НАЦІОНАЛЬНИЙАВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ШИМЧУКСЕРГІЙ ПЕТРОВИЧ
УДК621.891/892.004.12
МЕТОДДОСЛІДЖЕННЯ ПРОТИЗНОСНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ МАСТИЛЬНИХ МАТЕРІАЛІВ ПРИ РАДІАЛЬНИХКОЛИВАННЯХ ВАЛУ
Спеціальність05.02.04 – Тертя та зношування в машинах
Автореферат
дисертаціїна здобуття наукового ступеня
кандидататехнічних наук
Київ– 2008
/>Дисертацією є рукопис
Робота виконана вНаціональному авіаційному університеті Міністерства освіти і науки України
Науковийкерівник кандидаттехнічних наук,
старший науковийспівробітник
СтельмахОлександр Устимович,
Національнийавіаційний університет
Офіційні опоненти:
доктортехнічних наук, професор
Кравець Іван Андрійович,
Національнаакадемія оборони України Міністерстваоборони України, м. Київ, професор кафедри логістики
кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник
Міщук Олег Олександрович,
Українськийнауковий-дослідний інститут нафтопереробноїпромисловості “МАСМА” Міністерства паливата енергетики України, м. Київ, провідний науковий співробітник
Захиствідбудеться “6” березня 2008 р. о “15” годині на засіданніспеціалізованої вченої ради Д 26.062.06 в Національному авіаційномууніверситеті за адресою: 03680, м. Київ, просп. Космонавта Комарова, 1, корпус1, аудит. 334
Здисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного авіаційногоуніверситету за адресою: 03680, м. Київ, просп. Космонавта Комарова, 1, корпус8
Авторефератрозісланий “2 ” лютого 2008 р.
Вченийсекретар спеціалізованої вченої ради,
кандидаттехнічних наук О.Ю. Корчук
ЗАГАЛЬНАХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальністьтеми. Сучасне машинобудування досягло свого нечуваного розвитку завдякивтіленню в життя наукових досягнень багатьох попередніх поколінь. Технологічнімашини і техніка в цілому на сьогодні виконують надскладні завдання у сферівиробництва та експлуатації. Разом з тим вирішення проблеми виходу з ладу агрегатівчерез спрацювання поверхонь тертя їх виконавчих елементів є особливоактуальним.
Як свідчитьстатистика, 80-85 % виходу з ладу машин відбувається з причини зношуваннявузлів та деталей. Подолання тертя поглинає 30-40 % всієї енергії, щовиробляється. Майже 40 % вироблюваного металу витрачається на замінуспрацьованих деталей, а не на виробництво нових. Тому підвищення надійності ідовговічності машин та механізмів значною мірою залежить від вирішеннятриботехнічних задач, що займають ключове місце у механічних системах типу„поверхні тертя – змащувальне середовище”.
Один із найбільшефективних способів підвищення ресурсу трибовузлів – правильний підбірмастильних середовищ. Наявність великого асортименту на ринку нафтопродуктівмастильних матеріалів та присадок до них породжує проблему оцінки їх основнихексплуатаційних властивостей – протизносних і антифрикційних. Самим дешевим тавідносно простим способом визначення основних трибологічних властивостеймастильних середовищ є їх випробування на лабораторних приладах тертя.Враховуючи неможливість передбачити конструкцією лабораторних приладів усіхфакторів, які об'єктивно існують у реальних трибосистемах, доцільно закладатипри їх проектуванні лише ті, які чинять домінуючий вплив на тертя та зношування.
Зв'язок роботи знауковими програмами, планами, темами.
Результати, якінаведені в роботі, отримано при виконанні тем: 929-Х99 „Розробка і створеннятрибологічного комплексу „ДЕДАЛ” по експериментальному визначенню протизноснихі антифрикційних властивостей мастильних матеріалів та присадок до них, а такожконструкційних матеріалів і покриттів поверхонь тертя в умовах граничногозмащування”, 309-Х06 „Розробка та створення автоматизованої системи вимірюванняпараметрів дизельних двигунів типу УТД-20 та В-6 при проведенні випробувань звикористанням ПЕОМ”, 142-ДБ04 „Дослідження впливу джерела змінного магнітногополя на деталі підшипників кочення” (№0104U003739), 227-ДБ05 „Методологія оцінки зносостійкості покриттів дляшвидкорізального інструменту в залежності від триботехнічних характеристик”(№0105U001814), 384-ДБ07„Дослідження фізико-хімічної механіки утворення вторинних структур при терті вумовах граничного змащування” (№0107U0027388).
Мета роботи. Наоснові експериментального дослідження та теоретичного обґрунтування коливанняконтактного навантаження викликаного радіальними відхиленнями валу модельноїтрибосистеми з лінійним контактом, розробити метод оцінки протизноснихвластивостей мастильних матеріалів різного функціонального призначення.
