Кінетика зміни товщини змащувального шару при напрацюванні Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 2 90 Дмитриченко М.Ф.,* Білякович О.М.,** Савчук А.М.,* Міланенко О.А.,* Туриця Ю.О.,* Кущ О.І.* *Національний транспортний університет, **Національний авіаційний університет, м. Київ, Україна E-m ail: yuliya_t ur@ukr.net КІНЕТИКА ЗМІНИ ТОВЩИНИ ЗМАЩУВАЛЬНОГО ШАРУ ПРИ НАПРАЦЮВАННІ УДК 621.891 Резу льтати даної р оботи пр едставлені базу ючись на експер иментальних дослідженнях наф тового масла МГТ та си нте тичного масла на о снові поліальфаолефінів пр и викор истанні зр азків із ста лі 45 та ШХ-15. Вста- новлено, що сфор мований змащу вальний гр аничний шар завтовшки 0,657 - 2,557 мк м для масла МГТ залишається стабільним до N  1000, потім сту пінь металевого контакту збільшу ється до 10 % циклів, що пов'язано із зміною пр ир оди гр аничних плівок пр и підвищенні об'ємної темпер ату р и масла до 50 °С. З афіксовано, що приріс т товщини змащувального шару в період пуску, незалежно від кількості ци клів при напрацюванн і, складає 1 - 1,2 мкм, що несуттєво впли ває на зміну с талого параметра режиму змащувальної дії. Неза лежно від типу змащувально го матеріалу вс тановлена лін ійна кореляц ія параметра ефективності мащення λ від товщини гранични х а дсорбційни х шар ів. Клю чові слова: мастильний матер іал, ефективн іс ть мащення , мета левий кон такт. Вступ Конструкц ійна скла дн ість гідроме ханічно ї коробки передач (поєднання в одному агрегаті гідравлічної передач і, шестерної коробки пере дачі і системи ме хан ічного регу лювання ) обумовлює пред'явлення п ідвищени х вимог до вибору змащувального матеріа лу. Ріди ни для гідромехан ічни х коро- бок передач повинні мати високу окис люва льну стаб іль ніс ть, ефективні в ΄язкістно - температурні харак- теристи ки, низь котемпературні, ан ти корозійн і і ан тип інн і влас тивос ті [1, 2]. Умови роботи змащувального масла в зубчасти х передача х визначаються трьома чинниками: температурою, частотою обертанн я зубчасти х коліс і тис ком в зон і конта кту [3, 4, 5]. Від ци х чинн иків залежи ть теп лонаван тажен іс ть масляно ї п лівки в кон та кті і режим тер тя в трибомехан ічн ій сис темі, що визначає надійніс ть і довговічн іс ть вузла тер тя. Д іапазон тис ку і шви дкостей , при яки х реалізую ться нормальне тертя і зношування повер хонь, визначаю ться природою матеріалів конта ктуючи х пар і скла- дом змащувального матер іалу. Мета і пос тановка задачі Метою проведени х досліджень було встановлення ефективності змащуваль ної дії для гідромехан ічни х коробок передач при викорис танн і нафтового масла МГТ на основі глибокоочищеної і депарафін ізованої фракції М С-8 із загущуючою, депресорною, протизношувальною, детерген тною та антип інною присадками і син те тичне масло на основі поліа льфаолефін ів (95 %) і ріпа кової олії (5 %) з антиокис люва льною (іонол), протизношувальною (інфен іум С9425), по ліфункц іона льною в΄я зкіс тною і депресорною присадкою полімета крила тного типу (В8-705) і а нтипінною (ПМС-200А) приса дками. Виклад мате рі алів д осліджень В умовах части х пусків - зупино к при використанн і в якос ті змащувального матеріа лу масла МГТ першого типу, встановлено, що формування стабільни х а дсорбційни х гранични х шар ів на повер хн і металу з ШХ-15 відбувається у міру напрацювання N  200. Перш за все, цьому процесу сприяє акти вація повер хн і мета лу, яка обумовлена адгезійною взаємодією кон тактуючи х пар в резу льта ті зриву змащувального шару при страгуванн і в 30 % ци клів. Сформований