El progreso más importante en los engranajes de los automóviles modernos es la aparición de los engranajes de hipérbola en 1925. En la actualidad, los engranajes del eje trasero de los automóviles se han convertido básicamente en engranajes de hipérbola, que son de tamaño pequeño y tienen una gran potencia de transmisión. La velocidad de deslizamiento relativa de la superficie del diente es grande y es difícil formar una película de aceite lubricante en la superficie del diente. Es uno de los pares de fricción más difíciles de lubricar. Requiere aceite para engranajes para tener un rendimiento de presión extrema suficientemente alto. Desde la década de 1930, Estados Unidos ha comenzado a utilizar bancos de tamaño completo para evaluar el rendimiento de presión extrema de los aceites para engranajes de automóviles. Por ejemplo, el rendimiento de carga del aceite para engranajes de vehículos pesados GL-5 debe superar el tamaño completo. Prueba de banco del eje trasero CRC L-37 (capacidad de carga del producto derivado del petróleo en condiciones de par bajo a alta velocidad y par alto a baja velocidad) y CRCL-42 (prueba de impacto de carga alta). Al mismo tiempo, para reducir el costo de la evaluación, la gente está tratando de utilizar máquinas de prueba de simulación para evaluar el rendimiento de presión extrema de los aceites para engranajes. Por ejemplo, la prueba de desgaste de cuatro bolas y la prueba de máquina de engranajes FZG se utilizan para predecir. para predecir el ensayo L-42 se utilizan el ensayo L-37, el ensayo de extrema presión de cuatro bolas y el ensayo de Timken, aunque se han obtenido algunos resultados mediante ensayos, etc., debido a las diferentes condiciones de trabajo de los pares de fricción. , es difícil encontrar una relación exacta entre estas pruebas de simulación y la prueba en banco del eje trasero. La máquina de cuatro bolas tiene una larga historia de uso para evaluar la lubricidad de productos derivados del petróleo. Debido a su equipo relativamente simple, menor consumo de aceite, bajo costo de prueba y fácil operación, se ha convertido en uno de los equipos de prueba de simulación más utilizados. . En algunas fábricas de automóviles de mi país, el valor PB de la máquina de cuatro bolas se utiliza a menudo como indicador principal para medir la capacidad de carga del aceite para engranajes del vehículo. Se cree que cuanto mayor sea el valor PB y el valor PD de la carga de sinterización, Esto hace que los productos derivados del petróleo que hayan pasado el conjunto completo de evaluaciones de banco sean Si el valor de PB medido por la fábrica de automóviles es menor que el valor especificado (como 100 kg), el producto será rechazado. Este artículo intenta aclarar la importancia de los resultados de la prueba de presión extrema del aceite de engranajes del vehículo de la máquina de cuatro bolas desde aspectos teóricos y prácticos, y propone un método para predecir la capacidad de carga.
1 La teoría de la transición del estado de lubricación
La viscosidad del aceite lubricante η, la velocidad de rotación U y la carga P son los tres factores que determinan la condición de lubricación. La conexión entre ellos se puede utilizar como. un parámetro adimensional C Para expresar: C=ηU/P, la relación entre C y el coeficiente de fricción μ se muestra en la Figura 1, que se denomina diagrama de transición del estado de lubricación o curva de Stribeck. En la zona de lubricación hidrodinámica, el espesor de la película líquida es suficiente para separar la superficie sólida (es decir, el espesor de la película de aceite h? rugosidad δ, en la zona de lubricación límite, se produce un contacto continuo entre las asperezas y el sólido depende de sustancias polares); adsorbido en la superficie del metal o lubricación de la película de reacción; el área entre las dos líneas es la zona de lubricación mixta, y el coeficiente de fricción μ aumenta rápidamente a medida que el valor C disminuye. Para la lubricación mixta, los estudios hasta el momento son insuficientes. Después de la década de 1990, se confirmó que existe lubricación mixta en un estado de lubricación de película delgada a nanoescala, caracterizado por una película líquida ordenada. La película de fluido se adelgaza hasta el punto en que la brecha entre los picos de rugosidad de la superficie es el rango de escala molecular del lubricante. Es decir, ha aparecido una película