ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
(Госстандарт СССР)

Всесоюзный научно-исследовательский институт
по нормализации в машиностроении
(ВНИИНМАШ)

Утверждены

Приказом ВНИИНМАШ
№ 328 от 21.10.87 г.

 

Обеспечение износостойкости изделий

Метод определения показателей
продолжительности смазочного
действия пластичного
смазочного материала

Рекомендации

 

Р 50-54-44-88

 

 

Москва 1988

 

Рекомендации распространяются на пластичные смазочные материалы, работающие в условиях граничной смазки. Устанавливают метод определения показателей продолжительности их действия, а также методику расчета по этим показателям параметров рационального режима периодического смазывания тяжелонагруженных опор скольжения.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ СМАЗОЧНОГО ДЕЙСТВИЯ

К показателям продолжительности смазочного действия относятся:

продолжительность T_q, с действия дозы смазочного материала объемом q_m, м³, равным суммарной маслоемкости приработанных поверхностей трения.

Примечание. Суммарная маслоемкость приработанных поверхностей трения численно равна объему зазора в контакте двух взаимнотрущихся поверхностей с установившейся шероховатостью, соответствующей заданному режиму;

интенсивность расходования I_q (безразмерная величина) смазочного материала, численно равная объему расходуемого смазочного материала на единицу номинальной площади  меньшей поверхности трения при единичном пути трения L_т:

предельная концентрация  продуктов изнашивания - их объемная концентрация в дозе смазочного материала, при достижении которой значения триботехнических характеристик (момент или сила трения, трибо ЭДС, КРП и др.) смазанной опоры становятся равными их значениям при трении без смазки;

параметры k, n, m функции вида  аппроксимирующей зависимость интенсивности расходования смазочного материала от скорости скольжения υ и давления p.

1.1. Сущность метода

1.1.1. Метод состоит в экспериментальном определении на модельных образцах для заданных условий работы опоры продолжительности действия дозы исследуемого пластичного смазочного материала и соответствующего износа образцов с последующим расчетом остальных показателей работоспособности.

1.1.2. Заданные условия работы опоры включают характер, относительного перемещения (тип опоры скольжения), конструкционные материалы, номинальное давление р, скорость скольжения υ и при необходимости температуру.

1.2. Приборы и материалы

1.2.1. Испытательная установка, обеспечивающая заданные условия работы опоры, с пределами допускаемой относительной погрешности усилия прижатия образцов и частоты движения подвижного образца ± 5, погрешностью измерения температуры не более 1 °С, оснащенная устройствами измерения триботехнических характеристик (сила или момент трения, трибо ЭДС, КРП и др.) с относительной погрешностью не более 5 %.

1.2.2. Аналитические весы модели ВЛА-200 или другой аналогичной.

1.2.3. Шприц с диаметром выходного отверстия 1 - 2 мм.

1.2.4. Образцы пар трения в зависимости от заданного типа опоры: колодка-ролик, кольцо-плоскость, плоскость-плоскость и др.

1.2.5. Образцы смазочного материала.

1.2.6. Промывочные материалы: бензин по ГОСТ 3134-78, ацетон по ГОСТ 2503-79.

1.3. Подготовка к испытаниям

1.3.1. Образцы устанавливают на испытательную установку, обильно смазывают исследуемым смазочным материалом и прирабатывают до стабилизации значений триботехнических характеристик (см. п. 1.2.1) и достижения прилегания поверхностей трения (при этом допускается их шабрение) не менее 95 % от площади меньшего образца. Контроль прилегания осуществляют визуально по пятну контакта.

Приработку можно проводить с переменными р и υ, но на заключительном этапе продолжительностью не менее 1 ч, эти параметры должны соответствовать заданному режиму.

1.3.2. Приработанные образцы обезжиривают (см. п. 1.2.6). Запускают испытательную установку в заданном режиме, регистрируя стабилизированное значение одной из триботехнических характеристик (п. 1.2.1), которое принимают в качестве критериев прекращения смазочного действия.

Если в заданных условиях работы опоры образцы неработоспособны, на них наносят исследуемый смазочный материал. Затем снова запускают испытательную установку в заданном режиме, регистрируя значение одной из триботехнических характеристик в момент ее резкого увеличения во времени, которое принимают в качестве критерия прекращения смазочного действия.

1.3.3. Проводят повторную приработку в заданном режиме при обильном смазывании исследуемым смазочным материалом в течение не менее 30 мин.

1.3.4. Образцы снимают, тщательно промывают (см. п. 1.2.6), высушивают и на аналитических весах определяют первоначальный вес образцов  и  с меньшей  и большей  номинальными площадями поверхности трения соответственно. Затем их устанавливают и закрепляют в испытательной установке.

