Elméleti tribológia és méréstechnika Összefüggések felület- és kenőanyag-minőség, súrlódás és kopás között



Hasonló dokumentumok
Gördülőcsapágyak kenése nagy fordulatszámok esetén

VONÓELEMES HAJTÁSOK (Vázlat)

Korszerű ipari kenőanyagokkal az élhető környezetért

Motorkerékpárok különleges kenőanyagai




Tartalomjegyzék. Használati útmutató. Szerelés Működés Karbantartás Átvizsgálás. ZIMM emelő hajtóművek Z-5 - Z-1000 GSZ-2 - GSZ

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Közlekedésmérnöki Kar. Járműelemek és Hajtások Tanszék. Siklócsapágyak.








Ö











Erőművi turbinagépész Erőművi turbinagépész





A fékezési energiát hasznosító hibrid hajtás dízelmotoros vasúti kocsikban

Műszaki alkatrészek fém helyett PEEK-ből


Kompenzátoros szintezőműszer horizontsík ferdeségi vizsgálata









Á Á ü Ö Á Á Á ü ö ü ü ö ö ö ö ü Á ü ü


Vidékfejlesztési sajátosságok, adaptálható megoldások a svájci vidékfejlesztési gyakorlat alapján
























Hidraulika. 5. előadás







MŰANYAGOK FELDOLGOZÁSA





a hulladékgazdálkodásra Ausztriában


















Átírás:

ÜZEMFENNTARTÁSI TEVÉKENYSÉGEK 3.03 Elméleti tribológia és méréstechnika Összefüggések felület- és kenőanyag-minőség, súrlódás és kopás között Tárgyszavak: tribológia; kenés; kenőanyag; mérés; kenőolaj. Motorolaj-fejlesztés és használati követelmények Az elmúlt évtizedek műszaki újdonságai egyre nagyobb követelményeket támasztanak a motorolajok iránt. Ennek oka a korszerű motorok növekedő teljesítménysűrűsége (egységnyi tömegre jutó teljesítmény), amely méretcsökkenésre, a befecskendezés fokozódó nyomására, csökkenő olajfogyasztásra, magasabb olajhőmérsékletre és a mind hosszabb időközönkénti olajcserére vezethetők vissza. Újabban szintén döntő szerepet játszik a motorolaj hatása az üzemanyag-fogyasztásra, az emelkedő kőolaj- és üzemanyagárak, valamint az energiamegtakarítás mindinkább általánossá váló irányzata következtében. Ezért szerepel a kenőanyag-, köztük a motorolajgyártók marketingszótárában a fuel economy vagy a Leichtlauföl, mint üzemanyag-megtakarító (ill. a haladást megkönnyítő) termékek reklámozása. Bár a súrlódási veszteség a motor összes energiaveszteségének csupán 15%-a, a jó kenőanyaggal elérhető üzemanyag-megtakarítás világviszonylatban jelentős. A súrlódás, valamint a légellenállás konstrukciós csökkentésére irányuló erőfeszítéseknél lényegesen olcsóbb speciális kenőanyagot használni. Az olajok súrlódáscsökkentő adalékai a kedvezőtlen üzemi feltételek esetén fellépő, ún. vegyes súrlódásra hatnak. A szokásos motorterhelés tartományában a súrlódó helyeken hidrodinamikai erők működnek, így az üzemanyag-fogyasztást csak a motorolaj viszkozitásával lehet befolyásolni. A túlságosan kis viszkozitás viszont a várttal ellentétes hatást fejthet ki: növeli a kopást és vele a felhasználást. Ezért a termékek forgalmazása előtt nélkülözhetetlen a kipróbálás a gyártónál. Számítások szerint 1 SAE-osztállyal kisebb motorolaj-viszkozitás kb. 15%-kal csökkenti a súrlódási tényezőket, ami 0,4 és 4% közötti ma-

ximális üzemanyag-megtakarítással egyenértékű, kedvező, ill. kedvezőtlen üzemi körülmények között. A csekély viszkozitás pozitív hatása a motor növekedő terhelésével csökken, mivel ilyenkor fokozódik a vegyes súrlódás (1. ábra). súrlódási tényező, µ G határsúrlódás M vegyes súrlódás F kopásmentes folyadéksúrlódás csúszósebesség, ν 1. ábra Súrlódási tartományok a tribológia egyszerűsített (Stribeck-féle) görbéjén Negatív hatású a túl kis viszkozitás a kenőréteg vastagságára is, ezáltal ugyanis bővül a vegyes súrlódás tartománya. Bizonyos határig azonban, az üzemanyag-megtakarítás mellett a kis viszkozitású motorolajok kisebb belső súrlódása lecsökkenti az üzemi hőmérsékletet, így kedvezően alakul az olaj tényleges viszkozitása. Alapvető súrlódási ismeretek Az 1902-ban ismertetett Stribeck-féle görbe alkalmas a különböző súrlódási és kenési állapotok leírására az érintkező testek geometriai elrendezésétől, felületi érdességétől, a kenőanyag viszkozitásától és a terheléstől függően. A súrlódási tényezőt a görbe az η olajviszkozitás, a v sebesség (csúszási sebesség, amellyel terhelés szempontjából azonos jellegű a fordulatszám), a p nyomás (felületegységre ható erő)

