Methodologie en analyse

- Dec 03, 2019-

Methodologie en analyse

Een aantal in de handel verkrijgbare vetten, gekozen om een breed scala van reële lagertoepassingen en bedrijfsomstandigheden te vertegenwoordigen, en daarom gemaakt van verschillende basisolie / verdikkingssystemen, werden getest. De studie was niet beperkt tot nominaal lage wrijving vetten, maar opzettelijk bedekt vetten van zeer ongelijksoortige samenstellingen en lagertoepassingen om significante trends in wrijvingsgedrag te identificeren. In een poging om de invloed van verdikkingsmiddel en olie te isoleren, werd ook de prestatie van afgetapte oliën verkregen uit elk vet bestudeerd. Bovendien werden filmdiktemetingen uitgevoerd om de interpretatie van de wrijvingsgegevens te helpen.

2.1. Smeermiddelen testen

Tabel 1 geeft de eigenschappen weer voor alle testvetten die in het onderzoek zijn gebruikt. Typische lagertoepassingen waarbij deze vetten worden gebruikt, worden ook gespecificeerd. Naamgeving van vet, weergegeven in kolom 1, geeft de samenstelling van het vet weer; 'LiMi' geeft bijvoorbeeld een lithiumverdikkingsvet aan met minerale basisolie. Zoals duidelijk is, dekken deze vetten een breed spectrum van chemische, fysische en reologische eigenschappen. Basisoliën variëren van mineraal tot PAO, ester en gemengde minerale / synthetische oliën, terwijl de verdikkingsmiddelen lithium, lithiumcomplex, polyurea en calciumsulfonaatcomplex omvatten. Vier vetten zijn gebaseerd op lithium 12-hydroxystearaat en één is een verdikt vet met lithiumcomplex. Dit is in grote lijnen representatief voor de wereldwijde markt van smeervetten, waarvan 70% momenteel gebaseerd is op lithiumzepen [20]. Twee van de geselecteerde vetten, LiE's en LiPAO, zijn gecategoriseerd als vetten met lage wrijving. Naast de gegevens in tabel 1, werd uit elk vet ook ontluchte olie verkregen door centrifugeren en werd het wrijvingsgedrag getest ter vergelijking.

Tabel 1 . Lijst met testvetten.

Vet Olie verdikkingsmiddel Olieviscositeit @ 40 ° C [cSt] Olieviscositeit @ 100 ° C [cSt] Toepassing
LIMI mineraal Lithium 74 8.5 Referentievet
LiMi2 mineraal Lithium 200 16 Hoge belasting extreme druk
Leugens ester Lithium 25.1 4.9 Lage wrijving
LiPAO PAO Lithium 18 4.5 Lage wrijving
LiCPAO PAO Lithiumcomplex 191 42 Breed temperatuurbereik
POES ester polyurea 70 9.5 Hoge temperatuur
CaSMi mineraal Calciumsulfonaatcomplex 420 26.5 Op zwaar werk berekend hoge temperatuur
CaSMix Gemengd mineraal / synthetisch Calciumsulfonaatcomplex 80 8.6 Op zwaar werk berekend lage temperatuur

2.2. Experimentele apparatuur en procedure

Wrijving en filmdikte werden gemeten in afzonderlijke experimenten op bal-op-schijf tribometers om de eigenschappen van de smeerfilms te karakteriseren over een bereik van meesnelheid en temperaturen. De herhaalbaarheid van de resultaten werd bevestigd door elke wrijving en filmdiktetest voor elk vet en elke testconditie ten minste tweemaal uit te voeren.

De MTM (Mini Traction Machine) rig werd gebruikt voor de wrijvingstests. Deze installatie maakt gebruik van een kogel-op-schijf configuratie, schematisch geïllustreerd in Fig. 1 (a), waarbij zowel kogel- als schijfspecimens zijn gemaakt van AISI 52100 standaard lagerstaal. De kogel en schijf worden in een temperatuurgecontroleerde stalen behuizing gehouden en worden onafhankelijk aangedreven zodat een reeks snelheden en glij-rolverhoudingen kunnen worden verkregen. De testinstallatie is eerder gebruikt om wrijving bij vetsmering te meten [9], [6]. Wrijvingstests bestonden uit 4 meetstappen. In de eerste stap werd een kleine kogelbelasting op de schijf uitgeoefend, met een constante snelheid van 5 mm s −1 , gedurende 5 minuten en in zuivere rolomstandigheden. Deze voorbereidende stap werd geïntroduceerd met als doel het voorscheren van het vet, gelijk aan gebruikelijke protocollen die worden gebruikt om de vetstroom en visco-elasticiteit in een reometer te onderzoeken [21], en om voor elke test dezelfde initiële toestand te waarborgen. De wrijvingsgegevens werden vervolgens verkregen in 3 opeenvolgende snelheidsveegstappen, waarbij de snelheid werd verhoogd van 10 mm s -1 tot 1000 mm s -1 om Stribeck-achtige krommen te genereren. Met deze procedure kon de stapherhaalbaarheid binnen dezelfde test worden gevolgd en kon het effect van tijdsafhankelijkheid op de evolutie van de wrijvingscoëfficiënt na elke stap worden geanalyseerd. Wrijvingstests werden uitgevoerd bij 40 ° C, 60 ° C en 80 ° C. Hetzelfde testprofiel werd gebruikt om het gedrag van de afgetapte oliën te bestuderen. De herhaalbaarheid van de wrijvingsresultaten voor alle testvetten binnen het gespecificeerde bereik van omstandigheden was uitstekend. Niettemin worden alle wrijvingsresultaten in dit artikel uitgezet als een gemiddelde van twee laatste Stribeck-stappen van elke test en de herhaling ervan.

figuur 1

Afb.1 . Schematische weergave van wrijving (a) en filmdikte (b) testopstelling en vetschep (c).