Завдання дослідження:
1. Теоретичнообґрунтувати фізичну сутність впливу радіальних коливань контактуючих поверхоньна зносостійкість трибосистем.
2. Розробити методику задання і контролю радіальнихвідхилень поверхніутворюючої циліндр валу модельної трибосистеми “вал – втулка” для експериментальних досліджень мастильних матеріалів та присадок доних наспроектованому і виготовленому приладі тертя.
3. Визначити закономірності впливувеличини радіальнихвідхилень утворюючої циліндр валумодельної трибосистеми назношування таструктурний стан робочих поверхоньпри оцінці протизносних властивостей мастильних матеріалів.
4. Дослідити вплив радіальних коливаньконтактуючих поверхонь на якість оцінки протизносних властивостей мастильнихматеріалів.
Об’єкт дослідження: зношування робочих поверхонь деталей при радіальних коливаннях валу модельної трибосистеми “вал – втулка”.
Предметдослідження: закономірності впливу величини радіальних відхилень валу модельноїтрибосистеми з лінійним контактом на протизносні властивості мастильнихматеріалів та зносостійкість контактуючих поверхонь при граничному тертіковзання.
Методидослідження: лабораторні випробування на тертя та зношування в умовахграничного змащування, диференційно-фазовий метод безконтактної лазерноїпрофілографії-профілометрії, метод контактної профілографії-профілометрії,метод рентгеноспектральної електронної мікроскопії, метод статистичної обробкирезультатів, метод математичного моделювання.
Наукова новизнаодержаних результатів.
1. Побудованофізичну модель тертя валу, виготовленого з певними радіальними відхиленнями вмодельній трибосистемі ковзання з лінійним контактом, на основі чого булосформульовано вимоги для задання та контролю амплітуди радіальних відхиленьвалу в модельному трибовузлі та розроблено і виготовлено лабораторний приладтертя з відповідними коливаннями контактного навантаження.
2. Вперше теоретично доведено таекспериментально підтверджено суттєвий впливвеличини радіального відхилення валумодельної трибопари на відтворюваність результатів при оцінці протизноснихвластивостей мастильних матеріалів та зносостійкість контактуючих поверхонь.
3. Вперше експериментально встановлено, щорадіальні відхилення валу в певних межах роботи трибосистеми ковзанняпризводять до підвищення її зносостійкості.
Практичнезначення одержаних результатів. Розроблено лабораторний прилад тертя, що моделює відповідні умови експлуатації деталей вузлівтертя ковзання тапризначений для оцінкипротизносних властивостей мастильних матеріалів та присадок до них при контрольованих значеннях радіальних відхилень валу модельної трибосистеми ковзання. Прилад відрізняється компактністю,простотою в експлуатації, забезпечує високу відтворюваність результатів,дозволяє моделювати широкий діапазон режимів роботи трибосистеми. Отримані результати випробувань мастильних матеріалів різногофункціонального призначення при певних контрольованих рівнях радіальнихвідхилень створюютьпередумови для розширення функціональних можливостей реальних трибосистем тазбільшення їх довговічності.
Практичнезначення отриманих результатів підтверджено протоколами спільних випробувань зВАТ „ЛуАЗ” (м. Луцьк) та центральним органом сертифікації нафтопродуктів „УЦАХСЕПРО” (м. Київ).
Розроблений новийметод використовується в лабораторії „Новітніх триботехнологій" НАУ дляпроведення наукових досліджень, а також залучається як кваліфікаційний(факультативно) в УкрНДНЦ хімотології та сертифікації пально-мастильнихматеріалів і технічних рідин (ПММ і ТР).
Особистий внесокздобувача. Основні результати отримані здобувачем особисто. Вибір науковоїпроблеми, постановка задач дослідження та обговорення одержаних результатіввиконано спільно з науковим керівником Стельмахом О.У. У роботах [1,2,3,6] автором було отримано основні експериментальні дані.Лабораторний прилад тертя, який описано у роботі [5], спроектовано і виготовленоразом з провідним фахівцем Бондарем В.С.
Апробаціярезультатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідались наVI і VIII міжнародних науково-технічнихконференціях „АВІА” (м. Київ, 2004 і 2006 рр.); були представлені наМіжнародній виставці „Триботех-2003” (м. Москва) та Міжнародному авіакосмічномусалоні „АВІАСВІТ XXI ” (м.Київ, 2004р.)
Публікації. Зарезультатами роботи опубліковано 6 статей у фахових наукових журналах тазбірниках, 2 з яких виконано без співавторства.
Структура таобсяг дисертації. Робота складається із вступу, п’яти розділів, висновків,списку використаних публікованих джерел із 104 видань та семи додатків.Загальний обсяг дисертації 155 сторінок. З них – 111 сторінок основного тексту,23 таблиці та 71 рисунок.
