Способ определения смазывающей способности масел

 

Изобретение относится к технике оценки качества жидких смазочных материалов, в частности к определению их смазывающей способности. Способ определения смазывающей способности масел заключается в том, что эксплуатируют пару трения в присутствии смазки, пропускают через нее электрический ток, снимают статическое напряжение на поверхностях трения пары изменением полярности электрического тока, измеряют постоянный ток при неподвижной паре трения при установившемся режиме трения в присутствии смазки в контакте, при этом измеряют величину тока за период от начала испытания до стабилизации его значения при установившемся режиме трения в зависимости от времени трения, нагрузки, скорости скольжения, механических свойств материалов пары трения и температуры масла, строят их графические зависимости и оценивают смазочную способность масла по параметрам: приспосабливаемости, скорости приспосабливаемости масла к данным условиям трения и коэффициенту совместимости масла, при этом приспосабливаемость масла определяют по периоду времени от начала уменьшения тока до его стабилизации, скорость приспосабливаемости - по углу наклона графических зависимостей к оси ординат, а коэффициент совместимости масла К_С определяют по формуле где I_З - заданная величина тока, пропускаемого через пару трения при неподвижности; I_С - величина постоянного тока при его стабилизации в процессе трения. Достигается повышение достоверности оценки смазывающей способности масел. 7 ил.

Изобретение относится к технике оценки качества жидких смазочных материалов и, в частности к определению их смазывающей способности.

Известен способ определения смазывающей способности масел, заключающийся в том, что эксплуатируют пару трения в присутствии смазки, пропускают через нее электрический ток, а смазывающую способность оценивают с учетом одного из параметров электрического тока (АС СССР 796732, кл. G 01 N 3/56, 1979).

Недостатком известного технического решения является малая достоверность результатов определения смазывающей способности масел, что обусловлено влиянием на электрический ток таких факторов, как свойства материалов пары трения, режимы трения (нагрузка, скорость скольжения, температура масла), определяющие скорость механохимических процессов на фрикционном контакте и образование на нем защитных структур (пленки).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения смазывающей способности масел, заключающийся, в том, что эксплуатируют пару трения в присутствии смазки, пропускают через нее электрический ток, снимают статическое напряжение на поверхностях пары трения изменением полярности электрического тока, измеряют постоянный ток при неподвижной паре трения и при установившемся режиме трения в присутствии смазки в контакте, а в качестве параметра используют их отношение (АС СССР 1054732, кл. G 01 N 3/56, 1983 г.).

Известный метод объективно не предоставляет полную информацию о смазывающей способности масел, так как определяется для одной выбранной пары материалов и режимов трения, а изменение их может привести либо к уменьшению, либо к увеличению отношения токов. Поэтому показатель смазывающей способности испытуемого масла нельзя переносить на другие материалы пары трения и режимы трения, т. к. он зависит от них. Наличие информации о влиянии материалов пары трения и режимов трения на смазывающую способность масел повышает достоверность их оценки.

Задачей изобретения является повышение достоверности оценки смазывающей способности масел путем учета влияния режимов трения и свойств материалов пары трения.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения смазывающей способности масел, включающем эксплуатацию пары трения в присутствии смазки, пропускание через нее электрического тока, снятие статического напряжения на поверхностях трения пары изменением полярности электрического тока, измерение постоянного тока при неподвижной паре трения и при установившемся режиме трения в присутствии смазки в контакте, согласно изобретению измеряют величину тока за период от начала испытания до стабилизации его значения при установившемся режиме трения в зависимости от времени трения, нагрузки, скорости скольжения, механических свойств материалов пары трения, температуры масла, строят их графические зависимости и оценивают смазочную способность масла по параметрам приспосабливаемости, скорости приспосабливаемости масла к данным условиям трения и коэффициенту совместимости масла, при этом приспосабливаемость масла определяют по периоду времени от начала уменьшения тока до его стабилизации, скорости приспосабливаемости - по углу наклона графических зависимостей к оси ординат, а коэффициент совместимости К_С масла определяют по формуле где I_З - заданная величина тока, пропускаемого через пару трения при неподвижности; I_С - величина постоянного тока при его стабилизации в процессе трения.

