ba, Pb, Al

Gazoase

Aer, abur, CO2,  He, CO2

 

 

ETB-T.4.2.3 PROPRIETĂŢILE ŞI TIPURILE ULEIURILOR

 

ETB-T.4.2.3.1 Proprietăţile de curgere ale uleiurilor

 

Denumire

Simbol, unitate de măsură

Descriere

Vāscozitatea dinamică

η   [N.s/m2]SI sau [Pa.s]SI ;[ P ]CGS (Poisie) sau [cP] CGS;  1P = 1 N.s/cm2;  1cP = 10-3Pa.s (vāscozitatea dinamică a apei la 20oC)

Īn baza legii lui Newton (fig. ETB-T.2.4.6,b) reprezintă factorul de proporţionalitate īntre tensiunile tangenţiale de forfecare ale straturilor de lubrifiant şi gradientul vitezei pe direcţia normală de curgere;  măsură a frecării interne din lubrifiant şi defineşte cantitativ rezistenţa la curgere

Vāscozitatea cinematică

υ   [m2/s] sau [St] (Stokes);   1St = 1 cm2/s; 1cSt = 10-6 m2/s  (vāscozitatea cinematică a apei la 20oC)

Reprezintă raportul dintre vāscozitatea dinamică și densitatea (η/r)

Viscozitatea relativă (Engler)

E  [ o ] (grade Engler)

Raportul dintre timpul de curgere a 200 cm3 ulei şi timpul de curgere a 200 cm3 apă distilată la 20°C, prin orificiul calibrat al vāscozimetrului.

 

Densitaea

r [kg/m3]SI sau [kg/cm3]CGS

r = (700...1200) kg/m3 

Căldura specifică

C [J/kg K]SI

c 1670 J/kg K

Conductivitatea termică

λ [W/mK]SI

λ  0,14 W/mK

Obs.

1.     Viscozitatea caracterizează frecarea internă a lubrifiantului şi defineşte cantitativ rezistenţa la curgere; determină mărimea coeficientului de frecare şi, implicit, pierderile de putere, precum şi viteza de curgere a acestuia printre suprafeţele metalice.

2.     Viscozitatea uleiurilor scade cu creşterea temperaturii  (dacă temperatura creşte de la 20oC la 70oC viscozitatea scade de aprox. 50 ori); scăderea/creşterea excesivă a viscozităţii uleiului duce la scăderea calităţii sale de ungere. Variaţia viscozităţii uleiurilor cu temperatura se cuantifică,  prin indicele de viscozitate (40...200) care exprimă comportarea lubrifiantului cu temperatura comparativ cu două uleiuri etalon, unul cu indicele 0 (variaţie foarte puternică cu temperatura) şi altul cu indice 100 (variaţie medie cu temperatura); cu cāt indicele de vāscozitate al unui ulei este mai mare cu atāt se comportă mai bine la temperaturi ridicate fără să-i scadă prea mult vāscozitatea şi la temperaturi scăzute fără ca aceasta să crească prea mult.

 

ETB-T.4.2.3.2 Proprietăți suplimentare ale uleiurilor

 

Proprietatea

Descriere

Onctuozitatea (capacitatea de ungere)

Proprietatea de aderenţă a lubrifiantului la  suprafeţele solide; se evaluează prin determinarea presiunii care conduce la īntreruperea peliculei de lubrifiant sau prin determinarea capacității antifricțiune, măsurānd  coeficientul de frecare

Punctul de inflamabilitate

Temperatura la care un lubrifiant se aprinde de la sine īn apropierea unei flăcări deschise (pentru uleiuri minerale, 150... 2100C).

Punctul de ardere

Temperatura la care uleiul īncălzit īn vase deschise, odată aprins arde complet. Este cu 20-30 oC mai mare decāt punctul de inflamabilitate (2100C)

Punct de solidificare (congelare)

Temperatura la care uleiul sub propria lui greutate nu mai curge; este important pentru maşini frigorifice, mijloace de transport la temperaturi reduse

Emulsionabilitatea

Proprietatea lubrifiantului de a se amesteca cu apa și de a nu se separa de aceasta; important pentru turbine cu abur

Conţinutul īn acizi

Mai mic decāt 0,7 ‰ pentru a nu coroda chimic piesele pe care le ung.