ОСНОВНИЙЗМІСТ
У вступі показановажливість досліджуваної проблеми, обґрунтовано її актуальність, мету тазавдання дослідження, сформульовано наукову новизну отриманих результатів,зазначено практичне значення роботи.
У першому розділіпоказано, що проблема оцінки протизносних властивостей мастильних матеріалівпотребує детального вивчення та аналізу функціональних властивостей сучаснихмастильних середовищ та присадок до них, враховуючи режими роботи трибосистемиз метою створення коректних фізичних моделей процесу.
Проведено аналізтеоретичних публікацій та експериментальних даних Костецького Б.І.,Крагельського І.В., Боудена Ф. і Тейбора Д., Аксьонова О.Ф., Пронікова А.С.,Матвєєвського Р.М., Стельмаха О.У., які розкривають суть проблеми взаємодіїконтактуючих тіл.
Виходячи зпозиції, що основна частина зразків, які використовуються в модельнихтрибовузлах випробувальних машин та приладів тертя, мають циліндричну форму,зроблено літературний аналіз похибок будови даного типу деталей. Вибранорадіальне биття циліндричних деталей як основний фактор, що впливає на процеситертя та зношування поверхонь. Згідно з ГОСТ 24643 – 81, радіальне биття – цепохибка обробки чи складання, що характеризується як різниця між найбільшим інайменшим відхиленням діаметра від точок реальної поверхні до базової осіобертання на величину ексцентриситету е в розрізі, перпендикулярному до цієїосі.
У ході виконанняроботи ми оперуватимемо такими термінами та визначеннями: радіальне биття(похибка обробки чи складання), радіальні відхилення (числові значення допускурадіального биття на вибраний типорозмір деталі), радіальні коливання(коливання, що виникають при терті деталі виготовленої з відповіднимирадіальними відхиленнями).
Параметриконтакту при неточностях виготовлення і посадок циліндричних деталей вивчалисяКузьменком А.Г., Чернцем М.В., Проніковим А.С., Юдіним К.М., Пслом С.В. Прицьому фактор радіальних коливань, як один з основних показників точності деталей,розглядався неодноразово, але експериментальних даних практично нема.
Проведено аналізіснуючих лабораторних приладів, які призначені для лабораторних випробуваньмастильних середовищ на тертя і зношування в режимі граничного змащування.Показано, що в лабораторних приладах тертя з лінійним контактом не передбаченийапаратний контроль величин, які характеризують точність виготовлення таскладання трибопари, зокрема радіальних відхилень контактуючих поверхонь валу.
Проаналізовановідомості про вторинні структури (ВС), які напрацьовані при різних режимахроботи трибосистеми.
Зроблено висновкита поставлені задачі дослідження.
У другому розділіз метою забезпечення відтворюваності початкових умов випробувань на тертя тазношування вибрано базові методики та експериментальні прилади, які залучалисьдля проведення і контролю лабораторних трибодосліджень. Особливу увагуприділено вибору засобів вхідного контролю матеріалів, поверхонь, середовищ тазасобів вимірювання для подальшої більш коректної обробки отриманихрезультатів.
Контроль фізико-хімічних властивостей матеріалів модельної пари тертята дослідження напрацьованих вторинних структур було проведено на растровому електронномумікроскопі-мікроаналізаторі РЕМ106И. Фрактографічний аналіз поверхонь виконувався на мікроскопіМИМ–10. Напружений стан поверхонь тертя оцінювався рентгенографічним методом наустановці ДРОН-3 у випромінюванні Cu-Кб. Контроль початкових параметрів шорсткості контактуючихповерхонь виконувався на лазерному скануючому профілографі-профілометрі ЛСПП-05. Мікротвердість поверхонь вимірювалась на мікротвердоміріМікрон-Гамма. В’язкісно-температурні характеристики мастильних матеріалівконтролювалися на приладі ГРАДІЄНТ–1. Вимірювання величини зносу поверхоньтертя було проведено на профілографі-профілометрі Калібр М-201.
Для вивченняпротизносних властивостей мастильних матеріалів при радіальних коливанняхповерхонь модельної трибосистеми вибрано лабораторні прилади тертя з лінійнимконтактом ПТЛК(о), ПТЛК(р), ПТПЛК.
Деталіконтактуючої пари було виготовлено із сталі ШХ15, як такої, що широковикористовується у машинобудуванні, підшипниковій промисловості, привипробуваннях мастильних матеріалів та має відносно стабільний хімічний склад імеханічні властивості незалежно від серії поставки.
Для розробки методулабораторних триботехнічних випробувань при контрольованих величинах радіальнихвідхилень було обґрунтовановибір спектра мастильних середовищ різного функціонального призначення.