paraméterkombináció függvényében adja meg, amennyiben az érintkező részek elrendezése megengedi az olaj áramlási irányában keskenyedő rés képződését. A kenőanyagréteg növekedő vastagságával kialakuló állapotok: határsúrlódás, vegyes súrlódás, elaszto-hidrodinamikai kenés és hidrodinamikai kenés. A görbe abszcisszáján feltüntetett fenti paraméterkombináció csökkenésével csökken a kenőanyag rétegvastagsága, így a hidrodinamikai és a vegyes súrlódás közötti átmeneti tartományban megjelennek az első szilárdtest-érintkezések. A terhelés egy részét a kenőréteg, a másikat az érdesség egymással érintkező dombjai veszik fel, s ez már számottevő kopást okozhat. A szilárdtest-érintkezés túlsúlyával megindul az ún. határsúrlódás, amely nagyobb fokú kopást okoz, mint a vegyes súrlódás. A határsúrlódás beállításának feltételei között a terhelést teljesen az érdesség említett érintkező kiemelkedései, a nyíróerőt pedig a szilárd felületeken adszorbeált kenőanyag-molekulák veszik át. Amennyiben olajjal kent szerkezetianyag-párok igénybevételi feltételei nem engedik meg a kenőrétegben hidrodinamikai vagy elasztohidrodinamikai réteg képződését, mivel pl. túl kicsi a csúszósebesség vagy túl nagy a terhelés, akkor a súrlódást és a kopást azon felületi határrétegek tulajdonságai szabják meg, amelyek elsősorban a kenőanyag, ezen belül leginkább az adalékok sajátságaitól függnek. Ilyen határréteg fizikai szorpció, kemiszorpció és tribokémiai reakció útján jöhet létre. A viszkozitás és a terhelés hatásai A csúszócsapágyak üzemi pontja, vagyis helyzete a Stribeck-féle görbén a fordulatszámtól, a kenőanyag viszkozitásától és a terheléstől függ. A viszkozitás és a terhelés ezen kívül befolyásolja a görbe alakját (2. ábra). Állandó terhelésnél a közepes helyett nagyobb viszkozitás, a vegyes súrlódásból a folyadéksúrlódásba való átmenethez kisebb fordulatszám tartozik, mivel a külső terhelés átviteléhez szükséges nyomás gyorsabban kialakul. Ennek az előnynek az ára azonban a folyadéksúrlódás gyors növekedése. Ezzel szemben kis viszkozitású olaj használata nagyobb sebességet kíván, mielőtt a hidrodinamikai nyomás elegendő a folyadéksúrlódás kis súrlódási veszteségű tartományának eléréséhez.

nyugalmi súrlódás határsúrlódás súrlódási tényező, µ vegyes súrlódás folyadéksúrlódás (hidrodinamikai súrlódás) üzemidő hidrodinamikai csapágyak kioldási pont hidrosztatikai csapágyak n ü n min fordulatszám, n n max 2. ábra A tribológia Stribeck-féle görbéje Változatlan viszkozitás mellett a növekedő terhelés nagyobb csúszósebességet igényel, mielőtt a külső terhelés elbírálásához szükséges hidrodinamikai nyomás kialakul. Fejlesztés új tesztmódszer és készülék A Mannheimi Műszaki Főiskola Tribológiai Intézetében motorolajok kenési tulajdonságainak vizsgálatára szolgáló új tesztmódszer és készülék kifejlesztésekor az 51511 sz. DIN-szabványban felsorolt SAEviszkozitási osztályokat vették figyelembe, és kereskedelmi forgalomban levő standard gépjármű-kenőolajokkal dolgoztak. Az új precíziós univerzális mikro-tribométer súrlódási és kopási állapotok vizsgálatára és szimulálására szolgál. A készülék 20 khz-es összesített mintavételi program keretében méri és egy-egy mérőciklus alatt feljegyzi a súrlódási erőt, a hőmérsékletet és a kopás mélységét mint legfontosabb tribológiai paramétereket. A mérési adatok értékelését speciális Viewer -programmal végzik. Az első kísérletsorozatban különböző viszkozitású motorolajokkal vizsgálták a súrlódási értéket a csúszósebesség függvényében. A programban szintén szereplő hidrodinamikai viszonyok pontosabb tanulmá-