Conţinutul īn apă

Mai mic decāt 0,5‰, apa micșorează absorbţia, respectiv aderenţa uleiului și favorizează coroziunea.

Spumarea

Proprietatea uleiului de a forma și menține spuma la suprafață consecință a conținutului de aer sau gaze din masa uleiului; spumarea constituie cauza unor defecțiuni ce pot apărea īn transmisii

 

ETB-T.4.2.3.3 Tipurile uleiurilor pentru autovehicule

 

Uleiuri minerale

 

 

Pentru motoare

M xx, (SAE xx)

 

Ulei monograd; xx = 20,30,40 gradul vāscozității (timpul de curgere printr-un orificiu dat) după normele americane SAE (Society of Automotive Engineers, īnființată īn 1911); cu cāt gradul este mai mare cu atāt uleiul este mai vīscos

M yy W - xx

(SAE  yy  W-xx)

Ulei multigrad; yy = 0,5,10,15,20,25 gradul vāscozității la temperaturi scăzute pe timp de iarnă (uleiuri aditivate); xx = 20,30,40 gradul vāscozității după normele americane SAE; ex. M20 W-40 este ulei multigrad aditivat care iarna are factorul vāscozității 20 echivalent cu un ulei cu factorul 40 pe timpul verii; cu cāt primul număr (yy) este mai mic, uleiul se comportă mai bine la temperaturi scăzute fără să-i crească foarte mult vāscozitatea şi cu cāt al doilea număr (xx) este mai mare, uleiul este mai bun la temperaturi ridicate fără să-i scadă foarte mult viscozitatea

Pentru transmisiile autovehiculelor

T xx

Uleiuri neaditivate xx =  indicele de vāscozitate; ex. T140;

T xx EP y

Uleiuri aditivate cu aditivi de extremă presiune (EP); xx indicele de vāscozitate; y – gradul de aditivare

  Uleiuri speciale (uleiuri pentru transmisii automate,

Pentru transmisii industriale

TIN xx EP

Uleiuri aditivate cu aditivi de extremă presiune (EP); xx vāscozitatea cinematică īn cSt la 50 oC; TIN 125 EP, TIN 42 EP, TIN 130 EP

              [www.uleiauto.ro]

Tipurile aditivilor (bisulfură de molibden, azotură de bor etc.):
• qntioxidanți (rezistenta la oxidare);
• pentru mărirea indicelui  de vāscozitate (IV, vara īl face mai gros și iarna mai subțire) și cu rol de anti-uzura la pornirea la temperaturi scăzute;

• antifricțiune;

• antiuzură pentru īnaltă presiune;

• anti-congelanti (coboară punctul de congelare);
• mărirea onctuozității si EP (extrema presiune); măresc rezistenta filmului de ulei la presiuni īnalte, dar in cazul depășirii concentrației normale pot provoca uzuri mari;
• anti-rugină;
• anti-spumanti (sparg bulele de aer din ulei);
• detergenţi (mențin īn soluție substanțele insolubile și īmpiedică depunerea lor sub forma de lacuri);
• multifuncționali: (acțiune sinergetică), cel mai frecvent pachet: antioxidant, antispumant, detergent, dispersant etc.

Specificaţii suplimentare, American Petroleum Institute (API): categorii Service (SA...SM), pentru motoare pe benzină;  categorii Comercial (CD, CH, CG, CH),  pentru motoare Diesel;

SA - pentru motoare foarte vechi, fara cerinte de performantă

SB - pentru motoare foarte vechi; folosita numai atunci cānd este ceruta īn mod special de fabricant.
SC - pentru motoare fabricate pānă īn anul 1967.
SD - pentru motoare fabricate pānă īn anul 1971.
SE - pentru motoare fabricate pānă īn anul 1979.
SF - pentru motoare pe benzina fabricate după 1980, pāna īn anul 1989; īn comparație cu SE asigura o curăţire mai buna a parților active ale motorului si reducerea depunerilor, rezistenta la oxidare si protecție la uzura mai ridicate.
SG - pentru motoare fabricate dupa 1980, pānă īn anul 1993 inclusiv; aditivare mai ridicata īn comparație cu SF.
SH - Pentru motoare fabricate pāna īn anul 1996 inclusiv; īn comparatie cu SG asigura īn mod mai sever proprietatile uleiului.
SJ - pentru toate motoarele folosite īn prezent; este mai eficient decāt SH īn ceea ce privește stabilitatea la oxidare la temperaturi īnalte, compatibilitatea cu catalizatorul, spumare redusa.
SL - a fost introdusa īncepānd cu iulie 2001
SM - a fost introdusa īncepānd cu iulie 2004; cea mai īnalta clasa de performanta pentru motoarele pe benzină; pentru toate motoarele performante produse īn prezent, avānd o protecție imbunatatita impotriva depozitelor si lucrului la temperaturi scăzute; unele uleiuri au specificatia "Energy Saving"