límite en la cima rugosa. El modelo físico de lubricación de película delgada es: cerca de la superficie hay una película de adsorción, que no tiene propiedades de fluido, en el medio de la película lubricante hay una película de fluido viscoso, que tiene características de lubricación elastohidrodinámica y es una película líquida ordenada; entre la película de fluido viscoso y la película de adsorción, se forma porque las moléculas del líquido se ven obligadas a organizarse de manera ordenada debido a la energía superficial durante el cizallamiento por fricción. El grado de orden de una película líquida ordenada es mayor que el de una película líquida viscosa, pero menor que el de una película adsorbida cerca de una superficie metálica. Cuando el espesor de la película lubricante se reduce hasta el punto en que la película de líquido viscoso desaparece por completo, la película lubricante está dominada por una película de líquido ordenada y una película de adsorción. La lubricación de película fina va acompañada de desgaste superficial, siendo las formas principales la fatiga de contacto y los mecanismos de adhesión. Si la película de líquido es más delgada y solo existe la película de adsorción, se trata de lubricación límite y se producirá contacto directo entre asperezas. Al agregar al aceite agentes oleosos como alcoholaminas de cadena larga y ácidos grasos, los grupos polares se adsorben en la superficie del metal y los metinos en las cadenas largas se adsorben lateralmente para formar una fuerte película de adsorción, que reemplaza el contacto directo con el metal y reduce el riesgo de fricción o desgaste. En condiciones de mayor carga y temperatura, el agente a base de aceite fallará. El aditivo de presión extrema reacciona con el metal para formar algunos compuestos que son más fáciles de cortar que el metal y tienen un punto de fusión más bajo, lo que puede evitar que el metal se entrelaza. y proteger la superficie del metal.
Figura 1 Curva de Stribeck
2 Prueba de la máquina de cuatro bolas
La prueba de la máquina de cuatro bolas es un punto de contacto por fricción deslizante. Su estructura es una bola fijada sobre. el eje superior uno frente al otro. Gira sobre tres bolas fijadas en el eje inferior. Para una determinada velocidad de prueba, la velocidad de deslizamiento en el punto de contacto es constante y el cambio del diámetro de desgaste d cuando aumenta la carga P se muestra en la Figura 2. Cuando la carga aumenta al punto B, se alcanza el punto de agarrotamiento en la prueba de la máquina de cuatro bolas, y el valor de carga correspondiente es la carga máxima sin agarrotamiento PB, cuando la carga aumenta aún más y alcanza el punto D, el estado de lubricación límite falla; , y aparece el contacto de cuatro bolas. Si se requiere sinterización, el valor de carga correspondiente es la carga máxima de sinterización PD.
Figura 2 Curva de carga de desgaste de una máquina de cuatro bolas
Para examinar realmente la viabilidad de utilizar el valor PB para juzgar la capacidad de carga del aceite para engranajes, recopilamos una buena cantidad -marcas nacionales y extranjeras conocidas de tiendas especializadas confiables Aceite para engranajes GL-5 (13 aceites nacionales, numerados C1-C13; 5 aceites extranjeros, numerados F1-F5), incluidos Great Wall, Qixing, Haipai, Nanhai, Feitian, Mobil, Esso , Catex, Shell, etc. Fueron enviados a instituciones de prueba nacionales autorizadas para su realización. Estas unidades son: Instituto de Investigación de Ciencias Petroquímicas, Instituto de Investigación de Plantas Químicas y Refinaciones de Lanzhou, Instituto de Investigación de Refinerías de la Compañía Petroquímica de Gaoqiao, Instituto de Investigación de la Compañía Petroquímica de Dalian, Automóvil de Nanjing. Instituto de Investigación y Gran Muralla El Instituto de Investigación de Lubricating Oil Group Company mide el valor de PB de los productos petrolíferos para examinar si el valor de PB de estos productos petrolíferos es superior a 100 kg y la reproducibilidad de la medición. Teniendo en cuenta las prácticas de medición de la mayoría de los fabricantes de automóviles nacionales, las condiciones de prueba adoptan el método GB/T3142, es decir, la velocidad de rotación es 1450 r/min, la temperatura de prueba es temperatura ambiente y la bola de acero es de grado GB308II. Los resultados de las pruebas relevantes se muestran en la Tabla 1.
