Всесезонная смазочная композиция для трансмиссий и шарниров винтов вертолетов

 

Настоящее изобретение относится к составу всесезонной смазочной композиции для трансмиссий, а также для горизонтальных (ГШ) и вертикальных шарниров (ВШ) винтов, выполненных на игольчатых подшипниках. Состав содержит, мас. %: Фенилальфанафтиламин - 0,01 - 0,5 4-Метил-2,6-ди-трет.бутилфенол - 0,001 - 1,0 Диизооктилсебацинат - 5,0 - 40,0 Смесь моно- и диалкилпроизводных дифениламина - 0,001 - 0,1 Серуфосфоразотсодержащая присадка или смесь присадок, содержащих серу и фосфор - 2,0 - 10,0 Сукцинимидная беззольная диспергирующая присадка - 0,8 - 3,0 Полиальфаолефиновое масло - Остальное Предпочтительно состав может содержать не более 15% полиизобутилена мол. массы 600-13000 или стирол-диенового загустителя. Состав обеспечивает работоспособность трансмиссий вертолетов в течение действующих ресурсов за счет более высоких смазывающих свойств и вязкостно-температурных характеристик. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Настоящее изобретение относится к составу всесезонной смазочной композиции для трансмиссий, а также для горизонтальных (ГШ) и вертикальных шарниров (ВШ) винтов, выполненных на игольчатых подшипниках.

Последние, как известно, работают в специфических условиях качательного движения и выходят из строя в результате местного износа, приводящего впоследствии к усталостному выкрашиванию дорожек и тел качения.

К всесезонной смазочной композиции, единой для столь разных по особенностям нагружения и механизма износа областей применения, предъявляются следующие основные требования: по вязкостно-температурным характеристикам - кинематическая вязкость V₁₀₀ > 12 мм²/с, температура застывания T_з < -50^oC,
по смазывающей способности на ЧМТ - критическая нагрузка P_к > 12000 H (или отсутствует), диаметр пятна износа D_и < 0,5 мм, нагрузка сваривания P_с > 3500 H,
по антифреттинговым качествам - они должны быть достаточны для "торможения" процессов контактной фреттинг-коррозии, инициируемых в игольчатых подшипниках ГШ и ВШ противоизносными и противозадирными присадками, с помощью которых достигается требуемый уровень трибологических показателей.

Композиции, обладающие подобным комплексом служебных свойств, неизвестны.

Предлагаемая всесезонная смазочная композиция способна заменить в трансмиссиях и ГШ, ВШ применяющиеся в настоящее время "гипоидное масло" ТСгип и базирующиеся на нем низкозастывающие маслосмеси ТСгип/АМГ-10. Такая замена, помимо существенного упрощения технической эксплуатации, важна и потому, что производство ТСгип практически прекращено из-за отсутствия его базового компонента - зимнего нигрола (М.Л. Миль и др. Вертолеты. Расчет и проектирование, т.2.-М.: Машиностроение, 1967, с.401).

Из-за высокого уровня вязкости (V₁₀₀ > 18 мм²/с) и уникальных трибологических показателей (P_к > 120 кгс или отсутствует, P_с > 4000 H, D_и < 0,56 мм). ТСгип считается высококачественным смазывающим материалом для трансмиссий. Несмотря на присутствие такого химически активного элемента как сера, оно удовлетворительно работает и в игольчатых подшипниках ГШ, ВШ.

Это обусловлено тем, что, в этих колеблющихся подшипниках, во-первых, имеет место заметное кинематическое проскальзывание игольчатых роликов относительно дорожек качения и, во-вторых, им свойственны умеренные контактные напряжения.

Основной недостаток масла ТСгип - высокая температура застывания (T_з = -18^oC). Из-за этого в осенне-зимнюю навигацию вместо него применяют низкозастывающие маслосмеси ТСгип/АМГ-10: в трансмиссиях "50:50" (1/2 ТСгип + 1/2 АМГ-10), в ГШ и ВШ - СМ-9 (2/3 ТСгип + 1/3 АМГ-10). Если смазывающие свойства маслосмеси "50:50" достаточны для обеспечения необходимой долговечности трансмиссий и в последнее время ее разрешено применять в них как всесезонную, то маслосмесь СМ-9 является исключительно зимней, причем требующей определенных ограничений по допустимому времени работы на ней в течение ресурса.

