Smarowanie elementów maszyn Ze względu na charakterystykę geometrii kontaktu wszystkie skojarzenia ruchowe elementów maszyn można podzielić na: •węzły konforemne, przystające, w których współpracujące powierzchnie są wzajemnymi odwzorowaniami (pomijając luzy) to znaczy ich kształty dają się opisać promieniami krzywizny nieznacznie różniącymi się od siebie co do wartości -inaczej mówimy, że tego rodzaju węzły charakteryzują się stykiem rozłożonym (łożyska ślizgowe) •węzły niekonforemne, nieprzystające, w których stykają się ciała o znacznie różniących się kształtach, czyli takie, których promienie krzywizny są bardzo zróżnicowane (elementy krzywkowe, zazębienia przekładni zębatych). W znakomitej części węzłów trybologicznych podczas pracy dąży się do zminimalizowania oporów ruchu (skojarzenia antyfrykcyjne). Idealnym rozwiązaniem jest taka sytuacja, kiedy o wartości tych oporów decyduj tarcie wewnętrzne cieczy (środka smarowego), a nie opory związane z tarciem zewnętrznym między partnerami tarcia (najczęściej metalowymi). W obu rodzinach węzłów taka sytuacja jest możliwa w trakcie ruchu pod warunkiem, że partnerzy w węźle ruchowym zostaną w sposób trwały rozgraniczeni warstwą środka smarowego o grubości porównywalnej lub większej od chropowatości warstw ich warstw wierzchnich. Taka sytuacja może wystąpić w przypadku możliwości powstania warstwy smarowej (dynamicznej - ruchomej) nazywanej filmem smarowym. W tym przypadku mówimy, że mamy do czynienia z tarciem płynnym. Dla obu grup wspomnianych węzłów (konforemnych i niekonforemnych) wymuszanie tego korzystnego stanu jest możliwe. Przyczyny prowadzące do tej sytuacji są jednak zasadniczo różne. Ich analizą, oceną zależności jakościowych i ilościowych z wykorzystaniem matematycznych modeli opisu, zachodzących procesów (przede wszystkim reologicznych) w układach tarciowych zajmują się: •hydrodynamiczna teoria smarowania (dla pierwszej grupy węzłów) •elastohydrodynamiczna teoria smarowania (dla węzłach o stykach skoncentrowanych)

HYDRODYNAMICZNA TEORIA SMAROWANIA

Klasyczna teoria smarowania hydrodynamicznego (Pietrowa, Reynoldsa) opiera się na następujących spostrzeżeniach: •rozkład obciążeń odbywa się na dużej powierzchni -naciski w stosunku do granicy sprężystości współpracujących elementów nie powodują znaczących odkształceń; stąd założenie o idealnej sztywności (nieodkształcalności) elementów będących w kontakcie •na skutek wzajemnego względnego ruchu w szczelinie między elementami pary ciernej powstaje ciśnienie hydrodynamiczne umożliwiające całkowite ich oddzielenie, zależne od tarcia wewnętrznego cieczy (lepkości); założono stałą lepkość i gęstość oleju. Podczas pracy dąży się do zminimalizowania oporów ruchu (skojarzenia antyfrykcyjne). Idealnym rozwiązaniem jest taka sytuacja, kiedy o wartości tych oporów decyduje tarcie wewnętrzne cieczy (środka smarowego), a nie opory związane z tarciem zewnętrznym między partnerami tarcia (najczęściej metalowymi). W obu rodzajach węzłów taka sytuacja jest możliwa w trakcie ruchu pod warunkiem, że partnerzy w węźle ruchowym zostaną w sposób trwały rozgraniczeni warstwą środka smarowego. Taka sytuacja może wystąpić w przypadku możliwości powstania warstwy smarowej (dynamicznej - ruchomej) nazywanej filmem smarowym. W tym przypadku mówimy, że mamy do czynienia z tarciem płynnym. Dla węzłów konforemnych wymuszenie tego korzystnego stanu jest możliwe. Przyczyny prowadzące do tej sytuacji są jednak zasadniczo różne. Ich analizą w układach tarciowych ruchowych zajmują się: HYDRODYNAMICZNA TEORIA SMAROWANIA (właśnie dla węzłów konforemnych) i ELASTOHYDRODYNAMICZNA TEORIA SMAROWANIA (dla węzłów o stykach skoncentrowanych). Węzły konforemne( przystające) - w których współpracujące powierzchnie są wzajemnymi odwzorowaniami (pomijając luzy) to znaczy ich kształty dają się opisać promieniami krzywizny nieznacznie różniącymi się co do wartości - inaczej mówimy, że tego rodzaju węzły charakteryzują się stykiem rozłożonym (np. łożysko ślizgowe).

SMAROWANIE ELASTOHYDRODYNAMICZN - W warunkach styków skoncentrowanych elementów o dużych różnicach promieni krzywizny uzyskiwane rezultaty świadczyły iż teoretyczna gruAbość filmu jest mniejsza od chropowatości. Dla węzłów niekonforemnych, nieprzystających, w których stykają się ciała o znacznie różniących się kształtach, czyli takie których promienie krzywizny są bardzo zróżnicowane (np. elementy krzywkowe, zazębienia przekładni zębatych. Peppler zasugerował znaczenie ciśnienia w sferze styku. Równanie opisujące grubość filmu smarnego w strefie spłaszczenia (Grubin):

α - współczynnik charakteryzujący zależność lepkości od ciśnienia

u - średnia prędkość powierzchni [m/s]

R' - zredukowany promień krzywizny elementów [m]

P - obciążenie

E'- zredukowany model Younga [Pa]

L - długość kontaktu liniowego [m]

Zmodyfikowana teoria smarowania hydrodynamicznego dla styków skoncentrowanych została nazwana Teorią Smarowania Elastohydrodynamicznego.