1.3.5. Исследуемый смазочный материал помещают в шприц с диаметром d выходного отверстия, охлаждают до температуры 0 - 5 °С, затем медленно выдавливают в виде цилиндра на твердую, не впитывающую смазочный материал плоскую поверхность. Отделяют часть длиной l_q и определяют ее объем по формуле

1.3.6. На меньшую приработанную и обезжиренную поверхность трения по возможности равномерно наносят дозу смазочного материала объемом, см³

Эту поверхность прижимают с заданным усилием к приработанной и совместно с ней обезжиренной поверхности трения сопряженного образца. Медленно перемещают поверхности трения относительно друг друга в течение нескольких циклов (оборотов, двойных ходов) до равномерного размазывания смазочного материала.

При необходимости повторяют эту операцию, уменьшая наносимую дозу смазочного материала и добиваясь отсутствия его видимых излишков. Определенный таким образом объем смазочного материала q_м считают равным суммарной маслоемкости пары трения.

1.4. Проведение испытаний

1.4.1. Запускают испытательную установку в заданном режиме. Измеряют интервал времени от запуска до момента прекращения смазочного действия (см. п. 1.3.2).

1.4.2. Для каждого режима проводят не менее 5 опытов с каждой парой образцов. При этом в каждом опыте дозу q_м наносят согласно п. 1.3.6.

1.4.3. Образцы снимают, тщательно промывают (см. п. 1.2.6), высушивают и определяют веса  и  образцов с номинальными площадями поверхности трения  и  соответственно.

1.4.4. Операции по разд. 1.3 и пп. 1.4.1 - 1.4.3 повторяют не менее, чем на трех парах образцов для каждого режима.

1.5. Обработка результатов испытаний

1.5.1. Для каждого заданного режима устанавливают среднюю продолжительность смазочного действия

где T_i - продолжительность смазочного действия в i опыте;

n_oп - суммарное (по всем парам образцов) количество опытов на одном режиме.

1.5.2. Определяют интенсивность расходования смазочного материала

для i-го опыта

для заданного режима

1.5.3. Рассчитывают предельную концентрацию продуктов изнашивания по формуле

где

 и  - соответственно средние объемные износы образцов с площадями трения  и  до момента прекращения смазочного действия, устанавливаемого в соответствии с п. 1.3.1:

n_об - количество пар образцов для заданного режима;

n_оп - количество опытов на одной паре образцов между двумя взвешиваниями;

ρ^', ρ^'' - плотности материалов образцов с площадями трения  и  соответственно.

1.5.4. Вычисляют значения параметров k, n и m степенной функции  по формулам

где

p_i - номинальное давление в i опыте,

υ_i - скорость скольжения в i опыте,

N_v - количество опытов при скорости υ_i;

N - общее количество опытов с различными р_i и υ_i.

2. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ РАЦИОНАЛЬНОГО ПЕРИОДИЧЕСКОГО РЕЖИМА СМАЗЫВАНИЯ

Основные параметры режима периодического смазывания:

доза q - объем смазочного материала, подаваемый единоразово к трущимся поверхностям, см³;

периодичность смазывания Т - интервал времени работы смазываемого сопряжения между двумя последовательными подачами доз, ч;

расход смазочного материала Q - количество смазочного материала, подаваемого к трущимся поверхностям в единицу времени, см³/ч.

2.1. Первичные исходные данные

2.1.1. Характеристики смазочного материала по технической документации

2.1.2. То же для конструкционных материалов взаимно-трущихся деталей.

2.1.3. Характеристики макро- и микрогеометрии поверхностей трения:

диаметр подшипника D или ширина рабочей части направляющей В, см;

длина подшипника l или рабочей части ползуна L, см;

параметры установившейся поперечной шероховатости  - поверхности трения c меньшим значением номинальной площади  и  - с большим значением номинальной площади .

2.1.4. Параметры режима работы опоры:

действующее усилие Р и характеристики его изменения во времени (в течение цикла), Н;

частота вращения цапфы  или двойных ходов ползуна n_x, c^-1;

безразмерные интенсивности линейного изнашивания: I_h - детали с номинальной площадью поверхности трения  и  - детали с номинальной площадью поверхности трения .

2.2. Расчетные исходные данные

2.2.1. Номинальные площади поверхности трения для:

подшипника  цапфы  (черт. 1);

ползуна  направляющей  (черт. 2),

где Y₀ - полуугол контакта в подшипнике, рад.