CA - CC - pentru motoare diesel pānă īn 1965.
CD - valabil din 1965, lubrifiant pentru motoare diesel de sarcina mare, supraalimentate; Conține aditivi DD mai eficienți.
CE -  pentru motoare diesel de mica si mare viteza, cu sarcina ridicata, supraalimentate; aditivat moderat, asigura consum redus de ulei.
CF - a fost introdusă īn 1994; Pentru motoare diesel cu sau fără injecție indirecta, incluzānd si pe cele care folosesc combustibil cu sulf peste 0,5%; īnlocuiește specificația CD.
CF-2 - a fost introdusă īn 1994; pentru motoare cu sarcina mare, īn doi timpi.
CF-4 - a fost introdusă īn 1990; pentru motoare diesel īn patru timpi, de mare viteza, aspirate natural sau supraalimentate; poate fi folosita īn loc de API CD sau CE.
CG-4 - a fost introdusă in 1995; pentru motoare diesel īn patru timpi, cu sarcina mare, care folosesc combustibil cu sub 0,5% sulf; uleiurile CG-4 sunt recomandate la motoarele care īndeplinesc standardele de emisii din 1994; poate fi folosit īn loc de API CD, CE si CF-4.
CH-4 - a fost introdusă la 1 decembrie 1998; pentru motoare diesel īn patru timpi, de mare viteza, care īndeplinesc standardele de emisii din 1998; uleiurile CH-4 sunt special aditivate sa fie folosite cu combustibili cu sub 0,5% sulf; asigura o uzura mai redusa la ghidajele de supape, tratare mai eficienta a funinginii si performante mai ridicate; poate fi folosit īn loc de API CD, CE, CF-4 si CG-4.
CI-4 - a fost introdusă in 2002; pentru motoare diesel īn patru timpi, de mare viteza, care vor īndeplini in 2004 standardele de emisie implementate in 2002; standardul CI-4 este destinat motoarelor prevăzute cu sistem de recirculare a gazelor arse si destinate motoarelor Diesel ce folosesc o motorina cu o concentrație de pana la 0.5% sulfuri; aceste uleiuri pot fi folosite in locul uleiurilor care īndeplinesc standardele CD, CE, CF-4, CG-4, CH-4; unele uleiuri pot primi specificația CI-4 Plus.
CJ-4 - a fost introdusă īn septembrie 2006; pentru motoarele in 4 timpi Diesel, echipate cu sisteme de control al emisiei cu filtre de particule si alte sisteme moderne.

Specificaţii suplimentare, Asociatia Constructorilor Europeni de Automobile (ACEA):

A1 - Ulei multigrad pentru motoare pe benzina, stabil la forfecare la temperaturi medii, asigura economie de combustibil.
A2 - Ulei multigrad de vāscozitate normala pentru motoare pe benzina.
A3 - Ulei multigrad stabil la forfecare, de mica volatilitate; proprietăți foarte bune de curățire, stabilitate excelenta.
B1 - Ulei pentru motoare diesel, stabil la forfecare la temperaturi medii si sarcini mici, asigura economie de combustibil.
B2 - Ulei pentru motoare diesel de sarcina mica.
B3 - Ulei pentru motoare diesel de sarcina mica; depășește prescripțiile B1, B2 privind condițiile de uzura, depuneri si formarea de funingine.
B4 - Avantajos, īn primul rānd, īn motoarele diesel cu injecție directa.
E1 - Ulei pentru interval normal de schimb, motoare ușor supraalimentate.
E2 - Ulei pentru interval normal de schimb, motoare mediu supraalimentate.
E3 - Superior normei E2-96, ulei SHPD, asigura curăţenie si protecție antiuzura impecabila; satisface EURO 1 si EURO 2.
E4 - Norma mai severa decāt E3, asigura cel mai lung interval de schimb.
E5 - Asigura curățire mai buna a pistonului, protecție ridicata la uzura, stabilitate mai buna la oxidare