По составу и достигаемому результату наиболее близка к предлагаемой смазочная композиция для осевых шарниров винтов вертолетов ВО-12, содержащая в промышленном исполнении полиальфаолефиновое масло ПАОМ-20, диизооктилсебацинат (ДОС) и в качестве противоокислительных присадок фенилальфанафтиламин и 4-метил-2,6-ди-трет.бутилфенол (Агидол-1), (Патент РФ N 2058379).

Комплекс характеристик, присущих смазочной композиции ВО-12 (V₁₀₀ > 12 мм²/с, P_к > 700 H, P_с > 1600 H) позволяет рассматривать ее не только как специальное масло для осевых шарниров винтов вертолетов, но и как вполне удовлетворительное трансмиссионное масло для передач средней нагруженности.

Сформулированным выше основным требованиям ВО-12 по смазывающим свойствам не удовлетворяет, поэтому единым всесезонным заменителем ТСгип и маслосмесей "50:50" и СМ-9 оно служить не может.

Ожидаемый технический результат от изобретения состоит в разработке смазочной композиции с повышенными до требуемого уровня трибологическими показателями при сохранении достаточного антифреттингового действия при работе в ГШ и ВШ винтов вертолетов.

Указанный технический результат достигается тем, что смазочная композиция, содержащая фенилальфанафтиламин, 4-метил-2,6-ди-трет. бутилфенол (агидол-1), диизооктилсебацинат (ДОС), полиальфаолефиновое масло (ПАОМ-20), дополнительно содержит смесь моно- и диалкилпроизводных дифениламина (ДАТ), серуфосфоразотсодержащую присадку или смесь присадок, содержащих серу и фосфор, и сукцинимидную бензольную диспергирующую присадку, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фенилальфанафтиламин - 0,01 - 0,5
4-Метил-2,6-ди-трет.бутилфенол - 0,001 - 1,0
Диизооктилсебацинат - 5 - 40,0
Смесь моно- и диалкилпроизводных дифениламина - 0,001 - 0,01
Серуфосфоразотсодержащая присадка или смесь присадок, содержащих серу и фосфор - 2,0 - 10,0
Сукцинимидная бензольная диспергирующая присадка - 0,8 - 3,0
Полиальфаолефиновое масло - Остальное
Сочетание комплекса антиоксидантов фенольного и аминного типа приводит к обрыву цепной реакции окисления, что способствует торможению фреттинг-процесса, играющего заметную роль в механизме износа колеблющихся подшипников.

В качестве серуфосфоразотсодержащей противоизностной присадки рекомендуется использовать присадки: ВИР (ТУ 38.101799-83), ИХП-14A, LZ-608, Англамол-99 или смесь присадок, содержащих серу и фосфор: элементарную серу, ОТП (ОСТ 38.101799-83) и ДФ-11 (ОСТ 38.01398-86).

Щелочная диспергирующая присадка сукцинимидного типа С-5А (ТУ 38 101146-77) или OLOA 4373P фирмы Chevron нейтрализует общее кислотное число композиции, что также благоприятно оказывается при работе в указанных специфических условиях.

С целью повышения вязкости и снижения текучести при плюсовых температурах в состав композиции может вводиться полиизобутилен или стирол-диеновой загуститель не более 15%.

При приготовлении заявленной смазочной композиции были использованы:
фенилальфанафтиламин по ТУ 6-14-202-74;
4-метил-2,6-ди-трет.бутилфенол (Агидол-1) по ТУ 38.5901237-90).

диизооктилсебацинат термостабильный (ДОС) по ТУ 6-06-11-88,
смесь моно- и диалкилпроизводных дифениламина (ДАТ) по ТУ 38.101.1215-89,
в качестве серуфосфоразотсодержащей противоизносной присадки - Англамол-99,
сукцинимидная бензольная диспергирующая присадка OLOA 4373P (фирмы Chevrov),
полиизобутилен низкомолекулярный с молекулярной массой 3000-13000 по ТУ 38.303-02-83-96,
полиальфаолефиновое (углеводородное) масло ПАОМ-20 по ТУ 38.401-58-42-92.

Смазочную композицию готовили путем растворения компонентов в базовом составе (ПАОМ + ДОС) при прогреве до 80^oC и перемешивании с последующим охлаждением и фильтрацией.

Были приготовлены следующие составы опытных образов (см. таблицу 1)
У этих составов оценивали вязкостно-температурные характеристики и трибологические свойства на ЧМТ (ГОСТ 9490-75).

