Две вязкости описывают разные величины
Динамическая вязкость μ характеризует сопротивление жидкости сдвигу. Для ньютоновской жидкости касательное напряжение пропорционально градиенту скорости: τ = μ du/dy. Единица μ — Па·с; в технических паспортах часто используют мПа·с. Кинематическая вязкость ν равна отношению динамической вязкости к плотности: ν = μ/ρ. Её единица — м²/с, а распространённая практическая единица — мм²/с, равная сантистоксу.
Плотность обязательно относится к той же температуре, что и вязкость. Сочетание ν при 40 °C с плотностью при 15 °C даёт лишь приближённое значение μ, если температурная поправка не учтена. При точном пересчёте используют согласованные результаты измерений. Капиллярное измерение кинематической вязкости и испытание поведения при высоком сдвиге решают разные задачи и не заменяют друг друга.
Температура меняет работу узла
При нагреве большинства смазочных масел вязкость уменьшается. Слишком низкая вязкость может ухудшить разделение поверхностей; слишком высокая увеличивает потери перемешивания, сопротивление подачи и затрудняет холодный пуск. Оптимум зависит от скорости, нагрузки, геометрии контакта и способа смазывания. Нельзя считать, что самое вязкое масло всегда лучше защищает механизм.
В техническом паспорте часто приводят кинематическую вязкость при 40 и 100 °C и индекс вязкости. Индекс отражает характер температурной зависимости в принятой методике, но не задаёт вязкость при любой температуре и не равен температуре эксплуатации. Масла с одинаковой вязкостью при 40 °C могут заметно различаться при пуске и в горячем узле. Для расчёта нужна температурная зависимость конкретного продукта.
| Величина | Единица | Условие сравнения |
|---|---|---|
| Динамическая вязкость μ | Па·с или мПа·с | Температура и режим сдвига |
| Кинематическая вязкость ν | мм²/с | Температура и метод измерения |
| Плотность ρ | кг/м³ | Та же температура при пересчёте |
| Индекс вязкости | Безразмерная характеристика | Заданная методика определения |
Таблицу можно прокручивать по горизонтали →
Условный расчёт при одной температуре
Рассмотрим две модельные жидкости при одинаковых 40 °C. Обе имеют ν = 46 мм²/с = 46 × 10−6 м²/с. При ρ = 850 кг/м³ динамическая вязкость равна 850 × 46 × 10−6 = 0,0391 Па·с, или 39,1 мПа·с. При ρ = 950 кг/м³ она равна 0,0437 Па·с, или 43,7 мПа·с.
Таким образом, одинаковая кинематическая вязкость не означает одинаковой динамической вязкости. Разница здесь получена только из заданных плотностей. Она не описывает нагрев одного масла и не доказывает преимущество одной жидкости. Для реальных продуктов нужны измеренные параметры и сведения о составе; представленные числа являются учебными исходными данными.
Измерения и решение в эксплуатации
Для выбора масла определяют температуру непосредственно в рабочей зоне или обоснованную связь с температурой бака. Затем сопоставляют вязкость продукта с диапазоном, рекомендованным изготовителем узла. Слишком холодный бак может сочетаться с горячим контактом; одна температура корпуса не всегда характеризует весь режим. Давление и скорость сдвига также могут быть существенны для расчёта плёнки.
При анализе отработанного масла сравнивают результаты при одинаковой температуре и методе. Уменьшение вязкости может сопровождать разбавление или разрушение полимерного загустителя, увеличение — окисление или загрязнение. Одного измерения недостаточно для установления причины. Учитывают доливы, отбор пробы, воду, частицы и наработку, затем назначают дополнительную проверку.
Ограничения
Формула μ = ρν не рассчитывает толщину плёнки, противоизносные свойства и срок замены. Для пластичных смазок и жидкостей с выраженным неньютоновским поведением простое число вязкости не описывает весь диапазон режимов. Класс ISO VG характеризует вязкость при 40 °C; он не является прямым эквивалентом моторных или трансмиссионных классов SAE.
При холодном запуске учитывают возможность доставки масла к контакту, а не только его способность образовать плёнку после прогрева. Загустевшая жидкость может медленно проходить через фильтр и трубопровод. Эти потери зависят также от геометрии системы и режима подачи, поэтому паспортная вязкость без анализа оборудования не определяет допустимый пуск.