СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРОТИВОИЗНОСНЫХ И АНТИФРИКЦИОННЫХ СВОЙСТВ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2025 года по МПК G01N3/56 G01N33/30 

Изобретение относится к области исследования физико-химических и эксплуатационных свойств смазочных материалов для агрегатов трансмиссии, в том числе для оценки противоизносных и антифрикционных свойств полужидких смазок и трансмиссионных масел и может быть использовано в научно-исследовательских организациях, в организациях, занимающихся разработкой и применением смазочных материалов для агрегатов трансмиссии, с целью оценки качества и прогнозирования долговечности применения смазки или масла в высоконагруженных узлах трения техники.

Наиболее важными свойствами смазочных материалов, применяемых в агрегатах трансмиссии, являются противоизносные и антифрикционные, так как именно они определяют надежность работы зубчатых зацеплений.

Ужесточение требований к уровню эксплуатационных свойств смазочных материалов обусловлено расширением температурного и нагрузочного диапазона условий эксплуатации техники. Вопрос исследования противоизносных и антифрикционных свойств во всем диапазоне условий их применения при разработке и модернизации смазок и масел в настоящий момент остается актуальным.

Зубчатые зацепления испытывают высокие динамические нагрузки. Экспериментально установлено, что интенсивность заедания увеличивается с ростом контактных давлений, скоростей скольжения и температур в зоне контакта трущихся поверхностей. В связи с этим, наиболее важными условиями работы, влияющими на результат процессов изнашивания, являются число оборотов входного вала, от которого зависит скорость скольжения в зацеплении зубьев, контактные давления в зацеплении зубьев и рабочие температуры смазочного материала.

Высокие скорости скольжения и контактные давления в зацеплении зубьев в сочетании с ограниченными объемами картера создают повышенный температурный режим при работе шестеренчатых пар, что приводит к термоокислительной деструкции противозадирных и противоизносных присадок, содержащихся в смазочных материалах. Образующиеся химически активные соединения способствуют изнашиванию, в том числе и усталостному, зубчатого зацепления и тел качения подшипников, следствием чего является снижение ресурса узла трения. Степень износа зубьев шестерен определяет ресурс работы передачи, а увеличить ресурс возможно не только подбором смазочных материалов, обладающих соответствующими противоизносными свойствами, но и подбором условий эксплуатации техники (И.В. Крагельский, М.Н. Добычин, B.C. Комбалов Основы расчетов на трение и износ: М. - «Машиностроение». - 1977. - 390 с.).

Таким образом, при оценке противоизносных и антифрикционных свойств смазочных материалов необходимо исследовать их проявление при различных условиях эксплуатации узлов трения.

Перед авторами стояла задача разработать способ оценки противоизносных и антифрикционных свойств смазочных материалов при совместном влиянии факторов, определяющих результат процесса изнашивания: температуры смазочного материала, контактного давления и скорости скольжения в зацеплении зубьев.

Для оценки противоизносных, противозадирных и антифрикционных свойств смазочных материалов разработано достаточно большое количество лабораторных и стендовых методов. Они основаны на определении числа ступеней испытания при последовательном дискретном повышении нагрузки, которое выдержал смазочный материал; измерении диаметра пятна износа на поверхности контртела пары трения; определении предельной нагрузки, при которой смазочный материал не теряет своих свойств; а также на вычислении расчетных показателей, таких как, например, индекс задира или объем износа поверхности.

Для проведения трибологических испытаний смазочных материалов используются машины трения с различными схемами контакта трущихся поверхностей. Одной из наиболее распространенных является четырехшариковая машина трения (ЧШМ), для которой в России и за рубежом разработано множество стандартов и методик, таких как: ГОСТ 9490 (Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине); ГОСТ 23.221 (Обеспечение износостойкости. Метод экспериментальной оценки температурной стойкости смазочных материалов при трении); ГОСТ ISO 20623-201 (Жидкие смазочные материалы. Определение противозадирных и противоизносных свойств с использованием четырехшариковой машины (европейские условия)); ASTM D2783 (Standard test method for measurement of extreme-pressure properties of lubricating fluids (Four-Ball method)), ASTM D2596 (Standard test method for measurement of extreme-pressure properties of lubricating grease (Four-Ball method)), ASTM D2266 (Standard test method for wear preventive characteristics of lubricating greases (Four-Ball method)), DIN 51350 (Determination of shear stability of polymer-containing lubricating oils by the shell (Four-ball tester)); IP 239 (Determination of extreme pressure and anti-wear properties of lubricating fluids and greases (European conditions)) и др. Сущность методов состоит в проведении испытаний смазочного материала в узле трения, состоящем из трех неподвижных и одного подвижного шарика, закрепленного в шпинделе, вращающемся относительно трех нижних под заданной нагрузкой, диаметры шариков 12,7 мм. По результатам испытания оценивается несущая способность смазочного материала, предельная нагрузочная способность, противоизносные и противозадирные свойства. В ASTM D5183 (Standard test method for determination of the coefficient of friction of lubricants using the Four-Ball wear test maschine) предусматривается определение коэффициента трения, по IP 239 определяются противопиттинговые свойства смазочного материала при сверхвысоких нагрузках (6000 Н). Отличаются методы скоростью вращения верхнего шарика, которая изменяется в диапазоне 600…1800 об/мин в зависимости от конкретного метода; величиной и способом приложения нагрузки и продолжительностью испытаний от 0,1 до 60 минут, в зависимости от определяемых характеристик. В ASTM D 4172 (Standard test method for wear preventive characteristics of lubricating fluid (Four-Ball method)) регламентируется температура смазочного материла (75°С).

