Метод дослідження протизносних властивостей мастильних матеріалів при радіальних коливаннях валу 
Вузли тертя пристосовані для моделювання величин радіальних відхилень валу в межах допуску на вибраний діаметр контрзразка. Прилад оснащено системами контролю та автоматичної підтримки частоти обертання.
Технічні характеристики приладу тертя ПТЛК(рв)
Швидкість обертання м/с ......................................................................0 - 1
Похибка регулювання частоти обертання ,%......................................... ? 1
Максимальне контактне навантаження, Н .......................................... 3500
Контрольована температура досліджуваного середовища, оС ...-10 + 300
Похибка вимірювання температури досліджуваного середовища, оС ... 2
Діапазон задання можливих величин радіальних відхилень, мкм 0 - 500
Методика контролю амплітуди радіальних коливань полягає у контролі величин радіальних відхилень індикатором годинникового типу 8 з ціною поділки 1 мкм, жорстко закріпленим у магнітній державці та встановленим заокругленим наконечником, доведеним до високого класу чистоти, на робочу поверхню контрзразка 1.
Метод, реалізований на машині тертя, полягає у дослідженні протизносних властивостей конструкційних і мастильних матеріалів на лабораторному приладі тертя ПТЛК(рв), що дозволяє реалізовувати режим граничного тертя при контрольованих величинах радіальних відхилень контактуючих поверхонь.
Реальні трибосистеми типу „вал-втулка” залежно від класу точності виготовляються з відповідними радіальними відхиленнями. При цьому траєкторія руху валу буде подібною до траєкторії кулачкових механізмів, а початкова фактична площа контакту буде постійно змінюватись із амплітудою радіальних коливань ?х на величину відхилення д.
Структурний стан поверхонь, що працювали при різних амплітудах радіальних коливань та напрацьовані вторинні структури будуть залежати від контактних температур та навантажень і відрізнятимуться між собою. Загальний вигляд поверхонь тертя з напрацьованими ВС при випробуваннях масла МС-20 по базовій методиці досліджених на РЕМ 106И наведено на рис. 9 та рис. 10. Поверхні відрізняються між собою за мікрорельєфом.
Фрактографічний аналіз поверхонь тертя було проведено за допомогою оптичного мікроскопа МИМ-10. У випадку тертя контрзразка з радіальними відхиленнями 120±1,5 мкм спостерігається утворення неявно вираженої карбідної сітки з включеннями вторинних структур. Найхарактернішим тут стало зародження тріщин 2 - результат втомного руйнування, яке наступає під дією повторних циклічних навантажень.
Для оцінки протизносних властивостей мастильних матеріалів випробувань на машині тертя ПТЛК(рв) ми розробили спеціальну експрес-методику випробувань при радіальних коливаннях валу з урахуванням властивостей вторинних структур. З цією метою було визначено кількість припрацьовочних етапів для змащувальних середовищ типу низькомолекулярні вуглеводневі середовища та масла. Напрацювання квазістабільних вторинних структур було оцінено за критеріями стабілізації лінійного зношування та об'ємної температури досліджуваного середовища. Для низькомолекулярних вуглеводневих середовищ (авіагаси, палива), а також масел з низькими в'язкісними характеристиками, вибрані критерії стабілізувались на другому і третьому етапах.
Радіальні коливання на припрацьовку поверхонь та формування метастабільних вторинних структур впливають несуттєво. Тому розроблена експрес-методика випробувань мастильних матеріалів різного функціонального призначення є чотирьохетапною при випробуваннях мастильних середовищ з низькими протизносними властивостями та п'ятиетапною при дослідженні високоефективних середовищ (останній етап в обох випадках, необхідний для довготривалої оцінки напрацьованих вторинних структур, становить 3000 м шляху).
У четвертому розділі визначено вплив амплітуди радіальних коливань на зношування поверхонь. Для цього було проведено випробування різних мастильних матеріалів за розробленою експрес-методикою при відповідних величинах радіальних відхилень контрзразка.
При взаємному контактуванні пари ШХ15-ШХ15 в середовищі ТС-1 прослідковується залежність збільшення величини зношування із збільшенням величин радіальних відхилень, а в середовищі масел наявні амплітуди радіальних коливань, за яких зносостійкість поверхонь є вищою порівняно з тертям із мінімальними амплітудами.