У третьомурозділі показано, що радіальнебиття спричиняє радіальні коливання, що характеризуються амплітудою ∆х тазалежать від величини радіальних відхилень д. При радіальних коливаннях робочоїповерхні контрзразка контакт переміщується. При цьому виділено діапазон, деконтакт стає рухомим (Аі – Бі ).
Виділяється чотиризони контактування. В зоні А контакт контрзразка 1з плоским зразком 2 є максимально наближеним (товщина граничної плівки ємінімальною). Відстань між поверхнями 1 та 2 збільшується з наближеннямконтакту в зону Б. Товщина граничної плівки в зонах В і Г приблизно є однаковоюі має деяке середнє значення між зонами А і Б.
Припускається, щов зонах Б, В, Г характер зношування буде однаковий (постійність контактнихнапружень, гарантований розподіл контактуючих поверхонь граничною плівкою). Взоні А характер зносу обумовлюється величиною радіальних відхилень. Графічно цеможна представити як співвідношення кутів б і в. Кут б характеризує робочуповерхню контрзразка, що працює в режимі гарантованого змащування (в подальшихтрактуваннях назвемо це постійними умовами). Ділянка диска, позначена кутом в,працює під впливом радіальних коливань.
На підставірезультатів проведених теоретичних досліджень та розрахунків було побудовано фізичну модель тертя валу при радіальних коливанняхконтактуючих поверхонь у вигляді лабораторного приладу тертя ПТЛК(рв). Згідно з розробленою схемою, контрзразок 1 (модель валу) жорстко кріпиться на посадочній поверхні гнучкого валу 2,який конусною поверхнею К базується в порожнистому валу 3. Вал на двох конічних підшипниках 5 кріпиться в корпусі 6.Методом піджиму підшипників гайкою 4 вибирається мінімальне радіальне відхилення валу відносно осі обертання. Гнучкийвал виготовлено із сталі 50 ХФА, гартований на твердість 40 HRC. Це дозволяємаксимально ефективно використовувати пружні властивості матеріалу. Піджимаючигвинти 7, гнучкий вал деформується в місці виточки радіуса R і таким чиномвибирається необхідне радіальне відхилення контрзразка 1. Контроль величини радіальних відхилень здійснювався індикатором годинникового типу 8 з ціною поділки 1 мкм.
Нерухомий плоский зразок9 (модельвтулки) кріпиться уванночці 10, яка розміщена на штоку 11. Піджимаючи шток створюється необхіднеконтактне навантаження.
З метою запобігання провертанню штокав процесі тертя відносно направляючих 12 на його поверхні передбачено виточки.Відхилення штока відносно осі обертання /> 1мкм. Ванночка заповнюється досліджуваниммастильним матеріалом. Гвинтами 13 вибирається перпендикулярність поверхніплоского зразка відносно осі штока та паралельність відносно утворюючої циліндрконтрзразка, забезпечуючи таким чиномпостійність контактних напружень.
Вузли тертя пристосованідля моделювання величин радіальних відхилень валу в межах допуску на вибраний діаметр контрзразка.Прилад оснащено системами контролю та автоматичної підтримки частоти обертання.
Технічні характеристикиприладу тертя ПТЛК(рв)
Швидкість обертання м/с......................................................................0 – 1
Похибка регулюваннячастоти обертання ,%… ≤ 1
Максимальне контактненавантаження, Н… 3500
Контрольована температурадосліджуваного середовища, оС ...-10 + 300
Похибка вимірюваннятемператури досліджуваного середовища, оС… 2
Діапазон задання можливихвеличин радіальних відхилень, мкм 0 – 500
Методика контролюамплітуди радіальних коливань полягає у контролі величин радіальних відхиленьіндикатором годинникового типу 8 з ціною поділки 1 мкм, жорстко закріпленим у магнітній державці та встановленимзаокругленим наконечником,доведеним до високого класу чистоти, наробочу поверхню контрзразка 1.
Метод, реалізований на машині тертя,полягає у дослідженні протизносних властивостей конструкційних і мастильнихматеріалів на лабораторному приладі тертя ПТЛК(рв), що дозволяє реалізовуватирежим граничного тертя при контрольованих величинах радіальних відхиленьконтактуючих поверхонь.
Реальні трибосистеми типу „вал-втулка”залежно від класу точності виготовляютьсяз відповідними радіальними відхиленнями. При цьому траєкторія руху валу буде подібною до траєкторіїкулачкових механізмів, а початкова фактична площа контакту буде постійно змінюватись із амплітудою радіальних коливань ∆х на величину відхилення д.
Структурний станповерхонь, що працювали при різних амплітудах радіальних коливань танапрацьовані вторинні структури будуть залежати від контактних температур танавантажень і відрізнятимуться між собою. Загальний вигляд поверхонь тертя знапрацьованими ВС при випробуваннях масла МС-20 по базовій методиці досліджених на РЕМ 106И наведено на рис. 9 та рис. 10.Поверхні відрізняються між собою за мікрорельєфом.
