Nazwisko Data
AKADEMIA GÓRNICZO - HUTNICZA
i imiÄ™
LABORATORIUM Z PA
YNÓW
EKSPLOATACYJNYCH I TECHNIKI
Rok studiów Ocena
SMAROWNICZEJ
specjalność
Temat:
Badanie olejów silnikowych na aparacie
czterokulowym
1. Wstęp teoretyczny
Smarność  zdolność do tworzenia warstw granicznych, zabezpieczających przed
nadmiernym zużywaniem i zatarciem. Własności tych warstw zależą również od własności
powierzchniowych elementów współpracujących, stąd smarność jest cechą zespołową (oleju i
ciała stałego).
Najczęściej smarność charakteryzuje się za pomocą parametrów mierzonych na tzw.
aparacie czterokilowym. Urządzenie to posiada zalany badanym olejem węzeł tarcia, w
którym do trzech nieruchomych dolnych kulek stalowych dociskana jest siłą N obracająca się
kulka górna (czwarta  skąd aparat czterokulowy). Cały test składa się z wielu prób,
wykonywanych przy kolejnych, coraz to większych obciążeniach. Po każdym biegu mierzy
się średnicę śladu zużycia kulek d i sporządza wykres (rys.1).
Rys. 1. Charakterystyka z aparatu czterokulowego
NA  obciążenie początku zacierania,
NC  obciążenie zespawania.
Przy względnie nie dużym obciążeniu węzła N (odcinek OA), utworzone na kulkach,
poprzez adsorpcjÄ™ fizycznÄ… lub chemicznÄ…, warstwy ochronne (graniczne) zabezpieczajÄ…
powierzchnię przed zacieraniem. Odbywa się jedynie łagodne zużywanie, średnica śladów
zużycia kulek są niewielkie. Przy pewnym obciążeniu, które odpowiada na wykresie
punktowi A, rozpoczyna się zacieranie, czyli lokalne sczepianie wierzchołków nierówności
(chropowatości).
Zużywanie jest bardziej intensywne (odcinek AB). Rośnie nieco obszar styku, spadają
naciski jednostkowe, odbudowują się warstwy graniczne (najczęściej o innej budowie niż dla
odcinka OA), a zużywanie się stabilizuje, chociaż na wyższym poziomie wartości zużycia d
(odcinek BC). Przy wartościach obciążenia odpowiadających punktowi C, zniszczeniu ulegają
warstwy graniczne a układ czterech kulek ulega zespawaniu.
2. Metodyka badań
2.1. Użyte urządzenia
2.1.1. Maszyna czterokulowa
a) Opis maszyny czterokulowej
Maszyna czterokulowa stosowana jest powszechnie do badania materiałów
smarowych. Do badań zastosowano znajdującą się w Katedrze Konstrukcji i Eksploatacji
Maszyn AGH maszynÄ™ czterokulowÄ… model Four - Ball Wear Tester Brown/G. E.
Modyfication firmy Roxana Works USA (rys. 2.)
Rys. 2. Maszyna czterokilowa
a) widok maszyny czterokilowej,
b) schemat maszyny czterokilowej.
b) Zabudowa węzła tarcia
Dolna część węzła tarcia umieszczona jest na tłoczysku siłownika pneumatycznego i
dociskana jest do górnej obracającej się próbki.
Aby węzeł tarcia był samocentrujący zastosowane jest łożysko aerostatyczne.
Pomiędzy łożyskiem aerostatycznym a korpusem węzła tarcia znajduje się grzejnik
elektryczny.
Styk ruchomy przewodów termopary i grzejnika stanowią studzienki rtęciowe - dzięki czemu
nie występuje zniekształcenie pomiaru momentu tarcia.
c) Konstrukcja maszyny pozwala na szeroki zakres zmian parametrów badania.