При терті пари ШХ15-БрАЖ10 в різних середовищах прослідковується залежність збільшення величини зношування зі збільшенням величин радіальних відхилень.
Вплив амплітуди радіальних коливань на зношування поверхонь визначено для пари тертя ШХ15-ШХ15 в мастильних середовищах різного функціонального призначення (авіагаси, палива, масла моторно-трансмісійної групи).
При випробуваннях мастильних середовищ з різними експлуатаційними властивостями на машині тертя ПТЛК(рв) було отримано закономірності впливу амплітуди радіальних коливань на інтенсивність зношування поверхонь тертя, які полягають у наступному:
- у середовищах з низькими протизносними властивостями інтенсивність зношування збільшується з ростом амплітуди радіальних коливань;
- у середовищах високоефективних масел існують амплітуди радіальних коливань, за яких інтенсивність зношування є меншою порівняно з тертям при амплітудах, що наближаються до нуля.
Дослідження тонкої структури поверхонь тертя, що працювали з різними амплітудами радіальних коливань, проведено рентгенографічним методом на установці ДРОН-3. Сукупне використання математичних методик обробки кривих фізичного розширення (методи апроксимації, Стокса, гармонічного аналізу) дозволили одержати достовірну інформацію про розміри блоків когерентного розсіювання, мікронапруги (рис.17), густину дислокацій.
За чітко контрольованих мінімальних величин амплітуди радіальних коливань похибка відтворюваності результатів на лабораторних приладах тертя з лінійним контактом одностороннньої дії ПТЛК(о), ПТПЛК, ПТЛК(рв) не перевищувала 10% та майже в 3 рази була меншою (20,1%) на ПТЛК(р), порівняно із випробуваннями без контролю радіальних коливань.
Використовуючи отримані результати, було розроблено метод оцінки протизносних властивостей мастильних матеріалів за радіальних коливань трибосистеми, який базується на випробуваннях мастильних матеріалів на лабораторному приладі тертя ПТЛК(рв) у широкому діапазоні швидкостей (0-1 м/с) та контактних навантажень (1-3500 Н). Метод передбачає вхідний контроль матеріалів, поверхонь, середовищ з метою зменшення похибки, що припадає на початкові умови.
Суть методу:
- випробування середовищ та присадок до них за чітко контрольованих величин радіальних відхилень для зменшення похибки випробувань;
- підбір масел та високоефективних присадок для трибосистем ковзання з метою підвищення їх довговічності, моделюючи умови їх роботи шляхом задання необхідних контрольованих величин радіальних відхилень деталей модельної трибопари.
У п'ятому розділі, використовуючи розроблені метод та методики дослідження процесів зношування при контрольованих амплітудах радіальних коливань трибосистеми, оцінено протизносні властивості мастильних середовищ моторно-трансмісійної групи.
Для оцінки протизносних властивостей масел були вибрані середовища з різними в'язкісно-температурними характеристиками вітчизняного виробництва та виробництва Республіки Корея, що використовуються як комплектуючі до автомобілів ВАЗ, КІА та Hundai на ВАТ „ЛуАЗ”. Випробування проводились на зразках із сталі ШХ15 з HRC 62..64, Rа менше 0,02 та осьовому навантаженні 1100 Н при контрольованих значеннях амплітуди радіальних коливань на ПТЛК(рв). В'язкісно-температурні характеристики масел (рис.18) визначались на приладі ГРАДІЄНТ - 1 за стандартною методикою.
Результати оцінки масел (рис. 19) за розробленим методом за критерієм лінійного зношування показують, що в'язкісно-температурні характеристики не відбивають реальні протизносні властивості масел (протокол спільних випробувань на ВАТ „ЛУАЗ”), як прийнято у класичній трибології.
У додатках приведено протоколи спільних випробувань з УЦАХ-СЕПРО та ВАТ “ЛуАЗ”; акт впровадження у випробувальному центрі УкрНДНЦ хімотології та сертифікації ПММ і ТР; результати оцінки напруженості випробовуваних поверхонь.