Se puede ver en la Tabla 1: (1) Para los lubricantes para engranajes GL-5 de marcas reconocidas en el mercado chino, aproximadamente la mitad de ellos tienen un valor de PB inferior a 100 kg, lo que indica que el valor de PB en sí no puede representar la capacidad de carga. (2) La reproducibilidad de los resultados de las pruebas entre diferentes laboratorios (LAD) para productos petrolíferos individuales supera el 30% de las regulaciones internacionales y carece de comparabilidad. Se puede considerar que diferentes medidores de laboratorio realizan pruebas estrictamente de acuerdo con los procedimientos operativos. La razón de la desviación puede ser que los lotes de producción de bolas de acero son diferentes, lo que resulta en diferencias en sus materiales, lo que afecta la reproducibilidad de los resultados de las pruebas.
3 Discusión
Algunas personas piensan que el punto PB es el punto crítico de la lubricación elastohidrodinámica, es decir, la película de lubricación elastohidrodinámica alcanzará un valor mínimo en este punto y la carga aumentará nuevamente. La película se romperá, reflejando el aporte del agente oleoso o antifricción después del punto B. Este artículo cree que no puede haber lubricación elastohidrodinámica entre los puntos AB, sino solo lubricación de película o lubricación límite, de lo contrario no habrá marcas de desgaste. La película ordenada puede desempeñar un papel importante en la parte frontal del segmento AB, y la película de adsorción límite desempeña un papel importante en la segunda mitad. Entre BC es el período en el que la película de adsorción desaparece gradualmente y se forma gradualmente la película de reacción química; entre CD es el período en que la película de reacción química entra en vigor; Entonces PB representa el punto terminal de la membrana ordenada. Sólo así podemos explicar que el PB está relacionado con la adición de agentes oleosos y aditivos de extrema presión. La polaridad de estos aditivos puede aumentar el espesor de la película solicitada. El tamaño del valor de PD representa la facilidad de formación y el rendimiento antidesgaste de la película de reacción química. Un valor de PD alto indica una temperatura alta a la cual la película química fallará. Sin embargo, la lubricación con película reactiva se produce a expensas de la corrosión y el desgaste, pero si es demasiado corrosiva, su resistencia al desgaste se verá afectada.
La capacidad de carga del aceite para engranajes se refiere a su función de proteger los engranajes cuando operan bajo cargas elevadas sin irritaciones, irritaciones, soldaduras u otros síntomas de alto desgaste. Según los resultados de las pruebas de la máquina de cuatro bolas en las Figuras 3 a 6, es obvio que el PB o PD por sí solos no pueden usarse como indicador para evaluar la presión extrema y el rendimiento antidesgaste del aceite. Un valor alto de PB no tiene el mismo valor de PD y efecto antidesgaste. Debe ser bueno.
El procedimiento para estimar exhaustivamente la presión extrema y el rendimiento antidesgaste del aceite para engranajes utilizando una máquina de cuatro bolas debe ser: (1) Medir PB y calcular la presión específica PS (carga por unidad de área) antes de PB, de modo que pueda se le dará cuánto puede soportar el aceite para engranajes el rango de presión (2) medir el valor de desgaste a largo plazo (diámetro de la cicatriz de desgaste) bajo una determinada carga antes de PB para obtener la cantidad de desgaste en el área de carga de trabajo (3) medir PD y; reportar el producto petrolífero la mayor carga de trabajo. A partir de estos tres aspectos, se puede predecir el área de carga de trabajo óptima del producto petrolífero.