Фрактографічний аналізповерхонь тертя було проведено за допомогою оптичного мікроскопа МИМ-10. У випадку тертя контрзразказ радіальними відхиленнями 120±1,5 мкмспостерігається утворення неявно вираженої карбідної сітки з включеннямивторинних структур. Найхарактернішимтут стало зародження тріщин 2 – результат втомного руйнування, яке наступає під дієюповторних циклічнихнавантажень.
Для оцінкипротизносних властивостей мастильних матеріалів випробувань на машині тертяПТЛК(рв) ми розробили спеціальну експрес-методику випробувань при радіальнихколиваннях валу з урахуванням властивостей вторинних структур. З цією метоюбуло визначено кількість припрацьовочних етапів для змащувальних середовищ типунизькомолекулярні вуглеводневі середовища та масла. Напрацюванняквазістабільних вторинних структур було оцінено за критеріями стабілізаціїлінійного зношування та об’ємної температури досліджуваного середовища. Длянизькомолекулярних вуглеводневих середовищ (авіагаси, палива), а також масел знизькими в'язкісними характеристиками, вибрані критерії стабілізувались на другомуі третьому етапах.
Радіальніколивання на припрацьовку поверхонь та формування метастабільних вториннихструктур впливають несуттєво. Тому розроблена експрес-методика випробуваньмастильних матеріалів різного функціонального призначення є чотирьохетапною привипробуваннях мастильних середовищ з низькими протизносними властивостями тап’ятиетапною при дослідженні високоефективних середовищ (останній етап в обохвипадках, необхідний для довготривалої оцінки напрацьованих вторинних структур,становить 3000 м шляху).
У четвертомурозділі визначено вплив амплітуди радіальних коливань назношування поверхонь. Для цього було проведено випробування різнихмастильних матеріалів за розробленою експрес-методикою при відповіднихвеличинах радіальних відхилень контрзразка.
При взаємномуконтактуванні пари ШХ15–ШХ15 в середовищі ТС-1 прослідковується залежністьзбільшення величини зношування із збільшенням величин радіальних відхилень, а всередовищі масел наявні амплітуди радіальних коливань, за яких зносостійкістьповерхонь є вищою порівняно з тертям із мінімальними амплітудами.
При терті париШХ15–БрАЖ10 в різних середовищах прослідковується залежність збільшеннявеличини зношування зі збільшенням величин радіальних відхилень.
Вплив амплітуди радіальних коливань назношування поверхонь визначено для пари тертя ШХ15–ШХ15 в мастильних середовищахрізного функціонального призначення (авіагаси, палива, масламоторно-трансмісійної групи).
При випробуванняхмастильних середовищ з різними експлуатаційними властивостями на машині тертяПТЛК(рв) було отримано закономірності впливу амплітуди радіальних коливань наінтенсивність зношування поверхонь тертя, які полягають у наступному:
- усередовищах з низькими протизносними властивостями інтенсивність зношуваннязбільшується з ростом амплітуди радіальних коливань;
- усередовищах високоефективних масел існують амплітуди радіальних коливань, заяких інтенсивність зношування є меншою порівняно з тертям при амплітудах, щонаближаються до нуля.
Дослідженнятонкої структури поверхонь тертя, що працювали з різними амплітудами радіальнихколивань, проведено рентгенографічним методом на установці ДРОН-3. Сукупне використання математичнихметодик обробки кривих фізичного розширення (методи апроксимації, Стокса,гармонічного аналізу) дозволили одержати достовірну інформацію про розміриблоків когерентного розсіювання, мікронапруги (рис.17), густину дислокацій.
За чіткоконтрольованих мінімальних величин амплітуди радіальних коливань похибкавідтворюваності результатів на лабораторних приладах тертя з лінійним контактомодностороннньої дії ПТЛК(о), ПТПЛК, ПТЛК(рв) не перевищувала 10% та майже в 3рази була меншою (20,1%) на ПТЛК(р), порівняно із випробуваннями без контролюрадіальних коливань.
Використовуючиотримані результати, було розроблено метод оцінки протизносних властивостей мастильних матеріалів за радіальних коливань трибосистеми, який базується на випробуваннях мастильних матеріалів налабораторному приладі тертя ПТЛК(рв) у широкому діапазоні швидкостей (0-1 м/с) та контактних навантажень (1-3500Н). Метод передбачає вхідний контрольматеріалів, поверхонь, середовищ з метою зменшення похибки, що припадає напочаткові умови.
Суть методу:
- випробуваннясередовищ та присадок до них за чітко контрольованих величин радіальнихвідхилень для зменшення похибки випробувань;
— підбір масел тависокоефективних присадок для трибосистем ковзання з метою підвищення їхдовговічності, моделюючи умови їх роботи шляхом задання необхіднихконтрольованих величин радіальних відхилень деталей модельної трибопари.
