Технические науки /2. Механика

К.т.н. Кубич В.И.

Запорожский национальный технический университет, Украина

К оценке функциональности смазочных слоев

в модельных трибологических системах

Стандартизованная методика в определении смазывающих свойств не выделяет достаточно важного оценочного критерия - как временной показатель эффективного функционирования формирующихся смазочных слоев (ГОСТ 9490-75). Этот критерий может определять длительность возможного сохранения режима граничной смазки в трибологических системах, и как аргумент функции изменения коэффициента трения отражать характер поведения смазочных слоев при сменах режимов силового и нагрузочного взаимодействия. Вопросам оценки эффективности формирования смазочных слоев и их влияния на изнашивание поверхностей посвящено ряд работ [1-5]. Однако оценке проявления свойств смазочных слоев, сформированных из разносоставных смазочных материалов, при линейном контакте трущихся поверхностей в диапазонных режимах нагружения в условиях нарушения режимов смазки предметное внимание не уделялось. В связи с этим возникает необходимость в проведении поисковых исследований по определению условий формирования и разрушения смазочных слоев в подвижном линейном контакте. Например, в контакте трущихся поверхностей, характерном для зубчатых передач, максимальное давление в котором может достигать 1000-1500 МПа.

По результатам триботехнических испытаний установлена зависимость изменения коэффициента трения в трибологической системе «40Х - (И-20А) - 40Х» с линейным контактом поверхностей образцов от смены скоростного параметра взаимодействия в условиях прекращения подачи смазочного материала при гранично-допустимой нагрузке.

Триботехнические испытания проводились в три этапа. На первом этапе контактное взаимодействие рабочих поверхностей роликов осуществлялось без смазочного материала. Это позволило установить закономерность изменения коэффициента трения по мере изнашивания ювенильных поверхностных слоев роликов. Наличие прямолинейных участков свидетельствовало о том, что имели место установившиеся процессы взаимодействия образований на поверхности и по глубине. При этом численные значения коэффициента трения предложено рассматривать как критерий начала снижения функциональной активности молекул масла, и полной ее остановкой. На втором этапе испытания проводились со смазочным материалом. При этом определялось значение нормальной силы, превышение которой приводило к невозможности влияния компонентов смазочного материала на процессы формирования слоев граничной смазки на рабочих поверхностях роликов. На третьем этапе испытания проводились со смазочным материалом. Это позволило определить зависимости изменения коэффициента трения при граничной смазке.

Для проведения исследований использовались образцы-ролики, изготовленные из стали 40Х наружным диаметром D=50 мм, шириною b=10 мм с параметром шероховатости рабочей поверхности Ra_1,1=0,08 мкм, Ra_2,2=0,16 мкм, Ra_3,3=0,32 мкм и микротвердостью поверхностного слоя НRC 42-52. Триботехнических испытания проводились на машине трения модели СМЦ-2. Начальное расчетное давление по Герцу при радиусах роликов r_1,2=0,025 м, коэффициенте Пуассона μ_1,2=0,3, модуле упругости стали Е_1,2=210 ГПа, полуширине линии контакта а=0,0365 мм составило р=359 МПа. По окончании испытаний расчетное давление в зоне трения с учетом геометрических размеров изношенной поверхности неподвижного ролика составляло 6,9 МПа, 10,3 МПа, 20,6 МПа.

Проведенные триботехнические испытания позволили установить следующее. Время прирабатываемости масла И-20А при гранично-допустимой нагрузке на линейный контакт поверхностей (сталь 40Х) от параметра шероховатости Ra=0,08-0,32 мкм не зависит, и составляет 2 мин. При этом формируются слои граничной смазки функционально стабильные в течение 18 мин в диапазоне частот вращения 300-1000 мин^-1, коэффициент трения 0,1-0,12. В отсутствие подпитки зоны контакта функциональная стабильность сформированных смазочных слоев уменьшается с ростом частоты вращения. Максимальное время (по условиям эксперимента) сохранения смазочных свойств - 10 мин соответствует частоте вращения 300 мин^-1, коэффициент трения 0,12-0,13.

Предложенная методика триботехнических испытаний и оценки результатов может использоваться для последующего исследования трибологического состояния смазочных слоев при моделировании контактного взаимодействия поверхностей в трибологических системах с использованием иных материалов.

Литература:

1. Сагин С.В. Влияние анизотропных жидкостей на работу узлов трения судовых дизелей / С.В. Сагин, Ю.В. Заболотный // Проблеми теніки. - 2012. -№ 4. - С.68-81

2. Трофімов І.Л. Моделювання впливу електричного поля на протизносні властивості мастильних матеріалів / І.Л. Трофімов // Проблеми тертя та зношування. - 2013. - Вип. 59. - С.89-92

3. Мельник В.Б. Метод оцінки складових змащувального шару в локальному контакті зубчатіх передач / В.Б. Мельник / Проблеми тертя та зношування. - 2012. - Вип. 58. - С.165-168

4. Савчук А.М. Кінетика зміни характеристик мастильного матеріалу в умовах недостатнього мащення / А.М. Савчук // Проблеми трибології. - 2012. - №4. - С.127-129

5. Гедзюк Т.В. Аналіз процесів самоорганізації в умовах граничного тертя / Г.В. Гедзюк// Проблеми трибології. - 2011. - №4. - С.72-75