UNIWERSYTET

TECHNOLOGICZNO – PRZYRODNICZY

im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich

w Bydgoszczy

LABORATORIUM

EKSPLOATACJI MASZYN

Ćw. nr 4 „Metody badan warstw granicznych

środków smarnych”

Wykonał:

Krystian Szulerecki

Transport, sem IV

Grupa F

1.Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z metodą badań warstw granicznych środków smarnych.

2.Środki smarne:

„Są częścią konstrukcyjną maszyny. Najkorzystniejsze smarowanie uzyskuje się dzięki środkom smarnym płynnym, gdyż najłatwiej i najprecyzyjniej można je doprowadzić do węzłów tarcia.” [1]

3. Podział środków smarnych:

Środki smarne można podzielić w zależności od rodzaju i przeznaczenia, które posiadają cechy charakterystyczne i odpowiednie właściwości dla danej grupy. Poniższa tabela przedstawia klasyfikacje środków smarnych według kryterium ich głównych cech fizykochemicznych:

Gazowe	Ciekłe	Plastyczne	Stałe
- powietrze, - azot, - dwutlenek węgla, - inne.	- oleje pochodzenia mineralnego, - oleje pochodzenia syntetycznego, - oleje pochodzenia zwierzęcego i roślinnego, - inne.	- kompozycje olejów mineralnych i mydeł, - oleje mineralne lub syntetyczne z zagęszczeniem syntetycznym, - inne.	- materiały krystaliczne lub bezpostaciowe takie jak: grafit, dwusiarczek molibdenu, itp.

Tab. 1. Klasyfikacja środków smarnych według kryterium ich głównych cech fizykochemicznych.[9]

Poniższy diagram przedstawia podział środków smarnych ze względu na ich zastosowanie:

Rys 1. Podział środków smarnych ze względu na ich zastosowanie. [9]

4.Zadania smarowania:

Do głównych zadań smarowania możemy zaliczyć [1]:

• zmniejszanie tarcia,

• usuwanie zanieczyszczeń ze współpracujących części,

• ochrona przed korozją,

• odprowadzenie ciepła z obszaru tarcia,

• tłumienie drgań,

• amortyzacja obciążeń uderzeniowych,

• zmniejszenie luzów i skutków ich powiększania się.

5.Smary:

„Substancja zmniejszająca tarcie między powierzchniami przedmiotów, które stykając się ze sobą tymi powierzchniami, poruszają się względem siebie. Smar działa na zasadzie wniknięcia w szczelinę pomiędzy tymi powierzchniami i utworzenia tam warstwy poślizgowej poprzez całkowite odseparowanie od siebie tych powierzchni.

Poszczególne smary mogą mieć różne konsystencje: od stałej, poprzez półpłynną, płynną aż do gazowej.” [2]

6.Smarność:

Smarność możemy rozumieć jako umiejętność tworzenia przez środek smarnych warstw będących na powierzchniach ciał stałych warstwy te trwale do nich przylegają dzięki czemu powodują zmniejszanie tarcia.

7. Warstwa graniczna:

Szczupła, niewielka warstwa cieczy znajdującą się tuż przy ścianie obleganego ciała stałego. Odpowiada ona za obniżenie współczynnika tarcia oraz usprawniania ruchu.

„Uporządkowana, kilkucząsteczkowa warstwa cieczy smarującej, znajdująca się w zasięgu niewysyconych sił powierzchni smarowanej. Działanie pola tych sił powoduje polaryzację indukowaną cząsteczek smaru i związaną z tym ich orientację równolegle do linii działania tych sił. W wyniku tego zmienia się lepkość i gęstość cieczy smarującej w warstwie przypowierzchniowej. W rezultacie właściwości cieczy smarującej są inne w warstwie przypowierzchniowej niż w pozostałej objętości. Zdolność tworzenia warstw granicznych posiadają ciecze smarne zawierające substancje powierzchniowo czynne o charakterze polarnym takie jak siarka i jej związki oraz węglowodory aromatyczne. Zdolność ta zależy również od stanu energetycznego powierzchni smarowanej.” [3]

8. Tarcie graniczne:

Pojęcie tarcia granicznego ma niezwykle ważne znaczenie, kiedy warstwa substancji smarującej zniknie z obszarów styku trących się ciał zacznie występować tarcie suche co jest efektem nie pożądanym.