Общим недостатком перечисленных методов испытаний на ЧШМ является то, что они не позволяют моделировать контактные давления, реализуемые в узлах трения при эксплуатации техники, так как не обеспечивают в режиме трения моделирование работы сопряженных зубьев шестерен, что затрудняет установление преобладающего типа изнашивания (адгезионное, усталостное, коррозионное, тепловое и др.). При изучении влияния состава смазок на их эффективность при возвратно-поступательном движении при сравнении результатов трибологических испытаний было доказано, что результаты испытаний смазок на ЧШМ не коррелируют с результатами испытаний в паре плоских поверхностей, в которых реализуется возвратно-поступательное движение. Помимо этого, из-за большого тепловыделения при регламентируемых условиях проведения испытания и отсутствия теплоотведения от узла трения невозможно прецизионно контролировать температуру смазочного материала. Указанные методы эффективны для предварительной экспресс-оценки смазывающей способности и сравнения смазочных материалов.

Для оценки противоизносных и противозадирных свойств трансмиссионных масел широко используются шестеренчатые стенды и тесты типа FZG (FZG test, Four-square gear oil test); шестерня Райдера (LAE gear test). Испытания проводятся по нескольким методикам: СЕС L-07-A-95 (Load carrying capacity test for transmission lubricants (FZG Test Gig)); DIN 51354 (Testing of lubricants; mechanical testing of lubricants in the FZG gearing test machine, gravimetric method for lubricating oils A/8.3/90); IP 334 (Determination of load carrying capacity of lubricants - FZG gear machine method); ASTM D1947 (Test method for load-carrying capacity of petroleum oil and synthetic fluid gear lubricants). Сущность методов заключается в проведении испытаний с использованием цилиндрических шестерней, погруженных в смазочный материал и находящихся под нагрузкой. Шестерни прокручиваются в течение заданного времени при постоянном повышении нагрузки и измерении потери массы. Скорость скольжения от 0,44 м/с до 0,67 м/с, частота вращения ведущей шестерни от 2170 об/мин до 10000 об/мин, температура смазочного материала при запуске машины от 60°С до 100°С, продолжительность работы стенда на каждой ступени нагружения от 10 мин до 15 минут.

Предельной является нагрузка, при которой появляются следы задира на гребне или на основании зуба, либо достигается потеря массы зуба - 10 мг или проходит 12 циклов испытания (DIN 51354). Смазывающие свойства выражаются через число циклов, которое выдержал смазочный материал при повышении нагрузки, либо через нагрузку, при которой шестерни начинают застревать (OK нагрузка (OK Load)).

На данном стенде с прямозубыми цилиндрическими шестернями невозможно с требуемой точностью оценить пригодность смазочного материала для применения в гипоидных или червячных передачах, так как отсутствует возможность регистрации и поддержания температуры масла, а результаты испытаний сильно зависят от точности центровки осей пар трения, в связи с тем, что даже малые отклонения от соосности могут привести к экстремальным изменениям нагрузки и условий скольжения.

