Исследование влияния антифрикционной добавки на долговечность подшипников качения
Автор: Сумманен Александр Викторович, Криштанов Егор Александрович
Журнал: Технико-технологические проблемы сервиса @ttps
Рубрика: Диагностика и ремонт
Статья в выпуске: 1 (43), 2018 года.
Бесплатный доступ
В данной статье исследовано влияние антифрикционной добавки ТСКВ-100 на долговечность подшипников качения. При работе в присутствии абразива и установлено оптимальное значение концентрации. Результаты стендовых испытаний подтвердили предположения об эффективности геомодификатора ТСКВ-100 и показали, что при добавлении его к пластичной смазке подшипников качения в процессе ремонта техники, наработка подшипников до достижения предельного износа может увеличиться до 50% по сравнению с наработкой подшипников в присутствии абразива без ТСКВ-100.
Долговечность, антифрикционные материалы, подшипники качения
Короткий адрес: https://sciup.org/148186466
IDR: 148186466
Текст научной статьи Исследование влияния антифрикционной добавки на долговечность подшипников качения
Надёжность машин в значительной степени зависит от свойств и качества применяемых смазочных материалов. Обычные пластичные смазочные материалы, используемые в технике (Солидол, Литол-24, ЦИАТИМ-201), не обладают достаточным уровнем свойств, необходимых для обеспечения надёжной работы машин в течение всего периода эксплуатации. Особенно чувствительны к качеству смазки подшипники качения. Выходом в данной ситуации является применение специальных добавок в смазочные материалы.
Добавки – вещества, способные изменить физические свойства трущихся поверхностей. В настоящее время на рынке автохимии и смазочных материалов представлен широкий выбор добавок, но вместе с тем нет информации о целесообразности применения той или иной добавки.
Определено, что применение добавок позволяет образовывать в сопряжении пленку до 100 мкм. Полученная пленка обладает низким трением и заменяет трение и изнашивание самой детали на трение, и изнашивание покрытия.
В настоящее время это направление получило широкое распространение и является весьма перспективным. Доказана эффективность применения добавок в узлах и агрегатах автотракторной техники, но до сих пор мало изучено влияние добавок на детали узлов машин, работающих в абразивной среде [1].
Описание исследования
Выбор добавки для подшипника. В состав большинства добавок входят поверхностно-активные вещества (ПАВ), т.е. вещества, молекулы которых ориентируются при адсорбции перпендикулярно к поверхности твердого тела. Характерной особенностью ПАВ является несовпадение центров тяжести положительных и отрицательных зарядов в их молекулах даже в изолированном состоянии (существуют как бы два противоположных пространственно разделенных заряда). Такие молекулы, называемые полярными, притягиваются и удерживаются поверхностью тела.