„Występuje wtedy, gdy powierzchnie trące są pokryte środkami smarnymi zawierającymi substancje powierzchniowo czynne, które tworzą na powierzchniach elementów warstwy graniczne wyjątkowo odporne na duże naciski i trwale z nimi połączone. Zapobiega to powstawaniu tarcia suchego nawet przy nieciągłym dopływie środka smarnego.” [4]

9.Tarcie suche:

Tarcie suche to efekt niepożądany podczas współpracy elementów maszyn, tarcie może wpłynąć na uszkodzenie stanu technicznego maszyny jak i wywołuję duże wydzielenia się ciepła.

„Występuje wtedy gdy między współpracującymi powierzchniami nie ma żadnych ciał obcych, np.: środka smarnego lub wody. Jest ono intensywne podczas ślizgania się materiałów chropowatych.

Występowanie tarcia suchego w przypadku połączenia ruchowego elementów maszyn jest szkodliwe, gdyż powoduje wydzielanie się dużej ilość ciepła, spadek wytrzymałości oraz zużywanie się współpracujących części.

Natomiast w połączeniach spoczynkowych jest korzystne (np. tarcie opony o jezdnię), gdyż pozwala na przeniesienie bez poślizgu dużych sił pomiędzy współpracującymi elementami.” [5]

10.Tarcie płynne:

Panujące tarcie płynne jest przyjazne dla pracy maszyn, ponieważ zużycie elementów pracującej maszyny jest niskie.

„Występuje wtedy, gdy powierzchnie tarcia są rozdzielone warstwą środka smarnego w postaci smaru, cieczy lub gazu. Wówczas tarcie zewnętrzne jest zamieniane na tarcie wewnętrzne czynnika smarnego. Siła tarcia płynnego zależy wyłącznie od właściwości środka smarnego, a nie od właściwości powierzchni współpracujących. Wartość współczynnika tarcia płynnego jest mała i zależy od grubości warstwy cieczy smarującej, jej lepkości oraz od prędkości względnej elementów trących. Zużywanie elementów maszyn podczas tarcia płynnego jest małe.” [6]

11. Metody badan warstw granicznych smarów i olejów :

a) Aparat czterokulowy:

Fot. 1. Stanowisko do badań warstw granicznych smarów i olejów [opracowanie własne]

Poniżej przedstawiono budowę i zasadę działania aparatu czterokulowego [7]:

„Aparat czterokulowy służy do oceny własności smarnych olejów i smarów plastycznych. Urządzenie charakteryzuje się występowaniem styku punktowego elementów węzła tarcia oraz realizowaniem w nim ruchu ślizgowego.

Elementami badawczymi są cztery kule każda o średnicy 12,7 mm, wykonane ze stali łożyskowej o twardości 62,66 HRC. Trzy kule są umieszczone w miseczce na stałe,
a czwarta - zamocowana w uchwycie jest do nich dociskana siłą normalną. Kula zamocowana w uchwycie obraca się wraz z nim prędkością 1450 ±50 obr/min, odpowiadającą prędkości tarcia ok. 0,55 m/s. Obciążenie normalne dociskające kule może wynosić do 12 000 N. Miarą jakości badanego środka smarnego są średnice śladu zużycia na powierzchniach trzech nieruchomych kul w czasie jednej minuty. Wartość obciążenia normalnego, przy którym następuje gwałtowny wzrost momentu tarcia i wielkości śladów zużycia, jest miarą smarności badanej substancji smarnej.”

b) maszyna Timkena:

Poniżej budowa i zasada działania maszyny Timkena [4]:

„Maszyna ta służy do pomiaru trwałości warstwy oleju między trącymi elementami ślizgowymi oraz do pomiaru wartości współczynnika tarcia. Elementami badawczymi są pierścień i klocek o wymiarach 12,7 x 12,7 x 19 mm, wykonane ze stali o twardości 60÷62 HRC. Prędkość obrotowa pierścienia wynosi 500, 750, 1000 i 1500 obr/min, a odpowiadające prędkości poślizgu trącego skojarzenia 0,92, 1,37, 1,84 i 2,74 m/s. Płytka jest dociskana do wirującego pierścienia siłą w zakresie 50-1000 N. Powierzchnie tarcia są pokrywane substancją smarującą, w której łożysko jest zanurzone.