Для исследования процессов изнашивания и трения достаточно широко в настоящее время применяются вибрационные трибометры различного типа. Для проведения трибологических испытаний в России и за рубежом разработано достаточно большое количество стандартов и методик: ASTM D6425 (аналог DIN 51834-2) (Standard test method for measuring friction and wear properties of extreme pressure (EP) lubricating oils using SRV test machine) для испытаний трансмиссионных масел и гидравлических жидкостей; ASTM G133 (Standard test method for linearly reciprocating ball-on-flat sliding wear) для антифрикционных покрытий и различных жидких смазочных сред; DIN 51834-2 (Tribological test in the translatory oscillation apparatus - Part 2: Determination of friction and wear data for lubricating oils) для широкого круга масел, ASTM G99 (Standard test method for wear testing with a pin-on-disk apparatus), ASTM D7755 (Standard practice for determining the wear volume on standard test pieces used by high-frequency, linear-oscillation (SRV) test machine) (аналог DIN 51834-3) и ASTM D7421 (Standard test method for determining extreme pressure properties of lubricating oil using high-frequency, linear-oscillation (SRV) test machine) позволяют оценивать смазывающие свойства при экстремальном давлении; DIN 50324 (Testing of friction and wear model test for sliding friction of solids (Ball on disc system); СТО 08151164-0146-2013 (Метод оценки антифрикционных и противоизносных свойств смазочных масел).

Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является метод оценки антифрикционных и противоизносных свойств смазочных масел на вибрационном трибометре (ASTM D6425. Standard test method for measuring friction and wear properties of extreme pressure (EP) lubricating oils using SRV test machine (аналог DIN 51834-2)) для исследования трансмиссионных масел и гидравлических жидкостей. Сущность метода заключается в испытании масел на стенде, представляющем собой вибрационный трибометр, при заданных температурах и давлениях, которые выбираются в зависимости от типа испытуемого смазочного материала и измерении объема износа пластины, и коэффициента трения. При этом амплитуда колебаний пластины 1 (±0,2) мм и частота 50 Гц являются фиксированными величинами.

Недостатком указанного метода является то, что при проведении испытаний в условиях, определенных методикой, невозможно оценить совместное влияние факторов, таких как температура смазочного материала, скорость скольжения и контактное давление на результат изнашивая зубьев шестерен, а значения условий испытаний, определенных методикой, не представляется возможным соотнести с условиями эксплуатации техники, что не позволяет в полной мере оценить физико-химические и эксплуатационные свойства смазочного материала во всем диапазоне условий его применения. Кроме того, использование контактного профилометра, для оценки объема дорожки износа, не позволяет высокоточно оценить износ пластины, что соответственно, отрицательно влияет на оценку значимости факторов, противоизносных и антифрикционных свойств смазочных материалов.

Технический результат изобретения заключается в повышении информативности оценки противоизносных и антифрикционных свойств смазочных материалов за счет расширения диапазона условий испытаний, приближения условий испытания к реальным условиям эксплуатации техники и использовании для оценки объема дорожки износа пластины метода вертикальной сканирующей интерферометрии на оптическом профилометре, что позволит повысить достоверность получаемых результатов.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе оценки противоизносных и антифрикционных свойств смазочных материалов, включающем заполнение резервуара с установленной с помощью фиксатора металлической пластиной испытуемым смазочным материалом, установку металлического шарика, нагрев резервуара со смазочным материалом и пластиной до заданной температуры, дальнейшее термостатирование в течение 120 минут до прекращения дрейфов датчиков температуры смазочного материала, приведение в контакт поверхности шарика и пластины, воздействие давлением на контактирующие поверхности трения, создание определенной частоты осцилляции пластины и последующую оценку информационного показателя противоизносных и антифрикционных свойств испытуемых смазочных материалов (W_исп, ƒисп) по результату рассогласования с идентичным информационным показателем эталонного смазочного материала (W_эт, ƒ_эт), согласно изобретению, задают факторы условий процесса интенсификации противоизносных и антифрикционных свойств испытуемого смазочного материала: температуру испытуемого смазочного материала в интервале 70-100°С, частоту осцилляции пластины 32-64 Гц, давление в Герцевом контакте 62-366 МПа, которые кодируют в виде x₁, х₂, х₃, соответственно, шифруют значения факторов как «+1», «0», «-1», принимая за «+1» -максимальное значение, за «-1» - минимальное значение и за «0» - среднее значение между максимальным и минимальным, формируют из 15 этапов цикл испытаний как необходимую и минимально достаточную совокупность режимов испытаний в виде матрицы. После каждого этапа цикла испытаний рассчитывают значение объема дорожки износа пластины W_и и коэффициента трения ƒ, по завершении цикла испытаний рассчитывают обобщенные информационные показатели W_исп и ƒ_исп по следующим зависимостям

W_исп=8[b₀+0,33(b₁₁+b₂₂+b₃₃)]

