Resultaten vetwrijvingscoëfficiënt

- Dec 03, 2019-

Resultaten van wrijvingscoëfficiënt vet

Opgenomen Stribeck-curven voor alle geteste vetten worden getoond in Fig. 2 (a) - (c) bij respectievelijk 40 ° C, 60 ° C en 80 ° C. Het meest opvallende kenmerk van figuur 2 is het zeer verschillende wrijvingsgedrag van de geteste vetten: bij lage snelheden bestrijken de wrijvingswaarden een bereik van bijna één orde van grootte, van minder dan 0,01 tot bijna 0,09. Het is duidelijk dat de vetwrijving versus snelheidscurve bij lage snelheden verschilt van de vorm van een typische Stribeck-curve van een olie [26]. Gericht op het lage snelheidsgebied van de plots, vertonen alle op lithium gebaseerde vetten LiMi, LiMi2, LiEs, LiPAO en LiCPAO een 'omgekeerd Stribeck'-gedrag [6], dwz relatief lage wrijving in het lage snelheidsgebied, in tegenstelling tot wat gewoonlijk aangetroffen in basisoliën die hogere wrijving vertonen in de grens met lage snelheid en gemengde regimes. Naarmate de snelheid toeneemt, vertoont LiMi2 constant toenemende wrijving terwijl voor LiMi, LiEs, LiPAO en LiCPAO de wrijvingscoëfficiënt met snelheid toeneemt, tot een lokaal maximum (de 'bult'), waarna deze begint te dalen. Dit gedrag treedt alleen op bij 60 ° C in LiEs en LiCPAO. De 'bult' beweegt naar hogere snelheid met toenemende temperaturen. Integendeel, in de calciumsulfonaatcomplexvetten CaSMi en CaSMix, en in mindere mate de polyureumvet PoE's, wordt de maximale wrijvingscoëfficiëntwaarde gevonden bij de laagste snelheid bij alle temperaturen, en neemt deze monotoon af naarmate de snelheid wordt verhoogd met een Stribeck curve typisch voor een smeerolie. Bij voldoende hoge snelheid wordt de wrijvingscoëfficiënt 'stabiele toestand' en de snelheid waarmee deze constante wrijving wordt bereikt voor elk vet neemt toe met de temperatuur.

Figuur 2

Afb.2 . Wrijvingscoëfficiënt tegen meesnelheid bij (a) 40 ° C, (b) 60 ° C en (c) 80 ° C.

Het is interessant om het gedrag van de twee vetten met lage wrijving, LiE's en LiPAO, te vergelijken. LiPAO geeft duidelijk de laagste wrijvingscoëfficiënt weer over het hele snelheidsbereik, terwijl LiE's alleen bij hoge snelheden een relatief lage wrijvingscoëfficiënt bereikt. Bij lagere snelheden heeft LiE eigenlijk een hogere wrijving dan sommige standaardvetten.

Om het effect van temperatuur op wrijving verder te onderzoeken, toont figuur 3 een staafdiagram van wrijvingscoëfficiënt bij de drie temperaturen en bij een vaste snelheid van 1000 mm s -1 . Deze snelheid is voldoende hoog om alle vetten een volledige EHL-film te laten ontwikkelen (dwz Λ > 3, waarbij Λ de specifieke filmdikte is die wordt geschat als de verhouding van de berekende centrale basisoliefilmdikte tot de samengestelde RMS-ruwheid). Opgemerkt moet worden dat Λ gebaseerd is op de centrale filmdikte, in plaats van de meer algemeen gebruikte minimale filmdikte, omdat vetfilms, in tegenstelling tot oliefilms, niet altijd duidelijk identificeerbare minimumfilmgebieden vertonen, met name bij lage snelheden. Het is duidelijk dat een toename van de temperatuur leidt tot een afname van de wrijving voor elk individueel vet, wat suggereert dat de viscositeit van de basisolie van elk vet zijn wrijvingsgedrag onder deze omstandigheden aandrijft. Het effect van temperatuur op wrijving is echter veel minder duidelijk bij lagere snelheden. Fig. 5 toont het equivalente staafdiagram voor wrijving gemeten bij 50 mm s -1 . Het is duidelijk dat bij deze lagere snelheid wrijving kan afnemen met de temperatuur, zoals voor LiMi of LiMi2, onaangetast kan blijven zoals in het geval van CaSMi, of zelfs kan toenemen met de temperatuur zoals in LiEs en CaSMix.

Afb.3

Afb.3 . Temperatuurinvloed op wrijvingscoëfficiënt gemeten bij 1000 mm s -1 .

Afb.5

Afb.5 . Temperatuurinvloed op wrijvingscoëfficiënt bij 50 mm s −1 .