При Y₀ < 20° 

при Y₀ > 20°  

где

 t = 0,16μ₁ + 0,554,

 t = m₁μ₁ + m₂μ₂ + t₀,

μ₁, μ₂ - коэффициенты Пуассона для материалов подшипника и цапфы соответственно,

Е₁, Е₂ - модули упругости для материалов подшипника и цапфы, ,

t₀ - параметр, зависящий от соотношения модулей упругости материалов (черт. 3);

Черт. 1

Опора скольжения «подшипник-цапфа»

1 - подшипник, 2 - цапфа, D - диаметр, L - длина подшипника, D - диаметральный зазор, Y₀ - полуугол контакта, n - частота вращения вала, p - нормальная (радиальная) нагрузка на подшипник

Черт. 2

Опора скольжения «ползун-направляющая»

1 - направляющая, 2 - ползун, В - ширина рабочей части, L - длина, S - ход ползуна, n_x - число двойных ходов ползуна в секунду, Р - нормальная нагрузка

Черт. 3

δ - радиальный зазор в подшипнике, м. Если неизвестен фактический зазор в подшипнике, то для расчета принимают минимально возможное значение.

Примечание. При сочетании материалов бронза-сталь можно принять t_o = 0,52; t = 0,6; С₀ = 1,714, С = 1,65.

2.2.2. Параметры установившейся шероховатости поверхностей трения.

Определяют параметр R_а профилометрированием или профилографированием приработанных поверхностей трения либо расчетным путем по формуле

где р_а - номинальное давление МПа; t₀ - прочность адгезионной связи при трении  (по ГОСТ 27640-88).

Для пары трения металл-металл при смазке в среднем ориентировочно можно принять

a_г = 2,2a,

где a_г, a - коэффициенты гистерезисных потерь соответственно при скольжении и определяемый в экспериментах по одноосному растяжению-сжатию.

Примечание. Для бронзы a = 0,04, для закаленной стали можно принять a = 0,02.

Для приработанных поверхностей без специальной обработки (вибронакатки и т.п.) приближенно

R_a = 3,75 · 10^-5 см.

2.2.3. Комплексный геометрический фактор

где А - площадь свободной (неконтактирующей) поверхности трущейся детали; V - ее объем.

Для валов при  или направляющих при , вычисляя А и V, в качестве длинового размера принимают 3D или 3L (L₀ - длина вала или направляющей).

2.2.4. Масштабный коэффициент перехода от экспериментальных образцов к натурной опоре скольжения

где комплексы с индексом «о» относятся к экспериментальным образцам, а с индексом «н» - к трущимся деталям натурной опоры.

2.2.5. Номинальное давление

2.2.6. Если нагрузка действует на опору не постоянно в течение цикла (оборота вала, двойного хода ползуна), то определяют отношение

где t_p - продолжительность действия нагрузки в течение цикла; t_ц - период цикла.

2.2.7. Средняя скорость относительного перемещений, м/с для опоры «подшипник-цапфа», υ = 0,01 · πDn_ц, «ползун-направляющая» υ = 0,02 · Sn_x.

2.3. Расчет дозы смазочного материала

Дозу смазочного материала определяют по формуле

2.4. Расчет расхода смазочного материала

2.4.1. Если определены значения I_q,

2.4.2. Если определены  и известны значения интенсивностей изнашивания натурных взаимнотрущихся деталей, то

2.4.3. Если определены значения  и известны значения интенсивностей изнашивания модельных образцов,

2.4.4. Если определены параметры n, m и k

Значения , k, n и m для некоторых сочетаний конструкционных и смазочных материалов приведены в приложении.

2.5. Расчет периодичности смазывания

Периодичность смазывания определяют по формуле

Приложение

Справочное

Значения параметров , k, n и m для некоторых сочетаний конструкционных и смазочных материалов (солидол Ж ГОСТ 1033-79, ЦИАТИМ-201 ГОСТ 6267-74)

Литература

1. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ - М.: Машиностроение, 1977.

2. Карасик И.И., Черный А.Ш. Ухудшение смазочной способности пластичного смазочного материала в результате пассивирующего действия изнашивания - Трение и износ, 1984. - т. 5 - С. 1045 - 1060.

3. Черный А.Ш., Карасик И.И.; Курганский П.М. Расчет необходимой подачи пластичного смазочного материала для приработанных пар трения скольжения - Вестник машиностроения, 1984 г., № 5. - С. 20 - 23.

4. Черный А.Ш., Курганский П.М. Рациональное смазывание опор скольжения технологического оборудования пластичным смазочным материалом // Надежность судовых машин. - Николаевский кораблестроительный институт, 1985 г.

 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАНЫ И ВНЕСЕНЫ ВНИИНМАШ Госстандарта СССР

ИСПОЛНИТЕЛИ:

д.т.н. И.И. Карасик, к.т.н. А.Ш. Черный (руководители темы); к.т.н. П.М. Курганский, А.А. Булавин; Н.Н. Самойлова.

2. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ ПРИКАЗОМ ВНИИНМАШ № 828 от 21 октября 1987 г.

3. ВВЕДЕНЫ ВПЕРВЫЕ

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

СОДЕРЖАНИЕ