9_Turica.doc Дослідження впливу навантаження на ефективність мащення олив в контакті Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 2 51 Туриця Ю.О. Національний транспортний університет, м. Київ, Україна ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ НАВАНТАЖЕННЯ НА ЕФЕКТИВНІСТЬ МАЩЕННЯ ОЛИВ В КОНТАКТІ Аналіз досліджень і публікацій В даний час досліджують і вивчають процеси утворення при терті під навантаженням на контак- туючих поверхнях деталей машин плівок різного роду [1, 2, 3, 4]. Завдяки утворенню таких плівок може бути в значній мірі підвищена зносостійкість і, відповідно, довговічність деталей машин. Постановка проблеми Для правильного застосування олив з плівкоутворюючими властивостями необхідно ретельно досліджувати механізм утворення плівок на поверхнях тертя, їх довговічність і зношування. Відомі ме- тоди дослідження плівок, як правило, застосовувані після проведення випробовувань і розбирання досліджуваних зразків, володіють наступними недоліками. Дослідженню піддаються зразки, на поверх- нях яких під навантаженням при терті відбувається процес утворення і зношування плівок, причому товщина плівок і їх характер визначаються часом і умовами роботи (навантаження, швидкість, темпера- тура і т.д.). Плівки, що утворились досліджують на зразках після закінчення випробовувань і розбирання зразків. В зв’язку з цим виникає сумнів відносно ідентичності по товщині і характеру утворення плівок, що утворились в контакті під навантаженням при терті і відповідних температурних умовах, і плівок, що залишаються на поверхні зразків після розбирання. Все це свідчить про те, що при дослідженнях швидкоплинних процесів утворення і зношування різних плівок необхідно фісувати плівки безпосередньо при проведенні випробовувань. Мета роботи Метою досліджень є визначення механізмів плівкоутворення в локальному контакті та встанов- лення закономірностей зміни антифрикційних та реологічних властивостей оливи залежно від кінетики формування граничних адсорбційних шарів. Основна частина Дослідження проводилися на установці СМЦ-2, в режимі пуск (4,5 с) – зупинка (3 с). Цикли слідували один за іншим, без перерви, всього циклів в експерименті N = 1750. В дослідах при відносному ковзанні 15 % в якості зразків використовували ролики, виготовлені зі сталі ШХ-15, при мак- симальних контактних навантаженнях по Герцу 450, 570 та 680 МПа. Мастильний матеріал – олива Honda Ultra DPSF, термін експлуатації якої склав 30 тис. км пробігу, об’ємна температура оливи – 18 °С. В період пуску встановлена наступна закономірність в формуванні товщини мастильного шару залежно від навантаження: при початковому напрацюванні, що відповідає 100 циклам, в контакті, незалежно від навантаження, реалізується еластогідродинамічний режим мащення, в подальших циклах напрацювання мащення контактних поверхонь відбувається при гідродинамічному режимі мащення (рис. 1). 0 2 4 6 8 10 12 0 5 10 15 20 25 h, мкм 450 МПа h, мкм 570 МПа h, мкм 680 МПа λ, 450 МПа λ, 570 МПа λ, 680 МПа 250 500 750 1000 1250 1500 1750 Рис. 1 – Формування товщини мастильного шару (h) та режим мащення в контакті (λ) при напрацюванні h, мкм λ N циклів PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Дослідження впливу навантаження на ефективність мащення олив в контакті Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 2 52 При збільшенні контактного навантаження з 450 до 680 МПа для досліджуваної оливи встанов- лена наступна закономірність зміни максимальної товщини мастильного шару при пуску (рис. 2): при зростанні σmax до 570 МПа зменшується товщина мастильного шару на 16 %, а при підвищенні σmax до 680 МПа зменшення даного параметра встановлено лише на 4 %, в порівнянні з ефективністю мащення при 450 МПа. 7,8 8 8,2 8,4 8,6 8,8 9 9,2 9,4 9,6 Рис. 2 – Формування максимальної товщини мастильного шару (hmax) залежно від навантаження (σmax) Згідно класичним уявленням еластогідродинамічної теорії мащення, збільшення навантаження в контакті призводить до зменшення товщини мастильного шару [5], однак дана закономірність не простежується при σmax 680 МПа. Так як застосований нами метод ВПН в режимі НТР для визначення товщини мастильного шару дозволяє ідентифікувати природу сформованих шарів, то аналіз одержаних результатів свідчить про наступні особливості мащення в контакті: при дослідженні негідродинамічної складової товщини мас- тильного шару до 250 циклів напрацювання на зупинці зрив мастильного шару спостерігається при кон- тактних навантаженнях 450, 570, 680 МПа відповідно у 30 %, 20 % та 50 % випадків, за рахунок чого відбувається металевий