Изнашивание поверхностей трения деталей машин и механизмов при применении всех типов смазочных материалов неизбежно, поскольку даже самые эффективные из них не предотвращают полностью износ при приработке, пуске - остановке и т.п. Это относится и к деталям машин из самосмазывающихся материалов. Существенное предотвращение изнашивания возможно при применении твердосмазочных покрытий (ТСП). ТСП обеспечивали бы заданную долговечность деталей в течение всего ресурса, либо за счет восстановления покрытия после работы в течение части ресурса. При этом трение и изнашивание самой детали заменяется трением и изнашиванием покрытия, а долговечность деталей будет зависеть от усталостной прочности материала детали. В этом аспекте твердое смазочное покрытие (ТСП) является по существу конструкционным материалом самой детали.
Особо отмечается разный механизм действия твердых и обычных химически действующих добавок: последние требуют соответствующих температур для начала и развития химических реакций с металлами поверхностей трения. Твердые добавки не требуют высоких температур для проявления смазочного действия. Под действием давления они отлагаются в виде тонких пленок на поверхностях металлов в микрозонах фрикционного взаимодействия.
На практике твердые добавки к маслам успешно применяются только при очень малых размерах их частиц, что позволяет стабилизировать суспензию их в масле и предотвращает их оседание. Опыт применения твердых добавок в маслах показал, что не во всех узлах трения достигается эффективное действие этих добавок. В то же время отмечается, что сочетание твердых и обычных противозадирных добавок сопровождается синергетическим эффектом в снижении трения и изнашивания.
Существует огромное количество добавок к маслам, выделены наиболее эффективные на основе ранее проведенных исследований, вид и концентрация которых представлены в табл.1.
Таблица 1 – Добавки в масла
№ |
Название |
Фирма изготовитель |
Концентрация добавки в масле, % |
Вид добавки |
1 |
H.P.L.S. |
Winn’s |
5,0 – 7,0 |
эксплуатационная |
2 |
STP |
Danbury, США |
10,0 |
эксплуатационная |
3 |
RFG (REDEX) |
Holt-Lloid, Англия |
2,0 |
эксплуатационная |
4 |
Lubrifilm B2 |
ACTEX, Швейцария |
15,0 |
ремонтно-восстановительная |
5 |
MOS2 Leichtlauf |
Ligui-Moly, Германия |
3,0 |
эксплуатационная |
6 |
Micro X2 |
США |
5,0 |
эксплуатационная |
7 |
РиМЕТ |
Екатеринбург |
2,0 |
|
8 |
Асп.Моди фикатор |
“Амтек”, Россия |
10,0 |
эксплуатационная |
9 |
ФАФЗ, Минерал |
“Инициатива”, СПб |
0,1 |
ремонтно-восстановительная |
1 0 |
Roil |
Eways Inc., германия |
14,0 |
эксплуатационная |
1 1 |
СУРМ-Твр |
“Пиотр”, СПб |
3,0 |
ремонтно-восстановительная |
1 2 |
ER |
Entech Co., США |
5,0 |
ремонтно-восстановительная |
1 3 |
ТСК |
Россия |
0,5-1,5 |
ремонтно-восстановительная |
На основе исследований определены добавки, действующие в сопряжении сталь-сталь: СУРМ, РИМЕТ, ТСК, Аспект-модификатор, ER, Micro X2, Roil.
Высокая твердость нужна для обеспечения низкой интенсивности изнашивания сопряжений. Добавки не обеспечивают высокой твердости 28 – 65 HRC, но применение добавок: СУРМ, РИМЕТ, ТСК, Аспект-модификатор, ER, Micro X2, Roil позволяет снизить интенсивность изнашивания, что показывают исследования.
На основе ранее проведенных исследований определено, что добавки обеспечивают нужную шероховатость Ra 0,7 – 0,3 мкм (смотри рисунок 1): СУРМ – 0,7 мкм, ТСК - 0,5 мкм, СУРМ СВА - 0,3 мкм, СУРМ СВА-М - 0,3 мкм. Таким образом, добавки СУРМ и ТСК могут использоваться для подшипника.