- Regulacja obciążenia
Węzeł tarcia obciążony jest przy użyciu siłownika pneumatycznego. Siłownik
pneumatyczny zainstalowany w maszynie czterokulowej daje możliwość obciążenia od 0 do
1800 Regulację ciśnienia w siłowniku przeprowadza się ręcznie przy użyciu reduktora
ciśnienia. Siłę odczytuje się na mierniku ciśnienia.
- Regulacja prędkości obrotowej
Bezpośrednia regulacja prędkości obrotowej jest realizowana za pomocą
elektronicznego układu i daje możliwość ustawienia prędkości obrotowej od 60 do 3000
obr/min
- Regulacja temperatury
Węzeł tarcia może być podgrzewany przy użyciu grzejnika oporowego do temperatury
673 K. Temperatura mierzona jest przy pomocy termopary, której czujnik umieszczony jest w
węz
le tarcia w pojemniku na materiał smarowy.
- Pomiar momentu tarcia
Moment tarcia mierzony jest przetwornikiem oporowym w układzie mostka i rejestrowany na
rejestratorze.
- Czas badania
Czas badania ograniczony jest tylko względami ekonomicznymi. Wyłącznik czasowy ma
zakres do 5 godzin.
2.1.2. Zastosowany węzeł tarcia
Węzeł tarcia w układzie czterech kul (fig 2) stanowią trzy dolne nieruchome kule
dociskane do czwartej obracajÄ…cej siÄ™ kulki.
Stosowane są kule o średnicy 1/2  wg PN-75/M-86452. Układ ten stosowany jest przede
wszystkim do badania własności smarowych olejów i smarów.
Miarą własności przeciwzużyciowych jest średnica skaz na kulkach dolnych przy stałych
określonych parametrach badania:
f& prędkość obrotowa 1200 obr/min
f& temperatura 75 oC,
f& obciążenie 400 N,
f& czas trwania 60 min.
Rys. 3. Układ tarcia: układ czterech kul
2.1.3. Mikroskop typu MPB-2
Średnice skaz na dolnych kulkach mierzone są za pomocą lupy Brinela będącej na
wyposażeniu laboratorium.
Pomiaru dokonuje się dla każdej kulki w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach:
·ð W kierunku stycznym do drogi tarcia
·ð W kierunku prostopadÅ‚ym do drogi tarcia
2.2. Użyte materiały
2.2.1. Standardowe kulki Å‚ożyskowe ½Ä‡þćþ
2.2.2. Badane oleje:
- shell helix 15W-40
Typowe własności fizyczne
Klasa lepkości SAE 15W-40
Lepkość kinematyczna mm2/s
w 40° C - 105,4
(ASTM D 445) w 100° C -
Wskaz
nik lepkości (ISO 2909) - 132
GÄ™stość w 15° C kg/dm3 (ASTM D 4052) - 0,885
Temperatura zapÅ‚onu ° C (ISO 2952) - 220
Temperatura pÅ‚yniÄ™cia ° C (ISO 3016) - -30
Lepkość dynamiczna mPa*s w -15° C 3300
Charakterystyka ta jest typowa dla obecnej produkcji.
- Quaker State
3. Analiza wyników badań
3.1. Warunki badań
f& prędkość obrotowa 1200 obr/min,
f& temperatura 75 oC,
f& obciążenie 400 N,
f& czas trwania 60 min.
3.2. Wyniki badań
Shell helix 15W-40
Kulka 1 Kulka 2 Kulka 3 średnie
Styczne* Promien.* Styczne Promien. Styczne Promien
Nr bad.
// // //
4% 4% 4%
1
2
3
* Styczne (równoległe) do kierunku ruchu
* Promieniowe (prostopadłe) do kierunku ruchu
Quaker State 15W-40
Kulka 1 Kulka 2 Kulka 3 średnie
Styczne* Promien.* Styczne Promien. Styczne Promien
Nr bad.
// // //
4% 4% 4%
1
2
3
* Styczne (równoległe) do kierunku ruchu
* Promieniowe (prostopadłe) do kierunku ruchu
3.3. Wykresy
4. Wnioski końcowe