Сравнительный анализ прототипа и заявляемого способа показал, что последний обладает следующими отличительными признаками.

Измерение тока от начала испытания до стабилизации его значения при установившемся режиме трения позволяет определить интенсивность протекания механохимических процессов на фрикционном контакте в зависимости от режимов трения и свойств материалов пары трения, что повышает достоверность оценки смазывающей способности масла, т.е. его склонность к образованию защитных пленок.

Построение графических зависимостей изменения тока от времени позволяет наглядно представить характер проявления механохимических процессов на фрикционном контакте в зависимости от свойств масла, режимов трения и свойств материалов пары трения. По данным графическим зависимостям определяется период времени от начала уменьшения тока до его стабилизации, который используют в качестве параметра, характеризующего приспосабливаемость масла в зависимости от параметров трения и свойств материалов пары трения, что направлено на повышение достоверности оценки смазывающей способности масла.

Угол наклона графических зависимостей к оси ординат за период времени от начала уменьшения тока до его стабилизации используют в качестве параметра, характеризующего скорость приспосабливаемости масла в зависимости от режимов трения и свойств материалов пары трения. Этот параметр также повышает достоверность оценки смазывающей способности масла.

Величина тока стабилизации на графических зависимостях использована в качестве параметра оценки совместимости масла в зависимости от режимов трения и свойств материалов пары трения. Данный параметр характеризует интенсивность протекания механохимических процессов при установившемся трении и определяет динамическое равновесие между скоростями образования и разрушения защитных слоев на поверхностях трения, что также повышает достоверность оценки смазывающей способности масла.

Определение коэффициента совместимости масла как отношение разности между величинами токов заданного при неподвижной паре трения и при стабилизации к величине тока стабилизации позволяет сравнить в процентах смазывающие свойства различных масел по совместимости в зависимости от материалов пары трения и режимов трения, что направлено на повышение достоверности оценки смазывающей способности масел.

На фиг. 1 представлена схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 приведены графические зависимости величины тока, протекающего через пару трения от нагрузки; на фиг.3 - зависимости величины тока от скорости скольжения; на фиг. 4 - зависимости величины тока от температуры масла; на фиг. 5 - зависимости величины тока от изменения температуры отпуска закаленной стали 45; на фиг.6 - зависимости величины тока от оптической плотности работающего в двигателе внутреннего сгорания масла; на фиг.7 приведена запись тока, протекающего через пару трения (на самописце).

Устройство содержит пару трения 1, источник 2 стабилизированного постоянного тока, резистор 3 для регулировки величины тока, стрелочный индикатор 4 для регистрации величины тока, регистратор 5, с которого напряжение снимается на самописец (не показан), узел 6 для изменения полярности электрического тока.

Способ определения смазывающей способности масел осуществляется следующим образом.

В неподвижном состоянии приводят в соприкосновение пару трения и с помощью резистора 3 (фиг.1) задают величину тока, равную 100 мкА (можно 50... 200 мкА). Эксплуатируют пару трения в присутствии смазки при различных режимах трения (нагрузка, скорость скольжения, температуры масла), снимают статическое напряжение на поверхностях трения изменением полярности электрического тока, измеряют величину тока в течении 90 минут (или записывают самописцем). По записанным графическим зависимостям определяют период времени от начала уменьшения тока до его стабилизации.

Данный период времени характеризует приспосабливаемость масла в зависимости от режимов трения и свойств материалов трения и определяет интенсивность механохимических процессов, обуславливающих образование защитных слоев.

Определяют угол наклона графических зависимостей к оси ординат за период от начала уменьшения тока до значений его стабилизации. По углу наклона графических зависимостей определяют скорость приспосабливаемости масла в зависимости от режимов трения и свойств материалов пары трения.