Metingen van de filmdikte werden uitgevoerd met behulp van een optische interferometrieapparatuur met dunne film [18], [22] schematisch geïllustreerd in figuur 1 (b). Dit maakt ook gebruik van een ball-on-disk geometrie, maar in dit geval is het bovenste schijfoppervlak van glas om optische interferometriemetingen mogelijk te maken. De testprocedure voor de filmdikte bestond uit 3 stappen, waarbij de eerste stap equivalent is aan die in wrijvingstests en de rol ervan is om consistente omstandigheden in elke test te waarborgen. De metingen van de filmdikte werden genomen tijdens de volgende Stribeck-stappen, waarbij de snelheid eerst werd verhoogd van 5 mm s -1 tot 1000 mm s -1 en vervolgens werd teruggebracht tot 5 mm s -1 . Zoals het geval was voor de wrijvingsmetingen, worden de filmdikte resultaten in dit papier uitgezet als een gemiddelde van snelheidsverlagingsstappen van elke test en de herhaling ervan.

De filmdiktetests werden alleen bij 40 ° C uitgevoerd.

Het testprofiel en de omstandigheden voor de wrijving en laagdiktemetingen zijn samengevat in tabel 2. Voorafgaand aan elke test werden alle monsters gereinigd in tolueen en isopropanol in een ultrasoon bad en vervolgens aan de lucht gedroogd voorafgaand aan de assemblage.

Tabel 2 Wrijving en filmdikte testomstandigheden.

Test Wrijving Film dikte
Proefmonsters 52100 stalen schijf; Verchroomde glazen schijf met afstandslaag;
AISI 52100 stalen kogel met een diameter van 19,05 mm AISI 52100 stalen kogel met een diameter van 19,05 mm
Samengestelde ruwheid Rq [nm] 18.5 <>
Maximale Hertziaanse druk [GPa] 0.96 0.52
Temperaturen [° C] 40, 60 en 80 40
Schuif / rolverhouding [%] 10 0
Bereik snelheidsregeling [mm s −1 ] 10-1000 5-1000

Om een continue toevoer van smeermiddel aan het contact te handhaven, werd een kleine lepel voor de inlaat geplaatst om vet terug in het spoor te geleiden in zowel wrijving- als filmdiktetests zoals geïllustreerd in figuur 1 (c). Dit zorgde ervoor dat de contactzone volledig overstroomd werd met smeermiddel over het gehele snelheidsbereik. In de wrijvingstests met afgetapte oliën was dit niet nodig, omdat in dit geval de volledig ondergelopen omstandigheden eenvoudig werden bereikt door de pot te vullen waar de schijf is bevestigd, tot aan het contactoppervlak.

De filmdikte en wrijvingsmetingen werden uitgevoerd op afzonderlijke instrumenten met verschillende schuif-rolverhoudingen, materialen en belastingen. Er is aangetoond dat de aanwezigheid van matig glijden een verwaarloosbare invloed heeft op de dikte van de vetfilm in EHL-contacten onder volledig ondergelopen omstandigheden. Daarom moeten alleen de invloeden van verschillende belasting en materiaalelastische eigenschappen worden verantwoord. Gegeven de EHD-theorie zijn deze minimaal, maar er is toch rekening gehouden met het gebruik van de Hamrock – Dowson EHL-laagdiktevergelijking die tot de volgende relatie leidde: hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">h hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">MTM hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">h hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">E hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">H hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">D hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">= hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">( hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">E hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">E hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">H hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">D hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">` hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">E hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">M hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">T hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">M hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">` hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">) hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">0 hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">. hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">073 hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">* hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">( hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">w hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">E hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">H hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">D hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">w hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">M hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">T hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">M hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">) hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">0 hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">. hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">067 hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">= hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">~ hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">0 hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">. hMTMhEHD=(EEHD`EMTM`)0.073*(WEHDWMTM)0.067=~0.92">92

waarbij h de centrale filmdikte is, E ׳ de verminderde Young ׳ s modulus, W de belasting en de achtervoegsels MTM en EHD verwijzen respectievelijk naar de wrijving- en filmdiktetests. Deze factor werd gebruikt om de laagdiktemetingen van de EHD-installatie op de MTM-installatie te projecteren, waardoor het mogelijk werd om afzonderlijke grafieken te maken met betrekking tot de filmdikte en wrijvingstrends in vetgesmeerde contacten.

Ten slotte, wanneer gemeten vetfilmdikten worden vergeleken met de overeenkomstige basisoliewaarden in deze studie, werd de laatste ook geschat met behulp van de Hamrock-Dowson-filmdikteformule . In deze berekeningen waren de kinematische viscositeiten van de basisolie die van leveranciers en weergegeven in , terwijl werd aangenomen dat de dichtheid 850 kg m -3 was voor alle basisoliën omdat er geen exacte cijfers beschikbaar waren. De druk-viscositeitscoëfficiënten werden berekend met behulp van een procedure beschreven door Khonsari en Booser.

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