У п’ятомурозділі, використовуючи розроблені метод та методики дослідження процесівзношування при контрольованих амплітудах радіальних коливань трибосистеми,оцінено протизносні властивості мастильних середовищ моторно-трансмісійноїгрупи.
Для оцінкипротизносних властивостей масел були вибрані середовища з різнимив'язкісно-температурними характеристиками вітчизняного виробництва тавиробництва Республіки Корея, що використовуються як комплектуючі доавтомобілів ВАЗ, КІА та Hundai на ВАТ „ЛуАЗ”. Випробування проводились на зразках із сталіШХ15 з HRC 62..64, Rа менше 0,02 та осьовому навантаженні1100 Н при контрольованих значеннях амплітуди радіальних коливань на ПТЛК(рв).В’язкісно-температурні характеристикимасел (рис.18) визначались на приладі ГРАДІЄНТ – 1 за стандартною методикою.
Результати оцінкимасел (рис. 19) за розробленим методом за критерієм лінійного зношуванняпоказують, що в’язкісно-температурні характеристики не відбивають реальніпротизносні властивості масел (протокол спільних випробувань на ВАТ „ЛУАЗ”), якприйнято у класичній трибології.
У додаткахприведено протоколи спільних випробувань з УЦАХ-СЕПРО та ВАТ “ЛуАЗ”; актвпровадження у випробувальному центрі УкрНДНЦ хімотології та сертифікації ПММ іТР; результати оцінки напруженості випробовуваних поверхонь.
ВИСНОВКИ
У роботі виконанотеоретичні й експериментальні дослідження, пов’язані з впливом величини амплітуди радіальних коливаньповерхонь на поведінку трибосистем ковзання типу “вал-втулка”, що дозволило вирішити науково-прикладну задачу,створивши достовірний метод випробувань мастильних матеріалів за їх основнимиексплуатаційними властивостями – протизносними.
1. Проаналізованороботи відомих учених, виконані в цьому напрямку, на основі яких було виявленонедостатньо висвітлені сторони вибраної проблеми, сформульовано мету тапоставлено завдання дослідження.
2. Розглянутометоди та методики випробувань на тертя та зношування, прилади для контролю тавимірювання необхідних трибологічних параметрів модельної трибосистеми, врезультаті чого для проведення даного дослідження було вибрано необхіднеекспериментальне обладнання, базову методику випробувань, обґрунтовано вибірвипробовуваних конструкційних та мастильних матеріалів.
3. Виготовленопринципово новий прилад тертя з лінійним контактом, технологічні можливостіякого дозволяють проводити дослідження мастильних матеріалів різногофункціонального призначення при контрольованих амплітудах радіальних коливаньповерхонь, що забезпечує коректність випробувань та відтворюваністьрезультатів, передбачає можливість встановлення і контролю радіальних відхиленьдеталей у реальних діапазонах.
4. Розроблена методиказадання та контролю радіальних відхилень утворюючої циліндр валу модельноїтрибосистеми “вал-втулка”, яка дозволяєпроводитиекспериментальні дослідження мастильних матеріалів і присадок до них на лабораторномуприладі тертя ПТЛК(рв) в широкому діапазоні амплітуд радіальних коливань. Експрес-методика випробуваньмастильних матеріалів з різними експлуатаційними властивостями єчотирьохетапною при випробуваннях мастильних середовищ з низькими протизноснимивластивостями та п’ятиетапною при дослідженні високоефективних середовищ.
5. Теоретично обґрунтовано фізичнусуть тертя ковзання при радіальних коливаннях модельного валу. Виявлено можливість підвищення зносостійкості трибосистеми ковзанняпри збільшенні амплітуди радіальних коливань та видом змащувального середовища.
6. Стан трибоповерхонь, що працювали при різних величинах амплітудирадіальних коливань та інших рівних умовах на приладі тертя ПТЛК(рв), оцінений за критеріями лінійного зносу та об’ємної температури досліджуваногосередовища, рівномірністюнапрацювання вториннихструктур та напруженістю поверхонь тертя принципово відрізняється між собою:
- лінійний зносповерхонь тертя є більшим при радіальних відхиленнях ±1,5 мкм порівняно з50±1,5 мкм;
- загальнийвигляд поверхонь тертя, досліджений на РЕМ 106И, показує, що структураповерхонь та напрацьовані вторинні структури є більш рівномірними прирадіальних відхиленнях 50 ±1,5 мкм порівняно з ±1,5 мкм;
- напруженістьповерхонь тертя та густина дислокацій, досліджені на ДРОН-3, при радіальнихвідхиленнях 50±1,5 мкм порівняно з ±1,5 мкм, є дещо вищими, що пояснюєпокращення їх трибологічних властивостей;
це дозволяєпрогнозувати підбір оптимальної величини радіальних відхилень для підвищеннязносостійкості трибосистем.