ВИСНОВКИ
У роботі виконано теоретичні й експериментальні дослідження, пов'язані з впливом величини амплітуди радіальних коливань поверхонь на поведінку трибосистем ковзання типу “вал-втулка”, що дозволило вирішити науково-прикладну задачу, створивши достовірний метод випробувань мастильних матеріалів за їх основними експлуатаційними властивостями - протизносними.
1. Проаналізовано роботи відомих учених, виконані в цьому напрямку, на основі яких було виявлено недостатньо висвітлені сторони вибраної проблеми, сформульовано мету та поставлено завдання дослідження.
2. Розглянуто методи та методики випробувань на тертя та зношування, прилади для контролю та вимірювання необхідних трибологічних параметрів модельної трибосистеми, в результаті чого для проведення даного дослідження було вибрано необхідне експериментальне обладнання, базову методику випробувань, обґрунтовано вибір випробовуваних конструкційних та мастильних матеріалів.
3. Виготовлено принципово новий прилад тертя з лінійним контактом, технологічні можливості якого дозволяють проводити дослідження мастильних матеріалів різного функціонального призначення при контрольованих амплітудах радіальних коливань поверхонь, що забезпечує коректність випробувань та відтворюваність результатів, передбачає можливість встановлення і контролю радіальних відхилень деталей у реальних діапазонах.
4. Розроблена методика задання та контролю радіальних відхилень утворюючої циліндр валу модельної трибосистеми “вал-втулка”, яка дозволяє проводити експериментальні дослідження мастильних матеріалів і присадок до них на лабораторному приладі тертя ПТЛК(рв) в широкому діапазоні амплітуд радіальних коливань. Експрес-методика випробувань мастильних матеріалів з різними експлуатаційними властивостями є чотирьохетапною при випробуваннях мастильних середовищ з низькими протизносними властивостями та п'ятиетапною при дослідженні високоефективних середовищ.
5. Теоретично обґрунтовано фізичну суть тертя ковзання при радіальних коливаннях модельного валу. Виявлено можливість підвищення зносостійкості трибосистеми ковзання при збільшенні амплітуди радіальних коливань та видом змащувального середовища.
6. Стан трибоповерхонь, що працювали при різних величинах амплітуди радіальних коливань та інших рівних умовах на приладі тертя ПТЛК(рв), оцінений за критеріями лінійного зносу та об'ємної температури досліджуваного середовища, рівномірністю напрацювання вторинних структур та напруженістю поверхонь тертя принципово відрізняється між собою:
- лінійний знос поверхонь тертя є більшим при радіальних відхиленнях ±1,5 мкм порівняно з 50±1,5 мкм;
- загальний вигляд поверхонь тертя, досліджений на РЕМ 106И, показує, що структура поверхонь та напрацьовані вторинні структури є більш рівномірними при радіальних відхиленнях 50 ±1,5 мкм порівняно з ±1,5 мкм;
- напруженість поверхонь тертя та густина дислокацій, досліджені на ДРОН-3, при радіальних відхиленнях 50±1,5 мкм порівняно з ±1,5 мкм, є дещо вищими, що пояснює покращення їх трибологічних властивостей;
це дозволяє прогнозувати підбір оптимальної величини радіальних відхилень для підвищення зносостійкості трибосистем.
7. Досліджено тенденцію зміни зносостійкості поверхонь при випробуванні мастильних матеріалів різного функціонального призначення з контрольованими амплітудами радіальних коливань, в результаті чого:
- показано, що існує оптимальний діапазон величин радіальних відхилень, за яких доцільно випробовувати мастильні матеріали;
- виявлено межі радіальних відхилень, за яких спостерігається підвищення зносостійкості поверхонь тертя;
- отримано закономірності впливу амплітуди радіальних коливань на інтенсивність зношування поверхонь тертя.
8. Розроблено метод оцінки протизносних властивостей мастильних матеріалів різного функціонального призначення, який апробовано на ВАТ „ЛуАЗ” та використовується для оцінки нафтопродуктів в Укр НДНЦ хімотології і сертифікації пально-мастильних матеріалів і технічних рідин (ПММ і ТР).