Figura 3: Curvas desgaste-carga de diferentes aceites lubricantes
Figura 4: Relación entre carga y presión
Figura 5: Relación entre coeficiente de fricción y carga en máquina de cuatro bolas
Figura 6: Efecto de la carga sobre el diámetro de la cicatriz de desgaste
Desde la perspectiva de la nanotribología, cuando se utilizan los resultados de las pruebas de la máquina de cuatro bolas para predecir la capacidad de carga de aceite de engranajes del vehículo, También debe prestar atención a:
(1) Dado que PB y PD están relacionados con la formación ordenada de películas, la adsorción química y la reacción entre aditivos y bolas de acero, si los engranajes y bolas de acero reales están hechos de diferentes materiales, inevitablemente causará que el aceite lubricante esté en los dos pares de fricción. Las funciones en la máquina de cuatro bolas son diferentes, por lo que no existe una relación correspondiente
(2) Si está bajo un cierto; Carga, la marca de desgaste medida por la máquina de cuatro bolas es casi 0, lo que indica que la máquina de cuatro bolas está en un estado de lubricación elastohidrodinámica. Sin embargo, no se puede inferir que los engranajes bajo la misma carga también estén en un estado elastohidrodinámico, es decir, no existe correlación entre las condiciones elastohidrodinámicas entre los dos pares de fricción. Esto se debe a los diferentes métodos de contacto entre los dos: la bola de acero está en contacto puntual, mientras que el engranaje está en contacto lineal. Condiciones para la lubricación elastohidrodinámica: λ (espesor de la película de aceite/rugosidad de la superficie) = h / (δ21 + δ22) 0,5 ≥ 2 ~ 3
En la fórmula: h es el espesor mínimo de la película de aceite, δ1 y δ2 son las dos superficies de fricción La raíz cuadrática media de la rugosidad.
Para el par de fricción esférico, la ecuación del espesor mínimo de la película de aceite en el área de contacto del punto:
h=1.83RG0.49U0.68W-0.073
Para el par de fricción del engranaje, La ecuación del espesor mínimo de la película de aceite en el área de contacto de la línea (fórmula de Dowson):
h=2.65RG0.54U0.70W-0.13
Donde U es la velocidad parámetro, G es el parámetro del material, W es el parámetro de carga y R es el radio de curvatura equivalente.
Se puede observar que λ tiene una relación no lineal con parámetros como rugosidad, velocidad, material y carga en el área de contacto, y las reglas de cambio del espesor mínimo de la película de aceite h durante el contacto puntual y lineal. son inconsistentes, lo que resulta en dos Las condiciones elastohidrodinámicas bajo estos pares de fricción no son comparables.
Por lo tanto, si las condiciones lo permiten, intente utilizar cuatro bolas hechas del mismo material que los engranajes reales, incluidos los requisitos de rugosidad, para que los resultados de la prueba de la máquina de cuatro bolas puedan ser más precisos. estimar el contenido de aceite en este tipo de capacidad de carga de engranajes.
4 Conclusión
(1) Desde la perspectiva de la aplicación práctica, es inapropiado utilizar si el valor de PB es superior a 100 kg como indicador de la calidad del petróleo. -marcas conocidas de GL- 5. El valor PB del aceite para engranajes no alcanza los 100 kg.
(2) La reproducibilidad de la medición de PB entre diferentes laboratorios no es buena, lo que dificulta su uso como índice de comparación mutua.
(3) Se ha demostrado teóricamente que el valor PB no puede representar la capacidad de carga del aceite para engranajes. En las condiciones de métodos de evaluación de laboratorio limitados, el aceite para engranajes de vehículos debe inferirse de al menos cuatro aspectos. : PB, PS, PD y WSD Para determinar la capacidad de carga, intente utilizar cuatro bolas hechas del mismo material que el engranaje real, incluidos los requisitos de rugosidad.
(4) Se propone un conjunto de métodos para estimar la capacidad de carga del aceite para engranajes con base en el área de carga por unidad de área de esfera en la prueba de la máquina de cuatro bolas, el área de carga de trabajo óptima de. El aceite para engranajes se puede predecir y el aceite para engranajes se puede seleccionar en la práctica. Cuando se usa aceite, la presión específica PS que debe alcanzar el aceite en la prueba de la máquina de cuatro bolas se requiere en función de la presión de engrane del engranaje.
Se recomienda utilizar aceite Ribang Lubricant de alto desgaste y antipresión