контакт поверхонь, метал деформується, збільшується деформаційна пластична компонента металу внаслідок чого відбувається активація поверхневих шарів металу, що призводить до окислювально-полімеризаційних процесів на поверхні металу і відбувається приріст товщини СОП при наробітці (рис. 3) 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 45 0 МПа 5 7 0 МПа 6 8 0 МПа Рис. 3 – Динаміка утворення граничних адсорбційних шарів (hадс.) при напрацюванні, залежно від навантаження Тільки при 570 МПа сформовані граничні плівки характеризуються високою адаптаційною ефективністю до динамічних умов навантаження – до 1750 циклів не спостерігається зриву мастильного шару на зупинці, в той же час для σmax 450 та 680 МПа частота стирання СОП становить відповідно 7 та 3%. Слід зазначити, що при 680 МПа періодичне стирання граничних шарів відбувається лише до 1000 hmax, мкм 450 МПа 570 МПа 680 МПа hmax, мкм N циклів PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com Дослідження впливу навантаження на ефективність мащення олив в контакті Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2011, № 2 53 циклів наробітки, надалі в контакті формується стійка адаптована плівка мастильного матеріалу, однак при 450 МПа даного ефекту не спостерігається – повне видалення сформованих граничних шарів з по- вторним їх оновленням відбувається до 1700 циклів. Таким чином, приріст товщини адаптованих СОП залежно від навантаження можна представити в наступному вигляді: при збільшенні σmax з 450:570:680 МПа товщина граничних полімеризаційних плівок становить 1,02:1,85:2,95 мкм відповідно (рис. 4). 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 450 570 680 hадс. hгідр. Рис. 4 – Кінетика формування гідродинамічної (hгідр.) та негідродинамічної (hадс.) складової товщини мастильного шару Простежується чіткий кореляційний зв’язок між ступенем пластичної деформаційної компонен- ти, яка підвищується зі збільшенням контактного навантаження, та інтенсивністю формування адсорб- ційних шарів в контакті: зростання навантаження до 570 та 680 МПа призводить до збільшення товщини СОП на 45 та 65 % відповідно, в порівнянні з товщиною плівок при 450 МПа. Згідно зазначеному, в період стабілізації триботехнінчих параметрів в контакті, що відповідає N ≥ 1450 циклам напрацювання, гідродинамічна складова товщини мастильного шару становить 8,42:6,07:6,17 мкм при σmax 450:570:680 МПа відповідно. Отже, при підвищенні контактного навантажен- ня відбувається зниження гідродинамічної товщини мастильного шару, в середньому на 27,5 %, що спів- падає з класичними уявленнями гідродинамічної теорії мащення [6]. Нами встановлено, що при збільшенні навантаження до 680 МПа не спостерігається падіння гідродинамічної товщини мастильного шару, як при зростанні σmax до 570 МПа. Ми вважаємо, що при збільшенні навантаження вище якогось критичного значення, а в нашому випадку це σmax ≥ 600 - 650 МПа, гідродинамічні чинники, які впливають на закономірності формування мастильного шару в контакті, за- знають суттєвих змін. Висновки Дослідження впливу навантаження на ефективність мащення олив в контакті дозволило встано- вити, що гідродинамічна плівка мастильного шару, яка утворюється в період пуску, зазнає суттєвого впливу твердої фази поверхневих шарів металу при їх активації як з підвищенням тиску, так і в процесі наробітки, що призводить до стабілізації гідродинамічної складової товщини мастильного шару в конта- кті при зростанні σmax, забезпечуючи підвищення ефективності мащення в контакті. Література 1. Литвинов В.Н., Михин Н.М., Мышкин Н.К. Физико-химическая механика избирательного пе- реноса при трении. М.: Наука, 1979, 188с. 2. Любарский И.М., Палатник Л.С. Металлофизика трения. М.: Металлургия, 1976. 176с. 3. Малевский С.К., Соколов И.И. Противозадирная стойкость цементованных и нитроцементо- ванных сталей. – Металловедение и термическая обработка металлов, 1977, №4, с.66-68. 4. Матвеевский Р.М. Температурная стойкость граничных смазочных слоев и твердых смазоч- ных покрытий при трении металлов и сплавов. – М.: Наука, 1971. 227с. 5. Справочник по триботехнике: В 3т./ Под общ. ред. Хебты М., Чичинадзе А.В. – М.: Машино- строение,1990. - Т.2: Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и каченя. – 412 с. 6. Петрусевич А.И., Данилов В.Д., Фомичев В.Т. Исследование влияния скорости скольжения на толщину масляной пленки в контакте цилиндрических роликов // Исследования по триботехнике. – М.: НИИМАШ, 1975. – С. 158-164. hадс., hгілдр. σmах, МПа PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com http://www.pdffactory.com