 

ETB-T.4.2.4 PROPRIETĂŢILE ŞI TIPURILE UNSORILOR CONSISTENTE

 

Unsorile consistente sunt amestecuri ale uleiurilor minerale cu săpunuri metalice de Na, Ca, Al, Ba, Li, Pb. Īn timpul funcționării mașinilor, datorită īncălzirilor rezultate prin frecare, īși pierd din consistență și sunt antrenate īntre suprafețe și asigură lubrifierea.

 

ETB-T.4.2.4.1 Proprietăţile principale ale unsorilor consistente

 

Denumire

Descriere

Punctul de picurare

Temperatura la care unsoarea īncepe să curgă  sub propria ei greutate

Temperatura de topire

Nu trebuie să fie prea ridicată, pentru a se asigura lubrifierea prin īncălzire, dar nici prea joasă, pentru ca unsoarea să nu se topească de la sine la creșterea temperaturii mediului ambiant.

Consistenţa

Indică starea de penetrabilitate a unsorii de către un con metalic cu geometrie etalon

 

ETB-T.4.2.4.2 Tipurile unsorilor consistente

 

Unsori

Exemple

Descriere

De uz general

U 75 Ca 2

U – unsoare de uz general 75 oC – punctul de picurare, săpunul utilizat este Calciu (Ca), consistenţa unsorii are gradul 2

Pentru rulmenţi

RUL 100 Ca 3, RUL 145 Na 3

Unsori cu punctul de picurare 100, respectiv 145, cu săpun de Calciu (Ca) sau Natriu (Na) şi gradul de consistenţă 3

Multifuncţionale

UM 160 Li-Ca-Pb 1, UM 170 Li-Ca-Pb 2

Unsori cu punctul de picurare 160, respectiv 170, cu săpun de Litiu (L), Calciu (Ca)  și Plumb (Pb) şi gradul de consistenţă 1 respectiv 2

 

ETB-T.4.2.5  UNGEREA CU ALŢI LUBRIFIANŢI

 

ETB-T.4.2.5.1 Particularităţile ungerii cu gaze (aer)

 

-         la viteze foarte mari se reduce frecarea semnificativ, vāscozitatea acestora fiind de 100 ... 1000 de ori mai mică decāt a lichidelor;

-         amortizare deoarece acestea sunt compresibile, spre deosebire de lichide, care sunt practic incompresibile;

-         frecările reduse conduc şi la scăderea nivelului termic, lagărele lubrifiate cu gaze putānd lucra la turaţii de pānă la 600000 rot/min, īn cazul frezelor dentare şi a aparaturii de precizie;

-         vāscozitatea scăzută conduce la o capacitate portantă redusă, mai ales īn cazul lagărelor gazodinamice;

-         stabile fizico-chimic īn medii diverse, lubrificaţia cu gaze putānd fi folosită īn tehnica nucleară, construcţii aerospaţiale şi īn alte domenii;

-         lubrifierea cu gaze (frecvent, aer) se poate face gazodinamic sau gazostatic prin sisteme de alimentare şi etanşare specifice.

 

ETB-T.4.2.5.2 Particularităţile ungerii cu apă

 

Ungerea cu apă se foloseşte īn cazul unor pompe care funcţionează īn mediu umed sau sunt imersate īn apă şi folosirea lubrifianţilor convenţionali (uleiuri, unsori consistente) este dificilă şi uneori imposibilă.

 

ETB-T.4.2.6 ALEGEREA LUBRIFIANTULUI

 

Recomandări:

- se urmărește, cu precădere, asigurarea condițiilor de vāscozitate, stabilitate īn timp și protecția contra coroziunii;

- vāscozitatea uleiului trebuie aleasă īn funcţie de tipul şi gradul de uzură al cuplei și de temperatura mediului ambiant;

- utilizarea uleiurilor multigard și sintetice face posibilă folosirea aceluiași tip de ulei, indiferent de anotimp;

- viteza periferică din cupla cinematică:  viteze mici – unsori consistente, viteze mari – uleiuri.