nyozásához tudatosan választottak kedvezőtlen érintkezést (futógyűrű és csapágygolyó között), csekély felületi érdességet és kis normálerőt (500 mn). A számított maximális nyomás ( Hertz-nyomás ) 685 N/mm 2 volt. A kísérletek során kiderült, hogy a gyors kopás miatt a nyomás 1,0 4,0 N/mm 2 -re csökken, s ez nem teszi lehetővé olajok közötti különbségek értékelését. Mérések A kísérleti eredmények a viszkozitásnak és a belső szerkezetnek a súrlódási viselkedésre és a kenőréteg felépítésére gyakorolt hatásáról tanúskodnak. A vizsgált motorolajok súrlódási értéke a legkisebb fordulatszámon (8 min 1 = 0,013 m/s) hasonló. A szintetikus olajok súrlódási értéke ezután logaritmikusan csökken, viszont az ásványolaj-alapú SAE 30 motorolaj súrlódási értéke a 0,42 m/s (250/perc) tartományban, a SAE 15 W-40 jelű terméké 0,63 m/s (380/perc)-nél minimumot ér el. A csúszócsapágy-kenés gyakorlati kérdései A csúszócsapágy fontos gépelem, amelyben a hidrodinamikai nyomás kialakulását befolyásoló egyetlen tényező a kenőanyag viszkozitása. A csúszócsapágyak fajtái: hidrodinamikai csúszócsapágyak a kenőrésben képződő nyomással, szintercsapágyak, porózus csúszó szerkezeti anyagokkal. A hidrodinamikai csúszócsapágyak a többnyire tengelyátvitelű erőket az olajjal kent csapágyperselyen át adják tovább a háznak. A csúszócsapágyolajok üzembiztonsági okokból legfontosabb követelményei: erős tapadás, hatásos korrózióvédelem, nagy üzemi sebességek, kompatibilitás műanyagokkal és elasztomerekkel, hosszú olajcsere-időközök, nagy teherbírás, valamint élelmiszerjogi és ökológiai problémamentesség (3. ábra).

a súrlódó felület jó nedvesítése gyors átmenet folyadéksúrlódásba csekély belső súrlódás csekély kopás (reakcióréteg képződése) hőelvezetés kenőolaj öregedési stabilitás magas hőmérsékleten is továbbíthatóság habképzés nélkül korrózióvédő hatás kompatibilitás a csúszócsapággyal, tömítésekkel és más kenőanyagokkal engedélyek, specifikációk 3. ábra Csúszócsapágy-kenőolajokkal szembeni követelmények A kenőolaj viszkozitásának megválasztását célszerű négy összefüggésre alapozni: kis csúszósebesség nagy viszkozitás, nagy csapágyjáték nagy viszkozitás, nagy csúszósebesség kis viszkozitás, nagy terhelés nagy viszkozitás. A felsoroltakból következik, hogy minél nagyobb a fajlagos felületi nyomás és minél kisebb a csúszósebesség, annál viszkózusabb olajat kell használni. Ha pedig a csúszósebesség nagy és kicsi a terhelés, akkor kis viszkozitású, hígan folyó kenőanyagra van szükség. Csúszócsapágyak kenőanyagának kiválasztása Csúszócsapágyak kenése a vegyes súrlódás feltételei mellett nem könnyű feladat, mivel az oszcilláló és meg-megszakadó mozgásra jellemző kis sebességek nem engedik meg ún. kenőék kialakulását. Csúszócsapágyakat ezért bizonyos üzemi körülmények között csak zsírral vagy pasztával lehet kenni. A kenőpaszták beválnak kezdő, behajtó kenésre is, emellett megmaradnak magas hőmérsékleten, ahol a kenőolajok elpárolognak. Ahol száraz kenésre van szükség, ott olajoknak, zsíroknak, pasztáknak egyaránt alternatívája a csúszólakkbevonat. A futófelületek lakkozása a kezdő- és szükségkenés feltételeit is javítja.

A csúszócsapágyak 2,5 m/s csúszósebességig kenhetők zsírral, ami különösen előnyös lehet, ha tömítési nehézségek merülnek fel a csapágyházban, vagy a csapágy működését por, víz vagy más szennyezés befolyásolja. A csúszócsapágyak kenőzsírjául különféle szappanok vannak használatban, amelyek közül a hőmérséklet, a terhelés, valamint a csapágyjáték, a tengely és a csapágypersely érdessége alapján kell választani. Magas hőmérsékleten inkább komplex és gélesített zsírok felelnek meg. Figyelembe kell venni, hogy a zsírzás az olajkenésnél nagyobb játékot igényel. A kenőanyag kiválasztásához a rendelkezésre álló számítógépes programok és útmutatók a szükséges információknak csupán egy részét nyújtják. Különösen az időtényező, azaz a gép vagy gépelem élettartama és a kenőanyag használati időtartama függ erősen az üzemi feltételektől, pl. a csapágyban uralkodó hőmérséklettől, az összes terheléstől, a környező közegektől, valamint a kenőanyag minőségétől, főként oxidálással szembeni ellenállásától és a vele érintkező közegek iránti tűrőképességétől. A döntéshez tehát nélkülözhetetlenek a valós viszonyok között végzett vizsgálatok. Irodalom Összeállította: Dr. Boros Tiborné Gerbe, M., Feinle, R.: Reibwertuntersuchungen an Motorenölen im Mikrotribometer. = Tribologie+Schmierungstechnik, 52. k. 5. sz. 2005. p. 47 51. Cornu, O.: Optimale Schmierung von Gleitlagern. = SMM Schweizer Maschinenmarkt, 106. k. 25/26. sz. 2005. dec. p. 50 51.