Определяют величину тока стабилизации в зависимости от режимов трения, по которому определяют коэффициент совместимости К_С масла по формуле где I_З - заданная величина тока (100 мкА); I_C - величина постоянного тока при его стабилизации в процессе трения.

Определяют смазывающую способность масла по параметрам приспосабливаемости и коэффициенту совместимости, по которым устанавливают наиболее эффективную область применения испытуемого масла в зависимости от нагрузки, скорости скольжения, температуры масла и свойств материалов пары трения.

Пример 1. Рассмотрим изменения смазывающей способности масла М-10Г₂к от параметров трения и постоянной паре материалов из стали ШХ-15. С помощью источника 2 и резистора 3 (фиг.1) задают величину постоянного тока I_З в пределах 50...200 мкА, который измеряют индикатором 4 (или записывают самописцем). Эксплуатируют пару трения в присутствии смазки и измеряют постоянный ток в зависимости от нагрузки Р (фиг.2). Как видно, период времени от начала уменьшения тока до его стабилизации наименьший для нагрузки 30 Н, а наибольший для нагрузки 40 Н, это обусловлено образованием защитных пленок на поверхностях трения. Угол наклона этой зависимости минимальный для нагрузки 30 Н, что характеризует наибольшую скорость приспосабливаемости масла в зависимости от режимов трения и свойств материалов трения.

Коэффициент совместимости испытуемого масла, судя по току стабилизации I_С, равен 100%.

Таким образом, смазывающая способность масла М-10Г₂к максимальна при нагрузке 30 Н.

Изменение смазывающей способности масла М-10Г₂к от скорости скольжения показано на фиг.3. По приведенным графическим зависимостям видно, что период приспосабливаемости минимальный для скоростей скольжения 0,34 и 0,68 м/с, а скорость приспосабливаемости наибольшая для скорости 0,34 м/с, коэффициент совместимости максимальный (100%) наблюдается для скоростей скольжения 0,17; 0,34 и 0,68 м/с.

Для скоростей скольжения 0,08; 0,11 и 1,02 м/с период приспосабливаемости значительно больше, а коэффициент совместимости колеблется от 85 до 70%. Поэтому смазывающая способность масла М-10Г₂к наибольшая при скоростях скольжения 0,34 и 0,68 м/с, а наиболее эффективная область применения масла находится в пределах от 0,17 до 0,68 м/с.

Влияние температуры масла на его смазывающую способность показана на фиг. 4. Как видно, период приспосабливаемости и скорость приспосабливаемости соответственно минимальная и максимальная наблюдается для температуры 375 К (100^oС). Причем с уменьшением температуры масла период приспосабливаемости увеличивается, а скорость приспосабливаемости уменьшается. Это объясняется тем, что с понижением температуры скорость образования защитных пленок уменьшается при прочих равных условиях (нагрузка, скорость скольжения). Коэффициент совместимости максимальный 100% для температур 353...373 К (80... 100^oС) и уменьшается с уменьшением температуры масла. Таким образом, смазывающая способность масла М-10Г₂к максимальна при температуре 373 К (100^oС), а наиболее эффективная область применения масла находится в пределах от 80 до 100^oС.

Рассматривая влияние режимов трения (нагрузка, скорость скольжения, температура масла) на смазывающую способность исследуемого масла М-10Г₂к (фиг. 2-4), можно сделать вывод, что наибольшая эффективность использования масла для пары материалов трения из стали ШХ-15 соответствует следующим пределам режимов: нагрузка - 10 до 40 Н; скорость скольжения от 0,17 до 0,68 м/с, температура масла - от 80 до 100^oС, при этом период приспосабливаемости минимальный, а скорость приспосабливаемости и коэффициент совместимости максимальные.

