20_Savchuk.doc Кінетика зміни характеристик мастильного матеріалу в умовах недостатнього мащення Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 4 127 Савчук А.М. Національний транспортний університет, м. Київ, Україна КІНЕТИКА ЗМІНИ ХАРАКТЕРИСТИК МАСТИЛЬНОГО МАТЕРІАЛУ В УМОВАХ НЕДОСТАТНЬОГО МАЩЕННЯ Постановка проблеми Одним зі шляхів підвищення техніко - економічних показників машин і механізмів являються покращення триботехнічних параметрів пар тертя вузлів машин і, зокрема, покращення антифрикційних і протизношувальних властивостей контактних поверхонь. Мастильні матеріали стали важливим конструктивним елементом трибомеханічних систем, що не поступаються по значенню сталям, сплавам і пластмасам. Отже, поліпшення мащення є найперспективнішим і найекономічнішим шляхом підвищення техніко - економічних показників трибомеханічних систем.. Метою роботи являлось дослідження особливостей формування мастильної плівки та зміни ан- тифрикційних властивостей при змащуванні вузла тертя моторними оливами SAE15w40 та SAE10w40, універсальною моторно-трансмісійною оливою ЄМТ-8, трансмісійною оливою ТАД-17і і оливою для ав- томатичних коробок передач (АКП). Дослідження проводились при контактних напругах 251,5; 316,9; 362,7 МПа в умовах поступового збільшення сумарної швидкості кочення (від 0 до 3,5 м/с) з проковзу- ванням 15 %. Об’ємна температура олив складала 20 °С.Товщина мастильного матеріалу визначалась ме- тодом оптичної інтерференції. Результати досліджень В умовах обмеженого мащення для моторної оливи SAE15w40 з підвищенням навантаження встановлено збільшення градієнту швидкості зсуву (γ) в межах 6 % внаслідок зменшення товщини мас- тильного шару в контакті. Аналіз зміни градієнту швидкості зсуву підтверджує наше припущення про утворення метастабільних адсорбційних шарів мінеральною оливою: ослаблення когезійних сил взаємо- дії між структурованими молекулами обумовлює дезорієнтацію компонентів при збільшенні градієнту швидкості зсуву, що проявляється в зменшенні ефективності мащення в контакті (рис. 1). 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 251,5 316,9 362,7 SAE15w40 SAE10w40 Рис. 1 – Залежність товщини мастильного шару h від контактної напруги σmax при VΣк = 1 м/с Структуризація компонентів мастильного матеріалу обумовлює перехід олив в нев’язкий пруж- но - пластичний стан. За таких умов оливи набувають властивостей неньютонівських рідин, що підтверджується залежністю ефективної в’язкості від градієнту швидкості зсуву при напрацюванні (рис. 2). Якщо встановлена тенденція щодо зменшення ефективності мащення із збільшенням тиску для мінеральних олив ТАД-17і та SAE15w40 узгоджується з класичними поглядами еластогідродинамічної теорії мащення (ЕГДТМ) [1], то зафіксоване підвищення несучої здатності для олив, які містять синтетичні поліальфаолефіни (SAE10w40, ЄМТ-8, та АКП ) обумовлено чинниками, розглянутими при аналізі реологічних властивостей моторної оливи SAE10w40. Із збільшенням тиску підвищується ηеф в контакті, при напрацюванні, під дією градієнту швидкості зсуву відбувається деструкція РАО-8, внаслідок чого підвищуються адгезійні властивості олив до контактних поверхонь. Згідно ЕГДТМ, характер залежності коефіцієнта тертя при коченні з проковзуванням визначається, в основному, ефективною в’язкістю мастильного матеріалу в контакті [1]. При підвищенні контактного навантаження з 251,5 