Спосіб оцінки динамічної ефективності в’язкості мастильних матеріалів в триботехнічному контакті

Реферат: Спосіб оцінки динамічної ефективної в'язкості мастильних матеріалів в триботехнічному контакті полягає в реєстрації моменту тертя, кінематичних умов контакту, товщини мастильного шару між контактуючими поверхнями, навантаженими заздалегідь визначеним зусиллям. Триботехнічні показники контакту реєструють через короткі інтервали часу в нестаціонарному експлуатаційному режимі частих пусків - зупинок, вибраному для прискорення формування структурованих граничних адсорбційних шарів мастильного матеріалу на активованих тертям поверхнях металу. UA 89261 U (12) UA 89261 U UA 89261 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі досліджень фізико-механічних властивостей мастильних матеріалів і може використовуватись для оцінки динамічної ефективної в'язкості мастильного матеріалу в триботехнічному контакті при формуванні граничних адсорбційних шарів на активованій тертям поверхні металу. Відомий спосіб оцінки динамічної ефективної в'язкості [1] в еластогідродинамічному контакті від тиску та температури за формулою:   0 e p  ( T  T0 ) , де  і 0 - динамічні ефективні в'язкості мастильного матеріалу при температурах T і T0 , - п'єзокоефіцієнт в'язкості, p - контактне навантаження.  Недоліками способу є те, що достовірність формули відповідає невеликим температурним інтервалам T  T0 , п'єзокоефіцієнт в'язкості визначають шляхом підбору для мінеральних та синтетичних олив з присадками або без них, не враховується вплив градієнта швидкості зсуву та дотичних напруг зсуву масляного шару в зоні контакту. Відомий також спосіб розрахунку динамічної ефективної в'язкості [2], який враховує час проходження мастильного матеріалу через зону контакту та швидкість руху мастильного матеріалу в довільному перерізі мастильного шару по ширині контакту: 1 ,  еф (D)  1  exp(  ) 2D    де  еф - безрозмірна ефективна в'язкість,  - безрозмірна статична в'язкість, D - число Дебори. Підвищення достовірності оцінки динамічної ефективної в'язкості за даним способом досягається з урахуванням залежності коефіцієнта тертя та дотичних напруг зсуву масляного шару від середньої швидкості руху мастильного матеріалу та ефектів неньютонівських рідин. Недоліком способу є припущення в розрахунках про стаціонарну одномірну текучість рідини, що не враховує структуризацію мастильного матеріалу на активованих тертям поверхнях металу. Відомий спосіб [А. с. СССР № 1096534 G01N11/00 Способ определения реологических характеристик смазочных материалов] визначення динамічної ефективної в'язкості стандартного та дослідного матеріалу в умовах кочення за рахунок швидкого формування максимальної товщини мастильного шару з подальшим її зниженням до настання масляного голодування шляхом вимірювання через певні інтервали часу товщини мастильного шару та швидкостей кочення. Недоліком способу є відсутність визначення моменту тертя, за зміною якого можливо розрахувати дотичні напруги зсуву масляного шару. Найбільш прийнятним за технічною суттю та сукупністю ознак до корисної моделі, яка заявляється, є спосіб залежності динамічної ефективної в'язкості мастильних матеріалів від контактного навантаження [3], який є найближчим аналогом і був вибраний за прототип. Згідно з цим способом, на дослідній роликовій установці вимірюються коефіцієнт тертя та товщина мастильного шару при фіксованих швидкостях кочення та ковзання, а одержані розрахункові значення динамічної ефективної в'язкості мастильних матеріалів характеризують реологічні зміни даного параметра від дотичних напруг зсуву та градієнта зсуву сформованого масляного шару між елементами трибоспряження. Недоліком способу-прототипу є неможливість оцінити зміну динамічної ефективної в'язкості залежно від гідродинамічної та негідродинамічної складової товщини мастильного шару. Відомо, що через короткий час припрацювання внаслідок силового та температурного впливу відбувається деформація, текстурування поверхневих шарів контактуючих матеріалів та зростання їх енергії активації, що обумовлює формування мастильним матеріалом на контактних поверхнях структурованих граничних шарів різної природи, що не враховано в способі-прототипі. В основу корисної моделі поставлено задачу роздільного визначення динамічної ефективної в'язкості структурованих граничних шарів мастильного матеріалу негідродинамічного походження в період пуску та загальної динамічної ефективної в'язкості при стабілізації триботехнічних параметрів в контакті. Поставлена задача вирішується за рахунок послідовного визначення через короткі проміжки часу моменту тертя, швидкості обертання роликів, вимірювання падіння напруги в мастильному шарі в режимі нормального тліючого розряду в нестаціонарних умовах тертя (в режимі частих пусків - зупинок). 