ГЛАВА 2
проблемы проведения лабораторных триботехнических испытаний современных
смазочных материалов в условиях граничной смазки
2.1. Влияния эффективности смазочных материалов на воспроизводимость
результатов испытаний по противоизносным свойствам
Появление высокоэффективных СМ и присадок к ним привело к значительному
ужесточению требований к методам и средствам лабораторных испытаний. В связи с
этим в процессе исследования триботехнических свойств товарных СМ и СМ с
сверхэффективными присадками, такими как вещества ВОБТ решался целый ряд задач,
в частности выбор методики и средств испытаний.
Разработанная и апробированная методика проведения триботехнических испытаний с
учётом формирования на поверхностях трения ВС [96]. Согласно этой методике
испытания СМ проводятся в четыре этапа:
- после того как на контакте трибоузла испытательной машины трения создана
необходимая осевая нагрузка и приводом ведущего вала скорость трения,
начинается отсчет времени эксперимента до прохождения контробразцом 500 метров
пути в зоне контакта. Этот этап отражает начало формирования ВС на рабочей
поверхности контробразца при трении.
- второй этап производится тем же контробразцом по новой поверхности
неподвижного образца также в течение 500 метров. Такие условия реализуются
трижды. Второй и третий этапы отражают дальнейшее образование и модифицирование
ВС.
- четвертый этап трения производится при тех же начальных условиях, что и
предыдущие, но в течение 3000 м пути, моделируя длительное испытание
наработанных ВС во времени и испытание их на противоизносные свойства, в
трибохимически измененной смазочной среде.
В результате трех кратковременных и одного длительного этапа трения на плоском
образце образуются четыре следа износа. Результаты измерения следов износа
подвергаются не усреднению, а сложению, и по ним строится зависимость величины
износа от пройденного пути.
При выборе базовой среды для введения в нее испытуемых веществ ВОБТ мы отдали
предпочтение СМ, имеющему низкие триботехнические свойства. К таковым относятся
низкомолекулярные индивидуальные углеводороды и некоторые товарные
нефтепродукты (бензин, керосин, дизтоплива и др.), которые имеют низкую
вязкость, что минимизирует возможность проявления гидродинамических и
эласто-гидродинамических эффектов, а при малых скоростях трения скольжения до
0,6 м/с гарантирует режим граничной смазки. Поэтому в качестве СМ применялся
керосин ТС - 1. В объеме 100 мл керосина ТС - 1 растворяли ВОБТ 0,5; 1,0; 1,5 %
масс, и получили три раствора вещества для наших исследований, которые были
названы соответственно «Эталон - 0,5», «Эталон - 1,0» и «Эталон - 1,5».
Испытания проводились на приборах трения ПТЛК(о) и ПТЛК(р) [97], а также на
признанной во всем мире испытательной системе трения RFL Optimol Test System
(Германия) [90].
В качестве испытуемых образцов для ПТЛК(о) и ПТЛК(р) служила обойма
шарикоподшипников 8104, изготовленных из стали ШХ-15 одной партии поставки, что
гарантирует идентичность по структуре и твердости (58-63 HRC) материала.
Контробразцы изготавливались путем шлифовки рабочей поверхности образцов,
собранных в кассету, на круглошлифовальном станке с последующей доводкой по
образующей цилиндра алмазными пастами до шероховатости Ra 0,02. Поверхность
плоских неподвижных образцов доводилась до шероховатости Ra 0,02, путем доводки
алмазными пастами на чугунных притирах. Контроль шероховатости поверхностей
образцов производился на профилометре М-283. Такая высокая степень доводки
рабочих поверхностей позволяет минимизировать возможность микрорезания с одной
стороны, а с другой стороны многократно повышает вероятность адгезионного
изнашивания путем микросхватывания ВС в граничных слоях смазки, что неизбежно
возникает при трении в керосине.
Камера приборов трения, детали крепления образцов и сами образцы после доводки
тщательно промывались ацетоном и высушивались на воздухе. Затем в камеру
заливался испытуемый СМ. При малых скоростях и нагрузках центрировался
контробразец так, чтобы его радиальные биения относительно неподвижного образца
были минимальные и не превышали ± 0,002 мм, а при создании полной нагрузки и
номинальной скорости неподвижный образец устанавливался так, чтобы след от
трения отражал максимально полный контакт.
При однонаправленном трении скольжения испытания керосина ТС - 1 и раствора
керосина ТС - 1 с веществами «Эталон - 0,5», «Эталон - 1», «Эталон - 1,5» на
противоизносные свойства проводились на лабораторном приборе трения скольжения
с линейным контактом ПТЛК(о). Узел трения прибора (рис. 2.1.б) выполнен по
схеме Тимкена, в котором контробразец 1 (диаметром 32 мм, толщиной 3 мм) своей
образующей цилиндра осуществлял скольжение по неподвижному плоскому образцу 2.
Рис. 2.1. Прибор однонаправленного трения скольжения ПТЛК(о):
а) внешний вид прибора трения;
б) кинематическая схема узла трения.
После того как в камеру с плоским образцом заливали испытуемый СМ, на рычаге
прибора трения создавалась номинальная нагрузка 125 Н, приводом обеспечивалась
номинальная скорость скольжения 0,3 м/с, и начинался отсчет времени
эксперимента.
Начальные мексимальные контактные напряжения были рассчитаны по формуле (2.1),
которая предложена в работах [98, 99] и определяется зависимостью (согласно
Герцу):
, (2.1)
где P – осевая нагрузка, Н;
Е – приведенный модуль упругости материала;
Lp – толщина контробразца, мм;
r – радиус контробразца, мм.
Подставив известные величины, получили расчетные значения начальных
максимальных контактных напряжений, которые составили: умах ? 1000 МПа.
Со