7. Досліджено тенденцію зміни зносостійкості поверхонь при випробуванні мастильних матеріалів різногофункціонального призначення з контрольованими амплітудами радіальних коливань, в результаті чого:
- показано, що існує оптимальний діапазон величин радіальних відхилень, за яких доцільно випробовувати мастильні матеріали;
- виявлено межірадіальних відхилень, за яких спостерігається підвищення зносостійкостіповерхонь тертя;
- отриманозакономірності впливу амплітуди радіальних коливань на інтенсивність зношуванняповерхонь тертя.
8. Розроблено метод оцінки протизноснихвластивостей мастильних матеріалів різного функціонального призначення, якийапробовано на ВАТ „ЛуАЗ” та використовується для оцінки нафтопродуктів в Укр НДНЦ хімотології і сертифікаціїпально-мастильних матеріалів і технічних рідин (ПММ і ТР).
СПИСОКОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Селезньов Е.Л., Шимчук С.П. Про підвищеннязносостійкості поверхонь тертя деталей машин // Сільськогосподарські машини:Зб. статей, вип. 11. – Луцьк, 2003. – С.107-109.
Автором проведено літературний пошук за поставленоюпроблемою. Виявлено недостатньо висвітлені сторони та запропоновано можливі нові рішення.
2. Аксьонов О.Ф., СтельмахО.У., Макаркін С.М., Шимчук С.П. Експериментальна оцінка можливостівикористання стальних спряжень у черв’ячних парах при безадгезійному терті //Науково-технічна конференція “АВІА-2004”. – Київ: НАУ, 2004.
Автором проаналізованосучасний стан проблеми, отримано основні експериментальні дані.
3. Стельмах О.У., Шимчук С.П.Експериментальна оцінка можливості використання стальних спряжень у черв’ячнихпарах при безадгезійному терті // ВісникНАУ. – 2004. – № 3. – С.20-22.
Автором отримано основніекспериментальні дані. Проаналізовано можливість використання явищабезадгезійного тертя в черв’ячнихпарах з метою підвищення крутного моменту при сталих габаритних розмірах.
4. Шимчук С.П. Впливрадіальних відхилень розмірів валу на зносостійкість трибосистеми ковзання //Міжвузівський збірник “Наукові нотатки”: Зб. статей. – Луцьк, 2005. –С.315-320.
5. Шимчук С.П. Удосконаленнясучасної експериментально-методичної бази для дослідження трибосистем ковзанняв нестаціонарних умовах // Вісник НАУ. – 2005. – С.129-131.
Лабораторний прилад тертя, якийописано у роботі, спроектовано і виготовлено з безпосередньою участю провідного фахівця Бондаря В.С. та інженера Антонова В.С.
6. Аксьонов О.Ф., СтельмахО.У., Шимчук С.П., Коба В.П., Джамаль Ібрагім Мансур. Методологія визначенняпротиспрацьовувальних властивостей мастил за критеріями трибохарактеристикутворюваних у них вторинних структур // ВісникНАУ. – 2006. – № 2(28) – С.62-64.
Автором отримано основніекспериментальні дані. Розроблено методику експрес-випробувань мастильнихматеріалів. Вибрано та експериментально обґрунтовано критерії утворенняметастабільних вторинних структур
АНОТАЦІЯ
Шимчук С.П. Методдослідження протизносних властивостей мастильних матеріалів при радіальнихколиваннях валу. – Рукопис.
Дисертація наздобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.04 –Тертя та зношування в машинах. – Національний авіаційний університет, Київ,2008.
У роботівивчаються протизносні властивості мастильних матеріалів при радіальнихколиваннях контактуючих поверхонь трибосистеми. Для цього було спроектовано тавиготовлено лабораторний прилад тертя з лінійним контактом та можливістю зміниамплітуди коливань за рахунок задання необхідних радіальних відхиленьутворюючої циліндр валу. Технологічні можливості приладу дозволяютьвипробовувати протизносні властивості широкого спектра мастильних матеріалів.
Встановлено, що радіальніколивання контактуючих поверхонь суттєво впливають на відтворюваністьрезультатів при оцінці протизносних властивостей мастильних матеріалів.Теоретичне обґрунтування фізичної природи процесу показує можливість підвищеннязносостійкості трибоповерхонь за рахунок зменшення сили тертя та активноговідводу теплоти з зони контакту за відповідної амплітуди радіальних коливань.
Використовуючирозроблений метод оцінки протизносних властивостей мастильних матеріалів,виявлено закономірності впливу величини радіальних відхилень валу модельноїтрибосистеми на зносостійкість контактуючих поверхонь та протизноснівластивості мастильних матеріалів. Оцінено протизносні властивості вибранихмасел моторно-трансмісійної групи.