Пример 2. Рассмотрим влияние материалов пары трения на период приспосабливаемости, скорость приспосабливаемости и коэффициент совместимости для масла М-10Г₂к. С этой целью один материал пары трения принят постоянным - сталь ШХ-15, а второй - сталь 45 - с различной температурой отпуска после закалки (фиг. 5). Механические свойства стали 45 изменяются с изменением температуры отпуска. Как видно из графических зависимостей, период приспосабливаемости наименьший, а скорость приспосабливаемости максимальна для стали 45, отпуск 423 К (150^oС). С увеличением температуры отпуска (снижение механических свойств) период приспосабливаемости увеличивается, а скорость приспосабливаемости уменьшается. Коэффициент совместимости уменьшается с ростом температуры отпуска стали 45. Для отожженной стали 45 (1123 К) он равен 0%.

Таким образом, максимальная смазывающая способность масла М-10Г₂к наблюдается для пары трения сталь 45, отпуск 423 К - сталь ШХ-15. В качестве пары трения можно использовать и сталь 45, отпуск 573 К (300^oС).

Пример 3. Рассмотрим влияние свойств масла М-10Г₂к на его смазывающую способность в зависимости от времени использования его в двигателях внутреннего сгорания (фиг.6). Для этого пробы масла отбирались из двигателя через равные промежутки времени и подвергались фотометрированию для определения оптической плотности D, которая зависит от концентрации эксплуатационных примесей. При испытании таких проб масел режимы трения приняты постоянными, а материалами пары трения являлась сталь ШХ-15.

Как видно из графических зависимостей смазывающая, способность масла М-10Г₂к сильно зависит от изменения его свойств в процессе использования в двигателях.

Минимальный период приспосабливаемости и максимальная скорость приспосабливаемости наблюдаются для масел с оптической плотностью D=0,89...1,0, а коэффициент совместимости для них равен 90%.

Таким образом, период приспосабливаемости, скорость приспосабливаемости и коэффициент совместимости для выбранной пары материалов и режимов трения зависит от свойств смазочного материала.

Графическая зависимость, записанная самописцем, показана на фиг.7, по которой можно определить период приспосабливаемости, скорость приспосабливаемости и коэффициент совместимости.

Преимущества предложенного способа заключаются в том, что он позволяет получить дополнительную информацию для повышения достоверности оценки смазывающей способности масел по таким показателям, как приспосабливаемость, скорость приспосабливаемости и коэффициент совместимости в зависимости от материалов пары трения, режимов трения, свойств масла и по значениям этих показателей определить оптимальный режим трения.

Информация о предлагаемых параметрах позволяет объективно осуществить подбор материалов пары трения для данных режимов трения и свойств масла или подобрать масло для выбранных материалов пары трения и режимов трения.

Положительный эффект обусловлен повышением достоверности оценки смазывающей способности масел в зависимости от свойств материалов пары трения, режимов трения и свойств масла.

Формула изобретения

Способ определения смазывающей способности масел, заключающийся в том, что эксплуатируют пару трения в присутствии смазки, пропускают через нее электрический ток, снимают статическое напряжение на поверхностях пары трения изменением полярности электрического тока, измеряют постоянный ток при неподвижной паре трения и при установившемся режиме трения в присутствии смазки в контакте, отличающийся тем, что измеряют величину тока за период от начала испытания до стабилизации его значения при установившемся режиме трения в зависимости от времени трения, нагрузки, скорости скольжения, механических свойств материалов пары трения и температуры масла, строят их графические зависимости и оценивают смазочную способность масла по параметрам: приспосабливаемости, скорости приспосабливаемости масла к данным условиям трения и коэффициенту совместимости масла, при этом приспосабливаемость масла определяют по периоду времени от начала уменьшения тока до его стабилизации, скорость приспосабливаемости - по углу наклона графических зависимостей к оси ординат, а коэффициент совместимости масла К_С определяют по формуле

где I_З - заданная величина тока, пропускаемого через пару трения при неподвижности;
I_С - величина постоянного тока при его стабилизации в процессе трения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7