Uniwersytet Technologiczno Przyrodniczy

Laboratorium eksploatacji maszyn

Temat: Pomiar trwałości warstwy granicznej olejów i smarów

Izabela Abramczyk

Sem VIII

MiBM

niestacjonarne

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze sposobami zmniejszania wartości współczynnika tarcia ślizgowego oraz poznanie zjawiska powstawania warstw granicznych olejów i smarów w węzłach ślizgowych maszyn oraz nabycie umiejętności pomiaru trwałości warstwy granicznej w aparacie czterokulowym.

Przedmiotem badań będzie olej mineralny LOTOS 15W40.

1. Opis zjawiska powstawania warstwy granicznej smaru

Smarowanie graniczne stosowane jest w obiektach technicznych, w których powierzchnie ślizgowe elementów przemieszczają się względem siebie z niewielką prędkością, a występujące pomiędzy nimi naciski kontaktowe oraz ich cechy uniemożliwiają wytworzenie smarowania hydrodynamicznego. W wyniku badania procesów smarowania, stwierdzono, że najlepszymi substancjami smarującymi, w warunkach tarcia granicznego są związki organiczne zawierające siarkę, chlor, fosfor, tlen. Cząsteczki cieczy znajdujące się w obszarze działania elektrostatycznego pola sił powierzchniowych elementów węzła ślizgowego zmniejszają ruchliwość. Pole elektrostatyczne powoduje polaryzację cząsteczek i orientuje je w kierunku równoległym do linii działania jego sił.

Efektem tego uporządkowania jest zwiększenie intensywności oddziaływań oraz związane z tym zwiększenie lepkości i gęstości w strefie przypowierzchniowej.

2. Smarność substancji

Smarnością nazywamy własność substancji smarującej określającą jej zdolność do tworzenia trwałej warstwy granicznej w wyniku adsorpcji na powierzchniach ślizgowych elementów maszyn. Miarą smarności jest trwałość warstwy granicznej, a więc trwałość związania substancji smarującej z podłożem

Spośród wielu substancji smarujących stosowanych w maszynach oleje mineralne, ze względu na swoją obojętność chemiczną oraz brak momentu dipolowego nie mogą zapewnić wytwarzania warstwy granicznej. Z tego względu, aby przystosować olej do efektywnego smarowania granicznego powierzchnia współpracujących elementów, koniczne jest wprowadzenie tzw. substancji smarnościowych (dodatków) zwiększających smarność olejów.

Dodatki smarnościowe, mające charakter związków powierzchniowo czynnych, adsorbują się na powierzchni oleju tak, że nawet przy bardzo dużym stężeniu na powierzchni rozdziału faz i podczas kontaktu oleju z powierzchnią metalu mogą z nią reagować.

3. Metody pomiaru trwałości warstwy granicznej olejów i smarów

Trwałość związania substancji smarującej z podłożem można określać zarówno w procesie tworzenia się warstwy granicznej, jak również w procesie jej niszczenia. W praktyce o trwałości warstwy granicznej wnioskuje się pośrednio na podstawie analiz takich zjawisk, jak:

• intensywność procesów zużycia elementów

• przebieg reakcji chemicznych dodatków smarnościowych z materiałem podłoża

• kinetyka procesów przemian fizykochemicznych dodatków

Trwałość warstwy granicznej rozumiana jako zdolność adsorpcji substancji smarującej przez materiał adsorbenta można badać w sposób statyczny lub dynamiczny.

4. Pomiary trwałości warstwy granicznej oparte na efektach towarzyszących jej powstawaniu

Trwałość granicznej warstwy smaru jest uzależniona od siły związania z podłożem tworzących je cząstek. Im silniejsze tworzy wiązanie, tym większa ilość energii wydziela się w procesie tworzenia warstwy granicznej. Zasada pomiaru polega na przesączaniu przez umieszczoną w komorze pomiarowej mikrokalorymetru przepływowego substancję adsorbującą roztworu substancji zdolnych do sorpcji. Zmiany w czasie ilości wydzielanego się podczas sorpcji ciepła można mierzyć i rejestrować w formie termistorowego układu pomiarowego mikrokalorymetru.

5. Pomiary trwałości warstwy granicznej oparte na efektach towarzyszących jej zniszczeniu

Przerwanie warstwy granicznej smaru powoduje intensywne procesy zużycia powierzchni elementów wysokoobciążeniowych węzłów ślizgowych maszyn. Intensywność zużywania się oraz odporność na zacieranie elementów są uzależnione od trwałości warstwy granicznej i mogą stanowić jej miarę. Do wyznaczania trwałości warstwy granicznej smarów służą różnego typu maszyny tarciowe. Do najczęściej stosowanych znormalizowanych metod badania smarności należą:

• metoda pomiarów za pomocą aparatu czterokulowego

• metoda pomiarów za pomocą maszyny Fimkmera

Miarą smarności olejów jest wielkość ubytku materiału elementów badawczych zastosowanych w węzłach ślizgowych obydwu maszyn pomiarowych.

6. Opis stanowiska pomiarowego

Stanowisko badawcze przeznaczone jest do laboratoryjnych badań własności smarujących olejów i smarów. Wyposażone jest w aparat czterokulkowy, z których trzy kulki są nieruchome, natomiast jedna kulka wprowadzona w ruch 1450obr/min oraz następujące urządzenia i materiały pomocnicze:

• kulki stalowe, wykonane ze stali łożyskowej w 0 klasie dokładności, o średnicy ½”

• sekundomierz pozwalający na odczytanie czasu z dokładnością do 0,1s

• mikroskop pomiarowy wyposażony w skalę pozwalającą na wykonanie pomiaru średnicy skaz z dokładnością do 0,01 mm

• benzynę ekstrakcyjną o własnościach zgodnych z zaleceniami normy

• naczynia do przechowywania i nabierania substancji smarujących

• instrukcję obsługi urządzeń

8)Zestawienie wyników

zadane obciążenie	Kulka NR1		Kulka NR2		Kulka NR3		Średni skaz	Dopuszczalna Wartość skompensowana	In
80	0,3	0,35	0,3	0,35	0,3	0,3	0,32	0,441	Brak zatarcia
100	0,45	0,4	0,45	0,5	0,4	0,5	0,45	0,483	Brak zatarcia
126	2,4	2,1	2,2	1,9	2,3	2,1	2,16	0,525	Zatarcie
160	2,7	2,4	2,5	2,4	2,9	2,3		0,657
200	3,7	3,7	3,9	3	3,5	3
250		ZESPAWANIE

9)Wnioski

Po dokonaniu pomiarów po wzroście średniej średnicy skaz z 0,45 na 2,16 nastąpiło znaczące obniżenie wartości i doszło do zatarcia. Z pomiarów wynika ,że max obciążenie graniczne wynosi 100 kG, Gdy zaś zwiększono obciążenie nadane do 250 doszło do zespawania kulek.

ŚREDNICA SKAZ

d1= 1,2 d2= 1,0 d1= 2,4 d2= 2,4
d3= 1,1 d4= 1,1 d3= 2,4 d4= 2,5
d5=1,2 d6=1,3 d5=2,4 d6=2,4

---