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Селезньов Е.Л., Шимчук С.П. Про підвищення зносостійкості поверхонь тертя деталей машин // Сільськогосподарські машини: Зб. статей, вип. 11. - Луцьк, 2003. - С.107-109.
Автором проведено літературний пошук за поставленою проблемою. Виявлено недостатньо висвітлені сторони та запропоновано можливі нові рішення.
2. Аксьонов О.Ф., Стельмах О.У., Макаркін С.М., Шимчук С.П. Експериментальна оцінка можливості використання стальних спряжень у черв'ячних парах при безадгезійному терті // Науково-технічна конференція “АВІА-2004”. - Київ: НАУ, 2004.
Автором проаналізовано сучасний стан проблеми, отримано основні експериментальні дані.
3. Стельмах О.У., Шимчук С.П. Експериментальна оцінка можливості використання стальних спряжень у черв'ячних парах при безадгезійному терті // Вісник НАУ. - 2004. - № 3. - С.20-22.
Автором отримано основні експериментальні дані. Проаналізовано можливість використання явища безадгезійного тертя в черв'ячних парах з метою підвищення крутного моменту при сталих габаритних розмірах.
4. Шимчук С.П. Вплив радіальних відхилень розмірів валу на зносостійкість трибосистеми ковзання // Міжвузівський збірник “Наукові нотатки”: Зб. статей. - Луцьк, 2005. - С.315-320.
5. Шимчук С.П. Удосконалення сучасної експериментально-методичної бази для дослідження трибосистем ковзання в нестаціонарних умовах // Вісник НАУ. - 2005. - С.129-131.
Лабораторний прилад тертя, який описано у роботі, спроектовано і виготовлено з безпосередньою участю провідного фахівця Бондаря В.С. та інженера Антонова В.С.
6. Аксьонов О.Ф., Стельмах О.У., Шимчук С.П., Коба В.П., Джамаль Ібрагім Мансур. Методологія визначення протиспрацьовувальних властивостей мастил за критеріями трибохарактеристик утворюваних у них вторинних структур // Вісник НАУ. - 2006. - № 2(28) - С.62-64.
Автором отримано основні експериментальні дані. Розроблено методику експрес-випробувань мастильних матеріалів. Вибрано та експериментально обґрунтовано критерії утворення метастабільних вторинних структур
АНОТАЦІЯ
Шимчук С.П. Метод дослідження протизносних властивостей мастильних матеріалів при радіальних коливаннях валу. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.04 - Тертя та зношування в машинах. - Національний авіаційний університет, Київ, 2008.
У роботі вивчаються протизносні властивості мастильних матеріалів при радіальних коливаннях контактуючих поверхонь трибосистеми. Для цього було спроектовано та виготовлено лабораторний прилад тертя з лінійним контактом та можливістю зміни амплітуди коливань за рахунок задання необхідних радіальних відхилень утворюючої циліндр валу. Технологічні можливості приладу дозволяють випробовувати протизносні властивості широкого спектра мастильних матеріалів.
Встановлено, що радіальні коливання контактуючих поверхонь суттєво впливають на відтворюваність результатів при оцінці протизносних властивостей мастильних матеріалів. Теоретичне обґрунтування фізичної природи процесу показує можливість підвищення зносостійкості трибоповерхонь за рахунок зменшення сили тертя та активного відводу теплоти з зони контакту за відповідної амплітуди радіальних коливань.
Використовуючи розроблений метод оцінки протизносних властивостей мастильних матеріалів, виявлено закономірності впливу величини радіальних відхилень валу модельної трибосистеми на зносостійкість контактуючих поверхонь та протизносні властивості мастильних матеріалів. Оцінено протизносні властивості вибраних масел моторно-трансмісійної групи.
Ключові слова: тертя, зношування, мастильні матеріали, протизносні властивості, контактуючі поверхні, триботехнічні випробування, радіальні відхилення, радіальні коливання.
АННОТАЦИЯ
Шимчук С.П. Метод исследования противоизносных свойств смазывающих материалов при радиальных колебаниях вала. - Рукопись.
Диссертация на соискания ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.04 - трение и износ в машинах. - Национальный авиационный университет, Киев, 2008.