Om de correlatie tussen de viscositeiten van de basisolie en de gemeten wrijving over alle vetten verder te onderzoeken, tekent figuur 4 de wrijvingscoëfficiënt gemeten bij 1000 mm s −1 (dwz Λ > 3) en 40 ° C tegen de kinematische viscositeit van de basisolie. Hoewel er geen duidelijke correlatie wordt gevonden, worden de laagste wrijvingscoëfficiëntwaarden weergegeven door de synthetische basisolievetten LiE's, LiPAO, PoE's en LiCPAO, zoals aangegeven in figuur 4.

Afb.4

Afb.4 . Wrijvingscoëfficiënt van testvetten bij 1000 mm s -1 tegen kinematische viscositeit van basisoliën.

3.2. Wrijvingscoëfficiënt van afgetapte olie

Het bloedende wrijvingsgedrag van de olie werd onderzocht in een poging om de relatieve invloed van verdikkingsmiddel en basisolie vast te stellen. De afgetapte oliën kunnen verschillen van de basisoliën, omdat ze additieven en verdikkingsdeeltjes kunnen bevatten [16], maar de basisoliën van dit brede assortiment commerciële vetten zijn niet gemakkelijk verkrijgbaar. De vergelijking tussen het wrijvingsgedrag van LiPAO-bloed en basisoliën (de enige beschikbare voor deze studie) toonde echter kleine verschillen, alleen duidelijk bij de laagste snelheden.

Alleen geselecteerde resultaten worden in deze sectie getoond, gekozen om de algemene trends te dekken die worden waargenomen bij het vergelijken van de prestaties van testvetten en hun respectieve afgetapte oliën. De wrijvingscoëfficiënt van LiPAO is uitgezet in figuur 6 samen met zijn ontlucht olie bij (a) 40 ° C, (b) 60 ° C en (c) 80 ° C. Het is duidelijk dat de LiPAO-wrijving veel lager is dan die van de ontluchte olie in het gebied met lage snelheid. Naarmate de snelheid echter toeneemt, wordt een punt bereikt van waaruit de wrijvingskrommen vrijwel identiek zijn. Het is ook duidelijk dat de exacte snelheid waar dit gebeurt overeenkomt met omstandigheden van gemengde smering op basis van de afgetapte olie, waarbij de wrijving nog steeds afneemt met de snelheid, en daarom kan dit gedeeltelijk verantwoordelijk zijn voor het verschijnen van de 'hobbel' in de vetwrijving kromme. Deze snelheid neemt ook toe met de temperatuur, dwz het 'omgekeerde Stribeck'-gedrag van LiPAO bij lage snelheid wordt uitgebreid naar hogere snelheid wanneer de temperatuur wordt verhoogd. Hetzelfde gedrag werd waargenomen in alle andere met lithium verdikte vetten evenals in het polyureumvet. Deze vetten vertoonden ook een afname van de wrijvingscoëfficiënt bij toenemende temperatuur bij de laagste snelheden.

Afb.6.

Afb.6 . Wrijvingscoëfficiënt van LiPAO en de afgetapte olie bij (a) 40 ° C, (b) 60 ° C en (c) 80 ° C.

Beide calciumsulfonaatcomplexvetten vertoonden een contrastgedrag met dat van lithium- en polyureumvetten zoals hierboven beschreven. Om dit te illustreren, zijn CaSMix en zijn bloedige wrijvingscoëfficiënten in figuur 7 uitgezet bij (a) 40 ° C, (b) 60 ° C en (c) 80 ° C. Hoewel de CaSMix-wrijving bij de laagste snelheid niet wordt beïnvloed door de testtemperatuur, is het duidelijk dat dit vet een veel hogere wrijving geeft dan de ontluchte olie in het gebied met lage snelheid, waarbij het relatieve verschil in wrijving groter wordt bij hogere temperaturen. De overgangssnelheid waarna vet en olie dezelfde wrijving vertonen, wordt opnieuw geïdentificeerd. Zoals het geval was voor lithiumvetten, neemt deze snelheid toe met de temperatuur, maar in het geval van calciumsulfonaatcomplexvetten lijkt dit effect meer uitgesproken, zodat bij de hoogste temperatuur van 80 ° C de vet- en ontluchte oliewrijvingskrommen niet eens beginnen samenvoegen binnen het bereik van de getoonde testsnelheden.

Afb.7

Afb.7 . Wrijvingscoëfficiënt van CaSMix en de afgetapte olie bij 40 ° C, 60 ° C en 80 ° C.

3.3. Resultaten van EHD-filmdikte

Om de interpretatie van de wrijvingsresultaten te vergemakkelijken, werd de vetfilmdikte gemeten over hetzelfde snelheidsbereik.