змащувальний граничний шар за в- товш ки 0,657 - 2,557 мкм зали шається стаб ільним до N  1000, потім с тупінь мета левого кон та кту збільшується до 10% ци клів, що пов'яза но із зм іною природи гранични х плівок при п ідви щенн і об'ємної температури масла до 50 °С. Нада лі на повер хні мета лу утворюютьс я граничні шари фізичної природи, я кі внас лідо к слабки х Ван - дер - Ваальсови х си л взаємодії легко вида ляю ться і формують стаб ільн і хемосорбційні п лівки або Кінетика зміни товщини змащувального шару при напрацюванні Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 2 91 хім ічні з'є днання. Товщина а дсорбційни х шарів з п ідвищен ням температури досягає 7,11 - 9,15 мкм (рис. 1). З ни х на час тку СОП і модифіковани х шарів при хо ди ться 0,3 - 0,76 мкм. На зразка х із ста лі 45 вс тановлена я кісно інша за кономірніс ть ада птац ії граничної п лівки до динамічни х умов навантажен ня. На 50 % скорочується як с тупінь мета левого кон такту, так і час форму- вання с табільни х а дсорбційни х шарів в період припрацювання, причому їх товщина зб ільшується , в се- редньому, на 50 % до N  1000. Підви щення температури призводи ть до часткової дезорієн тації граничної п лівки , зб ільшується на 20 % с туп інь ме талевого кон такту. При по даль шому напрацюванні зафіксована стаб ільна товщ ина адсорбційного шару також подвійної природи, а ле на частку сформова- ни х шарів при хо ди ться 5,15 - 6,81 мкм, що, в середньому, на 30 % менше, в порівнянн і з hадс на ШХ-15 (рис. 1). Проте, збільшує ться скла дова товщини змащувального шару СОП і модиф іковани х шар ів (h  0,9 - 1,21 мкм). Аналіз змащувально ї зда тності масла для гідромехан ічни х коробок передач другого типу пока зав істо тне зниженн я тако го параметра, як зрив змащувального шару при страгуванні, що свідчи ть про підвищен ня а дсорбційної зда тнос ті компонентів базової основи - по ліа льфаолефін ів і р іпаково ї олії. В період припрацювання до N  50 зафіксований мета левий кон такт повер хонь в 10 % циклів (ШХ-15) і в 7 % циклів (Ст 45). Рис. 1 – Залежні сть загаль ної товщини мастиль ного шару (hзаг.), товщини граничних адсорбці йних шарі в (hадс.) від об'ємної температури масла Т при припрацюванні Збільшенн я температури до 70° не приводи ть до де зорієнтац ії сформовани х шарів, що обумов- лено наявн іс тю си льни х а дге зій ни х зв'язків вуглево дневи х спо лук з активованою повер хнею мета лу. а б Рис. 2 – Пове рхня те ртя сталі 45 (а) та сталі ШХ-15 (б) при змащуванні синтетичним маслом для гідромехані чних коробок пе редач СТ , мкм,h Кінетика зміни товщини змащувального шару при напрацюванні Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 2 92 Приріс т товщини змащува льного шару в періо д пуску, неза лежно від кількос ті циклів при напрацюванні, с кла дає 1 - 1,2 мкм, що несуттєво вп ливає на зміну ста лого параметра режиму змащувальної дії. 0 2 4 6 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 загальна товщина змащувального шару (ШХ-15, Ст-45) товщина СОП (ШХ-15) товщина СОП (Ст-45) Рис. 3 – Кі не тика змі ни товщини адсорбці йних шарів h при напрацюванні в умовах пуску 0 2 4 6 8 10 12 14 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 N,ц 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 загальна товщ ина змащ увального ш ару (ШХ-15, Ст-45) λ – параметр режиму мащ ення Rа , ШХ-15 Rа , Ст-45 Рис. 4 – Кі не тика змі ни шорсткості Rа, товщини адсорбці йних шарі в h і ре жиму мащення λ, як функція напрацювання N для масла МГТ № 2 Слід зазначи ти, що тип металу