В работе изучаются противоизносные свойства смазывающих материалов при радиальных колебаниях контактирующих поверхностей трибосистемы скольжения. Для этого было спроэктированно и изготовленно лабораторный прибор трения с линейным контактом ПТЛК(рв). Конструктивные особенности экспериметальной установки разрешают изменять и контролирувать амплитуду радиальных колебаний путем изменения и контроля индикатором часового типа с ценой деления 1 мкм радиальных отклонений образующей цилиндр контробразца (модельного вала). Технологические возможности прибора трения предусматривают испытание широкого спектра смазывающих сред с разными триботехническими свойствами.
Розработано многоэтапную методику испытаний противоизносных свойств смазывающих сред при радиальных колебаниях вала с учетом свойств, образованных при трении вторичных структур. Методика предусматривает три кратковременных этапа по 500 м пути трения (для приработки поверхностей трения и наработки метастабильных ВС) при испытаниях низкомолекулярных углеводородных сред и четыре этапа при испытаниях высокоэфективных масел. Последний, более длительный етап (3000 м) предназначен для испытаний смазывающих сред с учетом приработки трибосистемы к условиям трения.
Теоретическое обоснование физической природы трения при радиальных колебаниях раскрывает возможность повышения долговечности трибопар за счет уменьшения силы трения и активного отвода теплоты с зоны контакта. Анализ поверхностей трения при разных амплитудах радиальных колебаний показывает их принципиальное отличие по микрорельефу.
Было определено, что испытывать смазывающие среды целесообразно в определенном диапазоне радиальных колебаний. Проведенные исследования показывают, что существуют величины радиальных отклонений, при трении с которыми в среде высокоэфективных масел повышается износостойкость поверхностей трения. Установлена зависимость интенсивности изнашивания от амплитуды радиальных колебаний. Показано, что радиальные колебания поверхностей трения существенно влияют на воспроизводимость результатов при оценке противоизносных свойств смазывающих сред.
Используя разработанный метод оценки противоизносных свойств смазывающих сред, определено зависимости влияния радиальных отклонений вала модельной трибосистемы скольжения на изосостойкость контактирующих поверхностей. Определено противоизносные свойства типових представителей масел моторно-трансмисионной группы.
Практическое значение полученных результатов подтверждается протоколами совместных испытаний с ОАО “ЛуАЗ” (г. Луцк) и центральным органом сертификации нефтепродуктов “УЦАХ СЕПРО” (г. Киев). Разработанный метод используется для проведения испытаний смазывающих сред, как квалификационный (факультативно) в УкрНИНЦ химотологии и сертификации горюче-смазочных материалов и технических жидкостей (г. Киев).
Ключевые слова: трение, изнашивание, смазывающие среды, противоизносные свойства, контактирующие поверхности, триботехнические испытания, радиальные отклонения, радиальные колебания.
ABSTRACT
Shimchuk S.P. The method of researching the antiwear properties of lubricants at radial oscillations of a shaft. - Manuscript.
The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality 05.02.04 - Friction and wear in machines. - National aviation university, Kiev, 2008.
The antiwear properties of lubricants at radial oscillations of contacting surfaces of tribosystem are investigated in the dissertation. For this purpose the laboratory device of friction with a linear contact and a capability of replacement of oscillation frequency due to the task of necessary radial deviations forming the cylinder of a shaft has been designed and produced. Technological capabilities of the device allow to test the antiwear properties of a wide spectrum of lubricants.
It is set, that radial oscillations of contacting surfaces essentially influence reproducibility of results at an estimation of the antiwear properties of lubricants. The theoreical substantiation of the physical nature of process shows a capability of increase of wear resistance of the tribosurfaces due to decreasing of friction force and active removal of heat from a zone of a contact at the determined amplitude of radial oscillations.
Using the developed method of an estimation of the antiwear properties of lubricants, laws of influence of value of radial deviations of a shaft of modelling tribosystems on wear resistance of contacting surfaces and antiwear properties of lubricants are determined. The antiwear properties of the chosen oils of motor and transmission groups are estimated.
Keywords: friction, wea, lubricants, the antiwear properties, contacting surfaces, tribotechnical tests, radial deviations, radial oscillations.
Страницы: 1, 2
|