1 UA 89261 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Спосіб оцінки динамічної ефективної в'язкості мастильних матеріалів в триботехнічному контакті реалізується наступним чином. Пару тертя навантажують заздалегідь визначеним зусиллям, змащують досліджуваним мастильним матеріалом, режими обертання роликів програмуються керуючим блоком, здійснюють тертя в режимі пуск - зупинка, через 0,01 с реєструють момент тертя, температуру мастильного матеріалу, частоту обертання кожного ролика, визначають значення товщини мастильного шару в контакті шляхом вимірювання падіння напруги в режимі нормального тліючого розряду. При частих пусках - зупинках на контактних поверхнях формуються граничні адсорбційні шари мастильного матеріалу негідродинамічної природи, товщина яких визначається в момент зупинки, в період пуску спостерігається приріст товщини мастильного шару та його стабілізація при досягненні заданого режиму обертання за рахунок формування загальної товщини мастильного шару в контакті, яка містить гідро- та негідродинамічну складові. Розрахунок динамічної ефективної в'язкості проводять при першому вимірюванні триботехнічних показників під час пуску (через 0,01 с), що відповідає динамічній ефективній в'язкості структурованих граничних шарів мастильного матеріалу на активованій тертям поверхні металу, та при вимірюванні при пуску під час стабілізації моменту тертя, швидкості обертання роликів та падіння напруги в мастильному шарі, що відповідає загальній динамічній ефективній в'язкості. Перевагами запропонованого способу є: - можливість більш достовірно і точно оцінити ступінь структуризації мастильного матеріалу на активованій тертям поверхні металу; - визначити умови надбання мастильним матеріалом властивостей неньютонівських рідин; - оцінка стійкості компонентів мастильного матеріалу до деструкції при високих градієнтах швидкості зсуву за динамікою зміни динамічної ефективної в'язкості в стабілізаційний період. Результати оцінки динамічної ефективної в'язкості мастильних матеріалів різного експлуатаційного призначення показали задовільні результати. Приклад реалізації. Оцінювали динамічну ефективну в'язкість оливи для автоматичних коробок передач АКП. Згідно з режимом експлуатації оливи для проведення досліджень, вибрані наступні умови: матеріал контактних поверхонь - сталь 45(HRC 40), контактне навантаження - 400 МПа; об'ємна температура оливи - 50 °C; режим пуск (4с) - стаціонарна робота (4 с) - зупинка (3 с); максимальна частота обертання випереджаючого ролика - 400 об/хв.; проковзування - 15 %; тривалість дослідження - 3000 циклів. Результати досліджень наведені в таблиці та на кресленні, де вимірювання 1 відповідає 0,01 с пуску, вимірювання 2-3 є стаціонарною роботою, N - номер циклу; Vков з - швидкість ковзання; h г - товщина граничних адсорбційних шарів мастильного матеріалу; h з - загальна товщина мастильного шару;  - градієнт швидкості зсуву;  - дотична напруга зсуву масляного шару;  еф - динамічна ефективна в'язкість. Таблиця Результати оцінки реологічних характеристик контакту Вимірювання Vков з , м/с h г , мкм 1 2 1 2 1 2 45 N циклу 1 0,002 0,21 0,002 0,21 0,002 0,21 0,1 500 1000 h з , мкм 3,0 1,0 3,5 1,71 3,52   10 4 , с 2,0 7,0 0,2 6,0 0,12 5,9 -1  , МПа 14 12 11 7 7 6 еф  102 , Па•с 7,0 1,71 55,0 1,16 58,33 1,02 Джерела інформації: 1. Хебда М. Справочник по триботехнике: в 3 т. Т.2: Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения/ Под общ. ред. Хебды М., Чичинадзе А.В. - М.: Машиностроение, 1990. - 416 с. 2 UA 89261 U 5 2. Бакашвили Д.Л. Влияние неньютоновских свойств смазок на эффективную вязкость и силу трения в тяжелонагруженном упругодинамическом контакте/ Бакашвили Д.Л., Чхаидзе Г.Р., Шварцман В.Ш., Шойхет В.Х.// Трение и знос. - 1982. - № 2. - С. 265-274. 3. Райко М.В. Исследование смазочного действия нефтяных масел в условиях работы зубчатых передач: дис. на соискание ученой степени доктора техн. наук: 05.02.04/ М.В. Райко К.:КНИГА, 1974. - 369 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб оцінки динамічної ефективної в'язкості мастильних матеріалів в триботехнічному контакті, що полягає в реєстрації моменту тертя, кінематичних умов контакту, товщини мастильного шару між контактуючими поверхнями, навантаженими заздалегідь визначеним зусиллям, який відрізняється тим, що триботехнічні показники контакту реєструють через короткі інтервали часу в нестаціонарному експлуатаційному режимі частих пусків - зупинок, вибраному для прискорення формування структурованих граничних адсорбційних шарів мастильного матеріалу на активованих тертям поверхнях металу. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3