Ogólne równanie na grubość filmu olejowego: H_min=h_o/R'=k U^a W^b G^c

PODSUMOWANIE PROBLEMATYKI EHD

Dla przebiegu procesów smarowania w stykach skoncentrowanych istotne znaczenie mają zmiany lepkości czynnika smarującego wraz ze zmianami ciśnienia, jak i odkształcenia sprężyste stykających się ciał.

1. Współpracujące elementy nie podlegają istotnym odkształceniom sprężystym (można je traktować jako ciała doskonale sztywne). Pod wpływem zmian ciśnienie lepkości cieczy smarowej nie zmienia się. E1=E2=0=const; η=const ] HD hydrodynamiczne smarowanie

2. Występuje wzrost lepkości pod wpływem wzrostu ciśnienia. Elementy kontaktujące mogą być traktowane jak ciało sztywne. E1=E2=0=const η=η_oe ^d*p

3.Lepkość cieczy smarującej nie zmienia się pomimo wzrostu ciśnienia, natomiast mają miejsce odkształcenia sprężyste kontaktujących się elementów. E1#E2#0; η=const

4. W węźle ruchowym skoncentrowanym występują jednocześnie istotne odkształcenia sprężyste współpracujących elementów oraz następuje wzrost lepkości cieczy smarującej na skutek wzrostu ciśnienia. E1#E2#0; η=η_oe ^d*p ] EHD

Tylko w wariancie czwartym mamy do czynienia ze smarowaniem EHD.

Ocena smarowania przekładni zębatych Ocena jakości smarowania polega na wyznaczeniu grubości filmu olejowego oraz porównaniu jej z chropowatością powierzchni, czyli wyznaczeniu współczynników grubości filmu olejowego λ. Jego wartości pozwalają ocenić rodzaje smarowania z jakim należy się liczyć w zazębieniu.
gdzie: h_min-minimalna grubość elastohydrodynamicznego filmu olejowego w zazębieniu R₂-średnia kwadratowa wartość mikronierówności powierzchni roboczej zębów. Wzór ten to bezwymiarowy warunek stanowiący kryterium podobieństwa stanu tarcia występującego w zazębieniu i z tego powodu stanowi uogólniony opis smarowania przekładni. Warunek tarcia płynnego:
Parametr λ_gr jest wielkością statystyczną ustaloną dla danego typu przekładni w oparciu o wyniki badań eksploatacyjnych. Dla przekładni przemysłowych λ_gr=1÷1,4 dla stożkowych, jeśli λ_gr=1,5÷3 to występuje tarcie zbliżone do płynnego, gdy λ_gr>4 to mamy do czynienia ze smarowaniem EHD. Przy λ=0,7 następuje silne zużycie przekładni. Przy λ≥2 przekładnie nie ulegają zużyciu.

Dodatki do środków smarowych.

Współczesne oleje otrzymuje się wprowadzając do tzw. Olejów bazowych zestawy różnorodnych dodatków uszlachetniających, z których najważniejsze to:

1.tzw. dodatki smarnościowe czyli dodatki przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe, które na powierzchniach tarcia tworzą warstewki ochronne (graniczne) zmniejszające zużycie i chroniące przed zatarciem.

2. Dodatki lepkościowe (tzw. Wiskozatory, które poprawiają zależność lepkości oleju od temperatury) szczególnie przydatne są w olejach wielosezonowych ze „spłaszczoną” charakterystyką lepkościową. Umożliwia ona łatwiejszy rozruch zimnego silnika i dobre smarowanie węzłów silnika nagrzanego.

3. Inhibitory utleniania - zmniejszają szybkość utleniania oleju bazowego, co zwiększa żywotność oleju smarowego. Dodatki myjące (detergenty) - zmywają osady wewnątrz silnika tworząc jednocześnie na czystych powierzchniach warstewki zabezpieczające przed osadami wtórnymi.

4. Detergenty maja najczęściej charakter zasadowy w związku z czym pełnią równocześnie rolę neutralizatorów substancji kwasowych pojawiających się w oleju smarowym.

5. Dodatki dyspergujące - rozpuszczają w sposób koloidalny w oleju bazowym drobne zanieczyszczenia eksploatacyjne o charakterze cząstek stałych (cząstki pyłu, metaliczne produkty zużycia, cząstki pochodzące z utleniania węglowodorów, cząstki sadzy w oleju silnikowym).

6. Inhibitory korozji - działają pasywująco na powierzchnie metaliczne zabezpieczając przed korozją od kwasów olejów smarowych.

Ilośc dodatków np. w mineralnym oleju silnikowym, może przekraczać 30%. W oleju syntetycznym dodatków może być nieco mniej, nie są dodawane dodatki lepkościowe, bowiem syntetyki posiadają korzystną zależność lepkości od temperatury. W9-oleje i smary przemysłowe. Klasyfikacja lepkościowa VG2,VG3,VG5,VG1500

---