Miarą smarności badanego oleju jest ubytek (zużycie) materiału klocka w zadanym czasie badań. Mierzy się jednocześnie wartość momentu tarcia i na tej podstawie wnioskuje o trwałości warstwy smarnej. Uzyskane wyniki badań mogą służyć do wstępnej oceny oleju stosowanego do smarowania przekładni zębatych.”

Na poniższym rysunku przedstawiono zasadnicze elementy tej maszyny:

Rys. 2. Zasadnicze elementy maszyny Timkena [4]

1,2 – pierścień i blok skojarzenia trącego, 3 – obciążniki, 4 - dźwignia, 5 - pompa przetłaczająca badany olej, 6 – zbiornik badanego oleju

c) maszyna typu Falex:

Kolejny typ maszyny służący do badań warstw granicznych olejów i smarów jej budowa oraz zasada działania opisana poniżej [10]:

„w skojarzeniu trącym w maszynie FALEX występuje styk liniowy. Węzeł tarcia składa się z przeciw próbki o kształcie walca obracającego się ze stała prędkością obrotową wokół własnej osi 240 ± 10 obr/min, co odpowiada prędkości poślizgu około 0,1 m/s i dwóch pryzmatycznych próbek dociskanych do niej siłą. Siła nacisku próbek w czasie trwania biegu badawczego może być stała lub narastająca. Węzeł tarcia może pracować w warunkach tarcia technicznego suchego, może być smarowany jednorazowo nałożoną porcją smaru plastycznego lub też smarowany metodą zanurzeniową w cieczy umieszczonej w odpowiednim zbiorniczku.

Maszyna FALEX pozwala zarówno na badanie właściwości EP (ang. extreme pressure - przeciwzatarciowe) jak i właściwości AW (ang. anti wear - przeciwzużyciowe). Służy ona przede wszystkim do oceny właściwości smarnych ciekłych środków smarnych przy ekstremalnych obciążeniach. W teście EP są re­alizowane dwa podstawowe badania: A - w którym obciążenie jest zwiększane w sposób cią­gły, B - w którym obciążenie jest zwiększane w sposób dyskretny, w tempie 1112 N na minutę. Rezultaty testów na maszynie FALEX służą do oceny trwałości filmu olejowego środka smarnego oraz pomiaru współczynnika tarcia. Tester Maszyna Falex pozwala na realizacje badań wg następujących norm: ASTM D 2625, ASTM D 2670, ASTM D 3233”

Schemat przedstawiający budowę maszyny FALEX [10]:

Rys. 3. Budowa maszyny Falex:

1- szczęki, 2- wałek, 3- trzpień mocujący wałek, 4- głowica napędu

Literatura:

[1] http://pl.wikipedia.org/wiki/Smarowanie (dostęp: 23.04.2014)

[2] http://pl.wikipedia.org/wiki/Smar (dostęp: 23.04.2014)

[3] http://pl.wikipedia.org/wiki/Warstwa_graniczna_(tribologia) (dostęp: 23.04.2014)

[4] http://www.tribologia.org/ptt/try/tr09.htm (dostęp: 23.04.2014)

[5] http://pl.wikipedia.org/wiki/Tarcie_suche (dostęp: 23.04.2014)

[6] http://pl.wikipedia.org/wiki/Tarcie_płynne (dostęp: 08.05.2014)

[7] Praca zbiorowa pod redakcja Macieja Woropay’a „Laboratorium z eksploatacji maszyn”, ATR, Bydgoszcz 1994

[9] Woropay M,. Landowski B., Jaskulski Z., „Wybrane problemy eksploatacji
i zarządzania systemami technicznymi”, Wyd. Uczelniane ATR Bydgoszcz 2004

[10] www.fwmt.put.poznan.pl/plik_pobierz.php?id=91 (dostęp: 08.05.2014)