1) R а =1,802мкм; R z =10,7мкм; R max =13,2мкм; Р=400Н

2) R а =0,727мкм; R z =4,48мкм; R max =7,40мкм;

3) R а =0,468мкм; R z =4,99мкм; R max =8,41мкм;
Р=600Н

4) R а =0,291мкм; R z =4,26мкм; R max =6,98мкм;

5) R а =0,292мкм; R z =3,03мкм; R max =8,88мкм;
Р=600Н
Рисунок 1 – П рофилограммы рабочих поверхностей трения алюминиевого образца при работе на масле М 10 Г2 с добавками : 1 – чистое масло М 10 Г2; 2 – масло М 10 Г2 с добавкой СУРМ «восстановитель давления масла»; 3 - масло М 10 Г2 с добавкой ТСК; 4 – масло М 10 Г2 с добавкой СУРМ СВА;
5 – масло М 10 Г2 с добавкой СУРМ СВА-М
Для исследования влияния антифрикционных добавок на долговечность подшипников качения при работе на смазочном материале в присутствии абразива были проведены стендовые испытания. Объектом испытаний был выбран радиальный однорядный шарикоподшипник №180502. Этот тип подшипников относится к наиболее распространенным в современной технике.
С целью оценки влияния концентрации абразива и добавки ТСКВ-100 на величину радиального зазора был проведен двухфакторный эксперимент. Исходя из рекомендаций при планировании эксперимента был выбран рото-табельный ортогональный центральнокомпозиционный план второго порядка как план, позволяющий с достаточной точностью определить погрешность математической модели и судить о ее адекватности.
На основе анализа конструкций испытательных машин, применяемых на ГПЗ и ВНИИП был модернизирован стенд для испытания радиальных подшипников качения. Одновременно испытывалось 4 подшипника. В качестве базовой смазки использовалась пластичная смазка Литол-24. В качестве абразива применялась пыль по ГОСТу 8002-62 с удельной поверхностью s = 5600 ± 150 см2/г. Испытания проводили по следующей схеме: двадцать четыре подшипника испытывались партиями по четыре штуки до отказа подшипников по причине достижения ими допустимого радиального зазора.
Режимы испытаний определяли в соответствии с рекомендациями соответствующей методики форсированных испытаний подшипников качения.
Для оценки влияния геомодификатора ТСКВ-100 на скорость изнашивания подшипников качения, работающих в условиях абразивного изнашивания, была определена функциональная зависимость скорости изнашивания от концентрации абразива и ТСКВ-100:
Z = 0,0002 + 0,023 ⋅ x + 0,0005 ⋅ y- 0,006 ⋅ x2-0,0006 ⋅ x ⋅ y- 0,0002 ⋅ y2
Поверхность, построенная по данному уравнению, показана на рисунке 2.
Анализ полученной поверхности отклика позволяет сделать вывод, что при увеличении концентрации абразива до 2% скорость изнашивания стабилизируется, а при одновременном увеличении концентрации ТСКВ-100 происходит даже снижение скорости изнашивания.
С целью определения износа труднодоступных деталей подшипника, были проведены исследования износа шариков подшипников по массе. Для чего испытанные подшипники были разобраны и определены массы шариков в каждом подшипнике. В дальнейшем получены е данные были сопоставлены с массой новых шариков и определен их износ по массе. Результаты проведенных исследований представлены на рис.3.

Рисунок 2 – Зависимость скорости изнашивания от концентрации абразива и ТСКВ-100

Рисунок 3 – Распределение массы шариков при различных режимах работы подшипников мость износа шариков от концентраций абразива и добавки ТСКВ-100 (рис. 4).

Рисунок 4 – Зависимость износа шариков подшипника при различных режимах испытаний
Выводы и рекомендации
В результате проведенного исследования было установлено, что оптимальной концентрацией добавки ТСКВ-100 в пластичную смазку является концентрация 1,8 – 2,2 %.
Результаты стендовых испытаний подтвердили сделанные ранее предположения об эффективности геомодификатора ТСКВ-100 и показали, что при добавлении его к пластичной смазке подшипников качения в процессе ремонта техники, наработка подшипников до достижения предельного износа может увеличиться до 50% по сравнению с наработкой подшипников в присутствии абразива без ТСКВ-100.
Анализ полученных распределений показывает, что при добавлениигеомодификатора ТСКВ-100 в пластичную смазку в присутствии абразива масса шариков больше, чем при использовании смазки без ТСКВ-100. Одновременно с применением геомодификатора ТСКВ-100 происходит уменьшение рассеивания масс шариков, а следовательно, и упорядочивание износа, даже по сравнению с массами новых шариков.
С целью определения оптимального значения концентрации добавки ТСКВ-100 в пластичную смазку была определена зависи-
Список литературы Исследование влияния антифрикционной добавки на долговечность подшипников качения
- Криштанов Е.А., Сумманен А.В. Теоретическое обоснование повышения долговечности подшипников сельскохозяйственных машин//Научное обеспечение развития АПК в условиях импортозамещения./Сб. науч. трудов международной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава «Научное обеспечение развития сельского хозяйства и снижение технологических рисков в продовольственной сфере» СПб.:СПбГАУ, 2017. -С. 472 -476