Ключові слова:тертя, зношування, мастильні матеріали, протизносні властивості, контактуючіповерхні, триботехнічні випробування, радіальні відхилення, радіальніколивання.
АННОТАЦИЯ
Шимчук С.П. Методисследования противоизносных свойств смазывающих материалов при радиальныхколебаниях вала. – Рукопись.
Диссертация насоискания ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.04 –трение и износ в машинах. – Национальный авиационный университет, Киев, 2008.
В работеизучаются противоизносные свойства смазывающих материалов при радиальныхколебаниях контактирующих поверхностей трибосистемы скольжения. Для этого былоспроэктированно и изготовленно лабораторный прибор трения с линейным контактомПТЛК(рв). Конструктивные особенности экспериметальной установки разрешаютизменять и контролирувать амплитуду радиальных колебаний путем изменения иконтроля индикатором часового типа с ценой деления 1 мкм радиальных отклоненийобразующей цилиндр контробразца (модельного вала). Технологические возможностиприбора трения предусматривают испытание широкого спектра смазывающих сред сразными триботехническими свойствами.
Розработаномногоэтапную методику испытаний противоизносных свойств смазывающих сред прирадиальных колебаниях вала с учетом свойств, образованных при трении вторичныхструктур. Методика предусматривает три кратковременных этапа по 500 м путитрения (для приработки поверхностей трения и наработки метастабильных ВС) прииспытаниях низкомолекулярных углеводородных сред и четыре этапа при испытанияхвысокоэфективных масел. Последний, более длительный етап (3000 м) предназначендля испытаний смазывающих сред с учетом приработки трибосистемы к условиямтрения.
Теоретическоеобоснование физической природы трения при радиальных колебаниях раскрываетвозможность повышения долговечности трибопар за счет уменьшения силы трения иактивного отвода теплоты с зоны контакта. Анализ поверхностей трения при разныхамплитудах радиальных колебаний показывает их принципиальное отличие помикрорельефу.
Было определено,что испытывать смазывающие среды целесообразно в определенном диапазонерадиальных колебаний. Проведенные исследования показывают, что существуютвеличины радиальных отклонений, при трении с которыми в среде высокоэфективныхмасел повышается износостойкость поверхностей трения. Установлена зависимостьинтенсивности изнашивания от амплитуды радиальных колебаний. Показано, чторадиальные колебания поверхностей трения существенно влияют навоспроизводимость результатов при оценке противоизносных свойств смазывающихсред.
Используяразработанный метод оценки противоизносных свойств смазывающих сред, определенозависимости влияния радиальных отклонений вала модельной трибосистемыскольжения на изосостойкость контактирующих поверхностей. Определенопротивоизносные свойства типових представителей масел моторно-трансмисионнойгруппы.
Практическоезначение полученных результатов подтверждается протоколами совместных испытанийс ОАО “ЛуАЗ” (г. Луцк) и центральным органом сертификации нефтепродуктов “УЦАХСЕПРО” (г. Киев). Разработанный метод используется для проведения испытанийсмазывающих сред, как квалификационный (факультативно) в УкрНИНЦ химотологии исертификации горюче-смазочных материалов и технических жидкостей (г. Киев).
Ключевые слова:трение, изнашивание, смазывающие среды, противоизносные свойства,контактирующие поверхности, триботехнические испытания, радиальные отклонения,радиальные колебания.
ABSTRACT
Shimchuk S.P. The method of researching theantiwear properties of lubricants at radial oscillations of a shaft. — Manuscript.
The dissertationon competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a speciality05.02.04 — Friction and wear in machines. — National aviation university, Kiev,2008.
The antiwear properties of lubricants at radialoscillations of contacting surfaces of tribosystem are investigated in thedissertation. For this purpose the laboratory device of friction with a linearcontact and a capability of replacement of oscillation frequency due to thetask of necessary radial deviations forming the cylinder of a shaft has beendesigned and produced. Technological capabilities of the device allow to testthe antiwear properties of a wide spectrum of lubricants.
It is set,that radial oscillations of contacting surfaces essentially influencereproducibility of results at an estimation of the antiwear properties oflubricants. The theoreical substantiation of the physical nature of process shows a capability ofincrease of wear resistance of the tribosurfaces due to decreasing of friction forceand active removal of heat from a zone of a contact at the determined amplitudeof radial oscillations.
Using thedeveloped method of an estimation of the antiwear properties of lubricants,laws of influence of value of radial deviations of a shaft of modellingtribosystems on wear resistance ofcontacting surfaces and antiwear properties of lubricants are determined. Theantiwear properties of thechosen oils of motor and transmission groups are estimated.
Keywords:friction, wea, lubricants, the antiwear properties, contacting surfaces,tribotechnical tests, radial deviations, radial oscillations.