до 362,7 МПа антифрикційні властивості досліджених олив змінюються за наступною схемою: для ТАД-17і встановлено зменшення коефіцієнту на 1 %, для олив АКП, SAE10w40, SAE15w40, та ЄМТ-8 – ƒ збільшується на 1 %. σmax, МПА h × 10-6, м PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Кінетика зміни характеристик мастильного матеріалу в умовах недостатнього мащення Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 4 128 0 1 2 3 4 5 6 0,166 0,492 0,652 1,195 1,37 1,85 2,23 2,48 3,74 0 5 10 15 20 25 30 35 АКП 15w40 10w40 ЄМТ-8 Рис.2 – Залежність ефективної в’язкості( ηеф) від градієнта швидкості зсуву (γ) при контактній напрузі (σmax = 362,7 МПа) Якщо для всіх мастильних матеріалів, крім ТАД-17і спостерігається кореляційна залежність коефіцієнта тертя та напруг зсуву мастильного шару, то для трансмісійної оливи підвищення ан- тифрикційних властивостей обумовлено проявом наступного механізму. Із збільшенням контактного на- вантаження мінеральна трансмісійна олива характеризується найвищими значеннями напруг зсуву мас- тильного шару – в середньому τ збільшується на 15 - 20 %, в порівнянні, наприклад, з аналогічним, пара- метром для моторних олив. При цьому ефективна в’язкість в контакті в умовах експерименту підвищується, в середньому, на 85 %, в порівнянні з зазначеними оливами. Ми вважаємо, що при низь- ких швидкостях кочення та контактних напругах від 251,5 до 362,7МПа олива ТАД-17і характеризується найефективнішим проявом неньютонівських властивостей, а за таких умов коефіцієнт тертя перестає за- лежати від в’язкості та тиску. Спостерігається антифрикційний пружно - в’язкий ефект, який також був встановлений в роботі [2]. Із збільшенням швидкості кочення інтенсифікується формування товщини мастильного шару в контакті, що забезпечує локалізацію дотичних напруг зсуву в об’ємній фазі мастильного матеріалу та призводить до підвищення антифрикційних властивостей (рис. 3, рис. 4). 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 1-й ж ов т.( 0,1 92 ) 1-й по ма ра н.( 0,2 03 ) 1-й фі ол ет. (0, 28 8) 1-й си ній (0, 35 4) 1-й зе ле н.( 0,3 98 ) 2-й ж ов т.( 0,4 11 ) 2-й св .че рв .(0 ,46 5) 2-й пу рп ур. (0, 53 4) 2-й ін діг о(0 ,56 1) 2-й си ній (0, 59 4) 2-й зе лен .(0 ,63 6) 3-й ж ов т.( 0,6 90 ) 3-й че рв .(0 ,73 5) 3-й зе лен .(0 ,90 ) ТАД-17і АКП SAE15w40 SAE10w40 ЄМТ-8 Рис. 3 – Залежність коефіцієнту тертя (ƒ) від оптичної товщини мастильного шару ho (σmax = 251,5 МПа) 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 1-й ж ов т.( 0,1 92 ) 1-й по ма ра н.( 0,2 03 ) 1-й ф іол ет .(0 ,28 8) 1-й си ній (0, 35 4) 1-й зе ле н.( 0,3 98 ) 2-й ж ов т.( 0,4 11 ) 2-й св .че рв .(0 ,46 5) 2-й пу рп ур .(0 ,53 4) 2-й ін діг о( 0,5 61 ) 2-й си ній (0, 59 4) 2-й зе ле н.( 0,6 36 ) 3-й ж ов т.( 0,6 90 ) 3-й че рв .(0 ,73 5) 3-й зе ле н.( 0,9 0) Тад-17і АКП SAE15w40 SAE10w40 ЄМТ-8 Рис.4. – Залежність коефіцієнту тертя (ƒ) від оптичної товщини мастильного шару ho (σmax = 362,7 МПа) 15 c,10 −×γ cПа, ⋅ηеф cПа, ⋅ηеф f ho × 10-6, м f ho × 10-6, м PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Кінетика зміни характеристик мастильного матеріалу в умовах недостатнього мащення Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2012, № 4 129 Для високов’язкісної трансмісійної оливи TAД-17і при σmax = 251,5 МПа при обмеженому мащенні формування початкової товщини мастильного шару підвищується в 2 рази, що