Результаты испытаний в сравнении с маслами ВО-12, ТСгип и маслосмесями ТСгип/АМГ-10, а также маслом Б-3В, применяющимся в трансмиссии вертолета Ми-26 (см. таблицу 2).

Как видно из вышеприведенных данных, заявляемых композиция обладает вполне удовлетворительными вязкостно-температурными характеристиками и в то же время имеет трибологические показатели на уровне ТСгип, т.е. существенно лучше как по сравнению с ВО-12, так и маслосмесями ТСгип/АМГ-10.

Для подтверждения работоспособности выбранных составов были проведены испытания по квалификационному методу на установке ИМС-2 МВЗ им М.Л.Миля.

Сущность указанного метода заключается в проведении испытаний смазочных материалов в игольчатых подшипниках в условиях качательного движения с малыми амплитудами при заданных значениях радиальной нагрузки, частоты и амплитуды колебаний.

Как свидетельствует опыт, накопленный в ходе многочисленных стендовых испытаний и многолетней эксплуатации вертолетов, оценки, полученные на установке ИМС-2, вполне удовлетворительно коррелируются с результатами стендовых испытаний натурных ГШ и ВШ.

Режим испытаний:
частота колебаний - 1215 мин^-1 (20 Гц),
амплитуда колебаний - +4^o,
удельная нагрузка в подшипниках - q = P/(l·d),
где
P - радиальная нагрузка на подшипник,
d - диаметр дорожки качения внутреннего кольца,
l - рабочая длина игольчатых роликов, 75 МПа.

Работоспособность смазочного материала оценивают по глубине износа и состоянию поверхности отпечатков контакта на дорожках качения. Результаты считаются удовлетворительными, если после испытаний на указанном режиме глубина "бринеллирования" не превышает 10 мкм и отсутствуют выкрашивания дорожек качения и игольчатых роликов.

Поскольку условия работы смазочного материала на этом режиме более жесткие, чем при испытаниях по квалификационному методу, принятому для авиационных редукторных масел на установке Ш-3, положительные результаты испытаний на установке ИМС-2 являются достаточным лабораторным подтверждением его работоспособности и в трансмиссиях вертолетов.

Об этом свидетельствует, в частности, то, что маслосмесь "50:50", обеспечивающая удовлетворительную работоспособность трансмиссий вертолетов в течение действующих ресурсов в полном диапазоне эксплуатационных температур +50^oC, испытания на установке ИМС-2 на указанном режиме не выдерживает.

Испытывавшиеся составы прошли испытания на установке ИМС-2 удовлетворительно.

Проверка показала, что загущенный состав 1 обладает достаточной термической и механической стабильностью.

Таким образом, оба состава могут быть рекомендованы в качестве всесезонного масла для трансмиссий и ГШ, ВШ втулок винтов вертолетов.

Источники информации, упомянутые в тексте описания:
1. М.Л.Миль, А.В.Некрасов и др. Вертолеты. Расчет и проектирование, т.2, М., Машиностроение, 1967, с.401.

2. Патент N 2058379 от 20 апреля 1996 г.

Формула изобретения

1. Всесезонная смазочная композиция для трансмиссий и горизонтальных, вертикальных шарниров винтов вертолетов, содержащая полиальфаолефиновое масло, фенилальфанафтиламин, 4-метил-2,6-ди-трет. бутилфенол и диизооктилсебацинат, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит смесь моно- и диалкилпроизводных дифениламина, серуфосфоразотсодержащую присадку или смесь присадок, содержащих серу и фосфор, сукцинимидную беззольную диспергирующую присадку при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фенилальфанафтиламин - 0,01 - 0,5
4-Метил-2,6-ди-трет.бутилфенол - 0,001 - 1,0
Диизооктилсебацинат - 5,0 - 40,0
Смесь моно- и диалкилпроизводных дифениламина - 0,001 - 0,01
Серуфосфоразотсодержащая присадка или смесь присадок, содержащих серу и фосфор - 2,0 - 10,0
Сукцинимидная беззольная диспергирующая присадка - 0,8 - 3,0
Полиалфаолефиновое масло - Остальное
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит полиизобутилен мол. массы 600 - 13000 или стирол-диеновый загуститель в концентрации не более 15%.

РИСУНКИ

Рисунок 1