не впли ває на зага льну товщину а дсорбційн и х гранични х шар ів (hзаг = 0,576 - 4,9 мкм), а товщина СОП і хімічни х з'єднань с кла дає відповідно 0,35 мкм і 0,25 мкм на поверхні із с талі 45 і ШХ-15 (рис. 2, рис. 3). Незале жно від типу змащувального матеріа лу вс тановлена лін ійна кореляц ія параметра ефективнос ті мащення λ від товщини гранични х а дсорбційни х шарів. Поча ткова шорсткість кон тактни х поверхонь с кла да ла відповідно 0,402 і 0,323 мкм для с талі ШХ-15 і ста лі 45. В процесі напрацювання встановлюється р івноважна шорсткість повер хо нь, неза лежно від типу мета лу, рівна, в середньому, 0,202 мкм (рис. 3). Твер діс ть мета лу впливає лише на час стаб ілізац ії да ного параметра - для менш твер- дого матеріа лу с талі 45 Ra = 0,202 мкм вс тановлюється при N  500, що в 2 рази менше н іж для ШХ-15. Аналогічн і резуль та ти були одержан і в робота х [6, 7]. У міру формування і адап тації гранични х шарів відбувається пере хід від граничного режиму змащувальної дії (  2) до гідроди намічного (  4) ц,N мкм,h мкм,Ra, мкм,h Кінетика зміни товщини змащувального шару при напрацюванні Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 2 93 (рис. 4). При цьому товщина змащувального шару при гідродинам ічному режимі зм ащувальної дії включає три складови х – СОП або хімічно модифікован і шари, адсорбційн і шари фізичної природи і істинно гідродинамічну с кла дову по мір і зб іль шення шви дкос ті кочення. Висновки Вс тановлено, що п ідвищена а дсорбційна активн іс ть вуглеводневи х компонентів поліа льфаолефін ів і р іпакової олії прискорює на 50 % час адап тац ії гранични х а дсорбційни х шар ів на акти вованій поверхні с талі, при чому сформовані адсорбційн і шари характеризую ться температурною стійкіс тю. У нестац іонарни х умовах тертя параметр режиму мащення λ лін ійно корелює з негідродинам ічною складовою товщини змащувально го шару, при цьому (формується стійка гранична плівка , яка забезпечує пере хід від граничного до елас тогідродинамічного режиму мащення). Літе ратура 1. Кичкин Г .И. Мас ла для ги дромехнически х коробок передач / Г.И. Кич кин, А.В. Ви ленкин. – М.: Химия, 1969. – 212 с. 2. Ви лен кин А.В. Масла для шестеренны х передач / А.В. Ви ленкин – М.: Химия, 1982. – 248 с. 3. Справочник по триботе хни ке: В 3т. / Под общ. ред. Хеб ты М., Чичинадзе А.В. – М.: Маши - ностроение, 1990. – Т .2: Смазочные материалы, те хни ка смазки , опоры скольжен ия и качения. – 412 с. 4. Райко М.В. Исс ледован ие смазочного дейс твия нефтяны х масел в услови я х работы зубчаты х передач: дис. на соискание ученой степени доктора те хн. наук: 05.02.04 / М.В. Райко – К.: КИИГА, 1974. – 369 с . 5. Дми триченко Н.Ф. Исс ледован ие влияния газовы х сред на смазочную способность минераль- ны х масел, и х проти воизносного и демпфирующего действий в зацеп лении зубьев зубчаты х пере дач: дис. на соискание ученой степен и кан ди да та те хн . наук.: 05.02.04 / Дми триченко Ни колай Фе дорович. – Киев, КИИГА, 1980. – 260 с. 6. Формування та адап тац ія гранични х шарів – основний критер ій ефективності мащення в нестац іонарни х умова х тер тя / М.Ф. Дмитриченко, Р.Г. Мнаца канов, О.О. М ікосянчик [та ін .]. // Управління проектами, с истемний ана ліз і логіс тика . – К.: НТУ. – 2005. – Ви п. 2. – C. 9 - 13. 7. Поліпшен ня триботе хнічни х характеристи к автоматични х коробок передач за ра хунок ство- рення нови х композицій масти льни х матеріа лів / М .Ф. Дмитриченко, Р.Г. Мнацаканов, О.О.