В.П. Котурга Стендовые испытания триботехнических свойств смазочных материалов

Министерство образования Российской Федерации

Кузбасский государственный технический университет

Кафедра прикладной механики

Стендовые испытания триботехнических свойств смазочных материалов.

Методические указания к лабораторной работе по триботехнике для студентов направления 552900

Составитель В. П. Котурга

Утверждены на заседании кафедры. Протокол № 8 от 26.06.99. Рекомендованы к печати методической комиссией направления 552900 Протокол № 234 от 05.11.99. Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 2000

1

ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Изучение методик и конструкций стендов для оценки триботехнических свойств смазочных материалов.

В результате выполнения работы студенты должны ознакомиться со стендовым оборудованием для исследования триботехнических характеристик смазочных материалов и методиками проведения испытаний.

СТЕНДЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ТРАНСМИССИОННЫХ МАСЕЛ

Для оценки триботехнических характеристик трансмиссионных масел широко применяют стенды, имитирующие работу зубчатых зацеплений: 1АЕ (Великобритания), FZG (ФРГ), Ридера (США). Все три стенда работают по одному принципу нагружения: испытательные зубчатые колеса, составляющие звено замкнутой силовой цепи, нагружены в результате упругого деформирования от закручивания одного из ее элементов.

Стенд 1АЕ. В данном стенде вращение по замкнутому контуру передается от синхронного электродвигателя через ременную передачу со сменными шкивами. Испытательные прямозубые фланкированные зубчатые колеса смонтированы консольно, что облегчает их монтаж. Малая ширина зубьев позволяет получить высокие нагрузки, что обеспечивает получение задира зубьев даже при испытании масел с наиболее эффективными противозадирными присадками.

Нагружение испытательных зубчатых колес производится в статическом состоянии при помощи нагрузочной муфты, имеющей рычаг с грузами. Испытуемое масло циркулирует в системе, состоящей из бака с подогревательным устройством, магнитного фильтра, фильтра тонкой очистки и шестеренного насоса. Масло подается через сопло на вход зацепления испытательных зубчатых колес. Критерием оценки противозадирной стойкости испытуемого масла принято разрушение (задир) минимум 60 % поверхности головок зубьев обоих зубчатых колес. В процессе испытания контролируются частота вращения зубчатых колес, давление испытуемого масла, температура масла на входе и выходе из зацепления, ток электродвигателя главного привода.

Стенд FZG (рис.1) приводится во вращение от односкоростного асинхронного электродвигателя в балансирном исполнении. Нагружение производят при помощи нагрузочной муфты в статическом состоянии.

2

Рис. 1. Схема стенда FZG:

1-измерительная муфта; 2-упругий вал; 3-электродвигатель; 4- испытательные зубчатые колеса; 5-картер испытательных зубчатых колес; 6-картер замыкающих зубчатых колес; 7-вал; 8-нагрузочная муфта

Балансирный двигатель обеспечивает измерение общего момента трения замкнутого контура в процессе испытания (метод “мотор – весы”). Смазывание рабочих и замыкающих зубчатых колес осуществляется окунанием в масло, залитое в соответствующие картеры. Испытания проводят при ступенчатом повышении нагрузки от 10 до 780Н. Продолжительность испытаний при каждой нагрузке 15 мин. После окончания работы на каждой ступени при выключенном стенде визуально осматривают рабочие поверхности зубьев испытательных зубчатых колес и отмечают изменение вида рабочих поверхностей (заглаживание, риски, трещины). Затем проводят испытания при более высокой нагрузке. В процессе испытания фиксируется изменение температуры зубьев рабочих зубчатых колес и исследуемого масла в картере. Для измерения объемной температуры зубьев в одном из зубьев каждого зубчатого колеса имеется глухое отверстие диаметром 3 мм до середины ширины зуба, в котором размещаются медь константановые термопары. Концы термопар через отверстия в валах выводятся к кольцам токосъемников, связанных с гальванометрами. Критерием оценки масел принято резкое уменьшение массы испытательных зубчатых колес, или разрушение (задир) более 20% рабочей поверхности их зубьев.

Стенд Ридера используется для испытания масел судовых и авиационных редукторов. Отличается большой компактностью и малыми габаритами в связи с отсутствием специальных торсионных валов и использованием в опорах подшипников скольжения. Стенд состоит из двух ва-

3

лов, сделанных как одно целое с косозубыми колесами, находящимися в зацеплении. На концах валов укреплены прямозубые колеса с короткими и длинными зубьями. Нагрузка на испытательные колеса достигается введением масла под давлением в нагрузочные камеры. При этом происходит небольшое относительное смещение валов вдоль их осей, и создается крутящий момент. Вращение замкнутого контура производится электродвигателем через мультипликатор. Этим обеспечивается высокая частота вращения (до 30000мин-1). Наименьшая ступень нагрузки, при которой происходит разрушение поверхности зубьев (задир), характеризует противозадирные свойства масел (визуальная оценка или взвешивание). Критерием оценки противозадирной стойкости испытуемого масла принято разрушение (задир) минимум 22,5% рабочей поверхности всех зубьев1.

Методики испытания на данных трех стендах аналогичны: выполняется серия опытов на одних и тех же зубчатых колесах (на одной и той же стороне зубьев) с разными нагрузками, последовательно возрастающими в арифметической (стенд 1АЕ) или геометрической (стенд FZG) прогрессии.

СТЕНДЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ СВОЙСТВ МОТОРНЫХ МАСЕЛ

Стенд СКТ - НАМИ для оценки противопиттинговых1 свойств моторных масел. Рабочими элементами стенда (рис. 2) являются кулачок 1, закрепленный на двухопорном рабочем валу 7, приводимом во вращение электродвигателем, и толкатель 2, прижатый к кулачку пружиной 8. Радиальная нагрузка на кулачок передается штангой толкателя 4. Рабочий узел заключен в закрытую камеру 5, нижняя часть 6 которой служит резервуаром для масла. Стенд имеет шесть отсеков с аналогичными рабочими узлами. В качестве рабочих элементов используют кулачки и толкатели от двигателя ЗИЛ-130. Масло в каждый узел подается через форсунки от общей масляной системы объемом 6 литров. Методика испытаний предусматривает частоту вращения кулачков 1500 мин-1, нагрузку на кулачок 1500 Н и длительность испытания 3 млн. циклов (33ч). Температура испытуемого масла до 180° С.

1 Питтинг – любое удаление или перемещение материала, приводящее к образованию на поверхности деталей углублений и лунок

4

Критерием оценки противопиттинговых свойств моторных масел при их сравнительной квалификационной оценке служит число пораженных выкрашиванием толкателей в принятых условиях испытания.

Стенд НАМИ - 1М для испытания противоизносных свойств моторных масел представляет собой одноцилиндровый стационарный бензиновый карбюраторный двигатель внутреннего сгорания с электриче-

риантов таких испытаний является испытание на коррозионномеханическое изнашивание. Испытание проводят в течение 120 ч 8- часовыми циклами без доливания масла.

Износ измеряют методом “вырезанных лунок”. Лунки вырезают в двух поясах гильзы цилиндра на расстоянии 14 и 28 мм от верхнего торца гильзы (в каждом поясе восемь лунок, первую лунку вырезают перпендикулярно к оси коленчатого вала). После проведения обкатки в течение 20 ч замеряют длину лунок, взвешивают поршневые кольца и вкладыши (с точностью до 10-3 г), определяют зазоры в замках поршневых колец. Осматривают поверхности гильзы, поршня, толкателей и вкладышей. Двигатель вновь собирают и проводят испытания. По окончании испытания по данному режиму проводят замеры лунок, взвешивание поршневых колец и вкладышей и осматривают трущиеся поверх-

5

ности других деталей. Результаты испытаний сравнивают с результатами испытания контрольного (эталонного) масла при “холодном” и “горячем” режимах.

СТЕНД ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПОДШИПНИКАХ КАЧЕНИЯ

Стенд ВНИИНП. Принципиальная схема такого стенда приведена на рис.3. На станине 6 смонтированы испытательная головка 3, системы 7 смазывания и охлаждения подшипников. В корпусе испытательной головки монтируют испытательные подшипники и подшипники радиаль-

Рис. 3. Схема стенда для испытания смазочных материалов в подшипниках качения

ного нагружения. Испытательные подшипники могут нагружаться как осевой, так и радиальной нагрузкой. Радиальная нагрузка передается специальным узлом нагружения 2 через подшипники нагружения, а осевая - от узла нагружения 1. Система нагружения гидростатическая. Под радиальной нагрузкой можно испытывать одновременно четыре подшипника качения; в этом случае подшипники нагружения являются ис-

6

пытательными. При испытании под осевой и комбинированными нагрузками испытательными являются только два подшипника. Привод осуществляется от двигателя 8 через клиноременную передачу, вал 5 и муфту 4. Циркуляционная система смазывания обеспечивает подвод исследуемого масла к подшипникам.

При испытании пластичных смазок в каждый испытательный подшипник закладывают смазочный материал в количестве, равном половине свободного объема. При испытании пластичных смазок в качестве испытательных используют шариковые подшипники № 204 (пятого класса точности); частота вращения 8000 мин -1; радиальная нагрузка на подшипник 1500 Н в опытах без подогрева и 500 Н при объемной температуре 120° С. Длительность испытания 1500 - 2000 ч. При сравнительных испытаниях масел также частота вращения подшипников № 2048000 мин -1, радиальная нагрузка 3000 Н при длительности испытания до 250 ч. В обоих случаях в процессе испытания непрерывно регистрируется температура наружного кольца подшипников. Критериями разрушения смазочного слоя служат резкое повышение температуры и возрастание шума в подшипниках.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Вотчете должны быть представлены кинематические схемы стендов

иалгоритмы методик проведения испытаний. Отчет выполняется на отдельных листах формата А4

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что является критерием оценки противозадирной стойкости трансмиссионных масел на стенде 1АЕ?

2.Каким образом происходит нагружение испытуемых зубчатых колес на стенде FZG?

3.Объясните особенности нагружения испытуемых зубчатых колес на стенде Ридера.

4.Что является критерием оценки противопиттинговых свойств моторных масел?

5.Что является критерием разрушения смазочного слоя при испытании смазочных материалов в подшипниках качения на стенде ВНИИПП?

6.Объясните кинематическую схему стенда ВНИИПП.

7

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Справочник по трению, износу и смазке деталей машин.- Киев: Наукова думка, 1979.- 188 с.

2.Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник/ Р.М. Матвееский, В.Л. Лахши, И.А.Буяновский и др.-М.: Машиностроение, 1989.-224с

Составитель

Владимир Петрович Котурга

Стендовые испытания триботехнических свойств смазочных материалов.

Методические указания к лабораторной работе по триботехнике для студентов направления 552900

Редактор Е.Л. Наркевич

ЛР № 020313 от 23.12.96

Подписано в печать 24.11.99. Формат 60× 84/16 Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. л. 0,6 Тираж 75 экз. Заказ

Кузбасский государственный технический университет. 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография Кузбасского государтсвенного технического университета.

6500099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4а