De resultaten van de filmdikte voor (a) LiPAO, (b) LiE's en (c) CaSMix-vetten worden weergegeven in Fig. 8 als een representatieve selectie van alle gemaakte filmmetingen. Ter vergelijking zijn ook de theoretische filmdiktewaarden voor alle overeenkomstige basisoliën weergegeven. Een dikkere film bij lage snelheid, vergeleken met de basisoliën, werd waargenomen voor alle vetten, maar belangrijke verschillen in gedrag zijn duidelijk. LiPAO vertoont de hoogste filmdikte van alle testvetten, ondanks de laagste viscositeit van de basisolie. Het heeft de hoogste filmdikte bij de laagste snelheid van 10 mm s −1 , waar het meer dan 5000% groter is dan dat van de overeenkomstige basisolie. Naarmate de snelheid toeneemt, neemt de film af en wordt het minimum bereikt met een snelheid van ongeveer 300 mm s -1 , waarna de filmdikte weer begint toe te nemen. LiPAO-filmdikte blijft hoger dan die van zijn basisolie over het gehele hier geteste snelheidsbereik. De vetfilmdikte van LiE's is bij alle snelheden veel lager dan die van het LiPAO-vet. De algemene trends zijn hetzelfde, waarbij de vetfilmdikte van LiE's veel groter is dan die van de basisolie bij lage snelheden en geleidelijk afneemt naarmate de snelheid wordt verhoogd. In LiE's wordt de overgangssnelheid naar het EHL-achtige gedrag dat alleen van zijn basisolie alleen mag worden verwacht, echter al rond 10 mm s -1 bereikt . Deze 'V-vormige' filmdikte versus snelheidscurve is waargenomen in eerdere vetstudies [27], [23]. In tegenstelling tot de op lithium gebaseerde vetten vertoont de CaSMix-filmdikte niet het 'V-vorm'-gedrag. In plaats daarvan neemt de filmdikte constant toe met de snelheid binnen het testsnelheidbereik. Vergelijkbaar gedrag werd waargenomen met het andere calciumsulfonaatcomplexvet, CaSMi, dat hier werd getest. Wederom is de vetfilmdikte hoger dan die verwacht van de overeenkomstige basisolie in het lage snelheidsbereik, onder ongeveer 200 mm s -1 .

Afb.8

Afb.8 . LiPAO (a), LiEs (b) en CaSMix (c) filmdikte en basisoliefilmdiktevoorspelling (ononderbroken lijn) uitgezet tegen meesnelheid.

3.4. Correlatie tussen wrijvingscoëfficiënt en filmdikte

De relatie tussen de filmdikte en wrijving werd onderzocht door te focussen op de twee extreme gevallen van CasMix- en LiPAO-vetten, met respectievelijk de hoogste en laagste wrijvingscoëfficiënten.

De gemeten waarden van filmdikte en wrijving voor CaSMix-vet en de afgetapte olie zijn beide uitgezet tegen de meesnelheid in Fig. 9 (a). Een vergelijkbare grafiek voor LiPAO wordt getoond in figuur 9 (b). De twee gestreepte horizontale lijnen markeren de geschatte grenzen tussen de drie smeerregimes: volledige film ( Λ > 3), gemengd (1 <>Λ <3) en="" grenssmering="" (="">Λ <> Duidelijke parallellen tussen wrijving en laagdiktegedrag voor CaSMix-vet zijn duidelijk in figuur 9 (a). Zowel wrijving- als filmdiktecurves voor vet en ontlucht / basisolie beginnen elkaar te overlappen met dezelfde meesnelheid van ongeveer 200 mm s -1 . Het CaSMix-vet vormt een film die dik genoeg is om de oppervlakken volledig te scheiden, zelfs bij de laagste snelheden, in tegenstelling tot zijn basisolie. Het gebied waar vet deze relatief dikke film produceert, valt echter samen met het gebied waar de vetwrijving aanzienlijk hoger is dan die van de afgetapte olie. Dit suggereert duidelijk dat de samenstelling en morfologie van de dikke film bij lage snelheden verantwoordelijk is voor de hogere wrijving.

Afb.9

Afb.9 . Correlatie van wrijving en filmdikte voor CaSMix (a) en LiPAO (b) en hun basis- en bloedoliën.

Een enigszins contrastgedrag van LiPAO-vet is duidelijk in figuur 9 (b). De vetfilmdikte is opnieuw hoog genoeg, zelfs bij lage snelheden en ondanks de zeer lage viscositeit van de basisolie, om het contact in het volledige filmregime over het gehele snelheidsbereik te behouden. In tegenstelling tot CaSMix-vet, resulteert de abnormaal dikke vetfilm bij lage snelheden in een wrijvingscoëfficiënt die veel lager is dan die van de ontluchte olie binnen hetzelfde lage snelheidsbereik. Bovendien overlappen de filmdikte en wrijvingskrommen voor vet en afgetapte olie nu niet bij dezelfde meesnelheid in tegenstelling tot CaSMix-vet. In plaats daarvan is de LiPAO-filmdikte nog steeds veel hoger dan die van de basisolie, met de snelheid waar de vet- en ontluchtingswrijvingskrommen beginnen samen te smelten (250 mm s -1 ). Interessant is dat, hoewel nog steeds hoger dan voor basisolie, de dikte van de vetfilm bij deze snelheid door een buigpunt gaat, wat een verandering in het smeersysteem van het vet suggereert.

Meer informatie over onze producten en offerte, stuur een e-mail naar: info@jxtcbearing.com