відповідає швидкості кочення 0,0346м/с. Затримка в формуванні товщини мастильної плівки обумовлена, насампе- ред, недостатньою кількістю мастильного матеріалу в контакті (відсутністю "надлишку" оливи), що при- зводить до зниження ефективної в’язкості в контакті на 50 %. Слід зазначити, що при збільшенні σmax початкова швидкість формування товщини мастильного шару в умовах рясного мащення має тенденцію до зниження, в умовах обмеженого мащення даний параметр збільшується. Запізнення в формуванні початкової товщини мастильної плівки при пуску обумовлено тим, що вже при σmax = 251,5 МПа ηеф зменшується на 18 %, на 5 % менше її зростання під впливом тис- ку, в порівнянні з рясним мащенням (рис. 5). Олива розріджується, а зростання градієнту швидкості зсу- ву, в середньому в 1,2 рази, призводить до видалення граничних шарів фізичної природи із зони контакту. 0 1 2 3 4 5 251,5 316,9 362,7 0 0,05 0,1 0,15 0,2 ηеф.поч.(рясне мащення) ηеф.ст.(рясне мащення) ηеф.поч.(обмежене мащення) ηеф.ст.(обмежене мащення) VΣкоч.поч(рясне мащення) VΣкоч.поч(обмежене мащення) Рис. 5 – Залежність початкової ηеф.поч і сталої ηеф ст ефективної вязкості від контактної напруги σmax для моторної оливи SAE15w40 Висновки 1. Зменшення в’язкості мастильного матеріалу обумовлює підвищення швидкості, при якій фор- мується початкова товщина мастильного шару за рахунок зниження ймовірності "затягування оливи в контакт", що не забезпечує резерву мастильного матеріалу на вході в контакт в умовах обмеженого ма- щення. Однак, затримка в формуванні початкової товщини мастильного шару частково компенсується збільшенням сталої товщини за рахунок прискореної активації вуглеводневих фракцій мастильного матеріалу та зниження імовірності повної релаксації оливи в контакті. 2. Збільшення сумарної швидкості кочення призводить до зменшення ефективної в’язкості в контакті для всіх досліджених мастильних матеріалів в середньому на 80 %, внаслідок розриву когезійних структурних зв'язків між компонентами мастильного матеріалу, які утворюються при структуризації та утворенні ретикулярних структур, внаслідок надбанням оливами неньютонівських вла- стивостей в контакті. 3. Із збільшенням швидкості кочення інтенсифікується формування товщини мастильного шару в контакті, що забезпечує локалізацію дотичних напруг зсуву в об’ємній фазі мастильного матеріалу та призводить до підвищення антифрикційних властивостей. Найефективнішими антифрикційними власти- востями характеризуються оливи, які в своєму складі містять синтетичні поліальфаолефіни. Література 1. Антонюк Д., под ред. Попова В.С. Восстановление и повышение износостойкости и срока службы деталей машин. Запорізький національний технічний університет, 2002р. – 109 с. 2. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения / Ахматов А.С. – М.: ГИФМА, 1963. – 472 с. 3. Камерон А. Теория смазки в инженерном деле / Камерон А. – М.: Машиностроение, 1962. 4. Дмитриченко Н.Ф. Смазочные процессы в условиях нестационарного трения / Н.Ф. Дмитри- ченко, Р.Г. Мнацаканов. – Житомир: ЖИТИ, 2002. – 308 с. 5. Міланенко О.А. Мастильна дія олив у точковому контакті тертя в умовах рясного мащення та мастильного голодування: Дис. на здобуття наукового ступеня к.т.н.: 05.02.04 / Міланенко О.А. – К.: НАУ, 2000. – 214 с. Надійшла 08.11.2012 м,10 6−∑ ×кочVηеф, Па σmax, МПа PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com