Методы определения смазывающих свойств
Испытания смазывающих свойств показывают, в какой мере масло выполняет свои основные функции - уменьшает силу трения и предохраняет детали от износа. При испытаниях имитируются реальные условия режимов трения. На практике существует довольно много частных случаев смазывания и поэтому имеется относительно много методов испытаний смазочных свойств.
Наиболее часто моделируется трение скольжения на небольшой поверхности. В ходе испытания постепенно повышается нагрузка и/или скорость скольжения (деформация сдвига) и измеряется или регистрируется сила трения и ее изменение, а также износ поверхностей трения. Из полученных данных рассчитываются критические параметры - критическая нагрузка, нагрузка сваривания, нагрузочная способность масла, показатель степени износа, показатель скорости износа и др.
Типовые схемы образцов, испытываемых на машинах трения:
А) четырехшариковая; б) "Фалекс"; в) "Тимкен"; г) дисковая; д) "Амен";
е) "палец-диск"; ж) "палец-цилиндр" (машина Арчарда).
Метод четырех шариков. Это наиболее распространенный и информативный метод определения смазывающих свойств масел и смазок. Методом определяются:
- характер износа, кривая износа, показатель износа в условиях граничного трения - по пятнам износа шариков - критическая нагрузка, нагрузка сваривания и нагрузочная (несущая) способность - по точкам перегиба на кривой износа;
- индекс задира (нагрузки) - по предельному давлению
Характер изменения
степени износа от нагрузки показывает
противоизносные свойства масла или
смазки при постоянной нагрузке, которая
ниже критической. В ходе испытания
периодически измеряется диаметр пятен
износа на нижних шарах и рассчитывается
среднее значение износа (в мм.). Зависимость
износа (D)
от нагрузки (Р) характеризуется кривой
износа. Интенсивность износа от начала
и до сваривания зависит от способности
смазочного материала уменьшать износ
и характеризуется индексом задира
(нагрузки) . В начальном интервале
нагрузки износ поверхностей трения
происходит в условиях граничного трения
и является пропорциональным нагрузке.
В этом режиме соотношение между нагрузкой
и соответствующим ей износом является
постоянной величиной и может характеризовать
противоизносные свойства масла или
смазки. Индекс нагрузки выражается в
ньютонах.
Метод FZG, называемый также методом Нимана . Это один из основных методов определения противоизносных и противозадирных свойств трансмиссионных масел. Свойства масла определяются при помощи двух цилиндрических шестерней, погруженных в исследуемое масло. Шестерни, находящиеся под нагрузкой прокручиваются по 15 мин при постепенном повышении нагрузки и измерении потери массы шестерен. Испытание заканчивается по достижении потери массы в 10 мг или после 12 циклов (если потери массы не достигают 10 мг). Смазывающие свойства масла выражаются через число выдержанных циклов повышения нагрузки. Кроме этого, определяется предельная нагрузка, при которой шестерни начинают застревать, она называется несущей способностью и выражается в ньютонах. Аналогичный метод применяется в США - тест Ридера.
Метод Тимкен. Этим методом определяются противозадирные свойства масла при предельной нагрузке, т.е. критическую нагрузку задира или Timken OK нагрузка, которая выражается в ньютонах. Это нагрузка, которую может выдержать масляная пленка на поверхности трения до появления задира в условиях данного эксперимента. Такая нагрузка показывает нагрузочную способность масла.
Метод Фалекс. Валик имитирует шейку подшипника, который зажимается двумя V-образными зажимами, изготовленными из высокопрочной стали, т.е. валик зажимается четырьмя прямолинейными поверхностями - контактами, и прокручивается с постоянной скоростью. Вся эта система погружена в исследуемое масло с установленной постоянной температурой, скорость вращения - 330 об./мин (скорость скольжения - 10,4 см/с). Сила сжатия (нагрузка) может быть увеличена как непрерывно, так и через определенные интервалы. Измеряется сила трения и износ. По полученным данным определяются антифрикционные и противозадирные характеристики масла.
Метод Алмен-Виланд . Метод аналогичный методу Фалекс, но зажимы имеют форму полувтулок и изготовлены из того же металла, что и валик. В этом случае контактирующая поверхность трения не линейная, а плоская, В ходе испытания при постоянной скорости вращения валика (200 об./мин, скорость скольжения 6,6 см/с), непрерывно увеличивают нагрузку до начала задира или до окончания ресурса прижимной силы. Измеряется сила трения и максимальная нагрузка до начала задира.
Ни один из приведенных методов не позволяет определить абсолютные параметры трения и износа или подобрать масло для конкретного применения в двигателях внутреннего сгорания, но дает возможность сравнивать качество применяемых присадок в определенных рабочих условиях (малые скорости скольжения и высокие нагрузки). Определение смазывающих свойств моторных масел возможно только при проведении испытаний на реальных двигателях.
ВЫБОР СХЕМЫ МАШИНЫ ТРЕНИЯ ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ ИСПЫТАНИЙ
СМАЗОК ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ
Для исследования отдельных свойств или при специальных испытаниях смазок с целью подбора их для конкретных узлов реальных машин широко используются различные лабораторные аппараты и машины трения. Однако до настоящего времени нет единых аппаратов и методов определения коэффициентов трения, как наиболее общей характеристики смазок, нет и машин трения для испытаний смазок специального назначения, из которых одним отдавалось бы предпочтение перед другими.
Для испытаний смазок при высоких давлениях, оказываемых на смазочную пленку, наиболее распространенными являются машины трения с линейным (Тимкен, Фалекс) или точечным (четырехшариковая) контактом трущихся поверхностей; менее распространены машины, в которых используются части цилиндрических поверхностей в качестве подшипника или сборные подшипники скольжения с валами малого диаметра (Альмен).