Мікосянчик [та ін.] // Materialy XVI Konf. “Metody obliczen iowe I badawc ze w ro zwoju pojazdów sa mochodowych I maszyn roboczych samoje zdnych”. – Rzeszow: Po litechnika. – 2005. – P. 69 - 75. Поступи ла в редакц ію 08.06.2015 Кінетика зміни товщини змащувального шару при напрацюванні Проблеми трибології (Problems of Tribology) 2015, № 2 94 Dmitrichenko N.F., Bily akovy ch O.N., Savchuk A.N., M ilanenko A.A, Turitsa Y.A., Kusch A.I. Kinetics of change of thickness of a lubricant layer at an operating time. The working conditions of the lubricating oil in gear bo xes are d etermined by three factors: temp erature, rotation sp eed gears and the p ressure in the contact zone. Of these factors dep ends on dep loy mentagent oil film in the contact mode and friction in tribomechanical sy stem that determines the reliability and durability of the friction assemb ly . The range of p ressures and velocities, which are imp lemented in the normal friction and wear of the surfaces defined by the nature of the materials contactin g the vap or and the comp osition of the lubricant. The results of this work are p resented based on exp erimental studies of the oil M GT oil and sy nthetic oil b ased p olarp oint when using samp les of steel 45 and SH-15. It is established that formed the boundary lubrication lay er thickness 0,657 - 2,557 micro meter for M GT oil remains stable up to N  1000, then the degree of metallic contact is increased to 10 % of cy cles, due to the changin g nature of boundary films with increasing bulk oil temp erature up to 50 °C. It is recorded that the increase in the thickness of the lubricant lay er during start-up , regardless of the number of cy cles at an op erating time is about 1 - 1,2 micrometer, slightly affects the variation of the constant p arameter mode lubricatin g action. Regardless of the typ e of lubricant is established linear correlation p arameter of the efficien cy of the lubrication of λ on the thickness of the boundary adsorp tion lay ers. Key words: lubr icant efficien cy lubrication, metal contact. References 1. Kichkine G.I., VilenkinA.V. Oils for g idrotekhnicheskikh transmissions . M.: Che mistry, 1969. 212 p. 2. Vilen kin A.V. Gea r oil for gear. M.: Che mistry, 1982. 248 p. 3. Handbook of friction mach inery: 3T / Under the General editorship Habte M., Chichinadze A.V. M.: Mashinostroenie, 1990. T . 2: Lubricants, machinery lubricat ion, bearings of slid ing and rolling. 412. 4. Rajko M.V. Investigation of the lubricating action of petroleum oils in the gears: dis. on competition of a scientific degree of Dr. sci. Sc iences: 05.02.04. Ra jko M.V. K.: Kiiga, 1974. 369 p. 5. Dmitrichenko N.F. Study of the influence of gas atmospheres on the lubricity of minera l oils, anti- wear and damping action of the meshing teeth of gears: dis. on competition of a scientific degree of candidate of tech. science.: 05.02.04. Dmitrichenko Niko lay Fedorovich. Kiev, Kiiga, 1980. 260 p. 6. The format ion and adaptation of boundary layers – the ma in criterion of the effectiveness of madanna in unsteady friction conditions . N.F.Dmitrichenko, R.G.Mnatsakanov, O.A.Mikosyanchik [and others]. Project manage ment, systems analysis and logistics. K.: NTU. 2005. Vo l. 2. P. 9-13. 7. Improve ment tribotechnical characteristics of automatic transmissions by creating new compositions of lubricants . N.F.Dmit richenko, R.G.Mnatsakanov, O.A.Mikosyanchik [etc.]. Materia ly XVI Konf. “Metody oblic zeniowe I badawc ze w rozwoju poja zdów samochodowych I maszyn roboczych samoje zdnych”. Rzeszow: Politechnika. 2005. P. 69-75.