ƒ_исп=8[b₀+0,33(b₁₁+b₂₂+b₃₃)],

где b₀, b₁₁, b₂₂, b₃₃ - коэффициенты, полученные из экспериментально определенных значений объема дорожки износа пластины и коэффициента трения после каждого этапа цикла испытаний смазочного материала, соответствующие средневзвешенному (b₀) и индивидуальному квадратичному (b₁₁, b₂₂, b₃₃) уровням влияния совокупности факторов на объем дорожки износа пластины и коэффициент трения, рассчитанные с использованием трех закодированных в виде x₁, x₂, х₃ факторов условий процесса, значения каждого из которых варьируется на трех уровнях, зашифрованных в виде «+1» - верхний; «0» - средний; - нижний, при значении обобщенного показателя W_исп, меньше W_эт и ƒ_исп меньше ƒ_эт смазочный материал рекомендуют к применению, при этом объем дорожки износа пластины после каждого этапа цикла определяют с использованием метода вертикальной сканирующей интерферометрии.

Температуры смазочного материала определены исходя из анализа рабочих температур полужидкой смазки при эксплуатации в редукторах с учетом охлаждения смазки в картере. В связи с тем, что наибольшие износы зубьев шестерен образуются при граничном трении, реализуемом при наиболее нагруженном тихоходном режиме эксплуатации, частота осцилляции пластины выбрана и пересчитана в соответствии с малыми скоростями скольжения. Контактные давления выбраны в диапазоне, соответствующем максимальным контактным давлениям в зубчатых зацеплениях (Алисин, В.В., Алябьев, А.Я., Архаров, A.M. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х кн. Т66. / Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. - М.: Машиностроение, 1978. - Кн.1., 1978. - 400 с.)

При этом, к верхнему, среднему и нижнему уровням относят, соответственно, максимальные, средние и минимальные значения факторов, формируют серию испытаний, состоящую из 15 опытов, количество, которых минимально, но при этом достаточно для полного описания процесса изнашивания и трения. Серию испытаний формируют в виде матрицы эксперимента в соответствии с планом Бокса-Бенкина для трех факторов.

Сущность технического решения заключается в использовании и оценке совокупности совместного воздействия факторов (температуры смазочного материала, частоты осцилляции пластины и давления в Герцевом контакте) на объем дорожки износа пластины и коэффициент трения. Для проведения исследований строят матрицу планирования эксперимента, отражающую взаимодействия трех факторов на трех уровнях при проведении цикла испытаний из 15 этапов (таблица 1).

Заявленный способ позволяет получить количественные оценки, характеризующие влияние каждого фактора и их совместное влияние, на объем дорожки износа пластины и коэффициент трения при эксплуатации техники.

Испытуемая металлическая пластина, согласно методу, располагается в закрытом резервуаре, наполненном смазочным материалом, что конструктивно соотносится с редуктором, имеющим картерную систему смазки.

Для проведения исследований выбраны 3 образца смазочных материалов: полужидкая редукторная смазка ЦИАТИМ-208 (ГОСТ 16422-79), используемая в настоящее время в редукторах и принятая в качестве эталона; трансмиссионное масло ТСз-9 гип (ТУ 38.101238-89), обладающее хорошими низкотемпературными и высокими противозадирными свойствами, морозостойкая полужидкая смазка Ресма-А (ТУ 20.59.41-025-08151164-2019), работоспособная при температурах до минус 65°С, обладающая высокими противозадирными и противоизносными свойствами. Температурные диапазоны применения смазочных материалов и трибологические характеристики представлены в таблице 2.

Условия испытаний в каждом опыте соответствовали совокупности параметров, представленных в таблице 1, так, для первого этапа цикла испытаний условия выбирались следующие: температура смазочного материала («+1» верхний уровень) - 100°С; частота осцилляции пластины («+1» верхний уровень) - 64 Гц, давление в Герцевом контакте («0» средний уровень) - 214 МПа.

После каждого испытания рассчитывался объем дорожки износа пластины и коэффициент трения в соответствии с методикой, приведенной в прототипе. Отличие также заключалось в использовании метода вертикальной сканирующей интерферометрии на оптическом профилометре для исследования топографии поверхности оптическим методом.

Объем дорожки износа пластины рассчитывался исходя из площади поперечного сечения износа пластины, площадь поперечного сечения износа пластины вычислялась с учетом ширины, высоты и контура профиля износа, полученного с использованием оптического профилометра в месте наибольшей глубины дорожки износа методом вертикальной сканирующей интереферометрии. Размер Герцевого контакта, давление в Герцевом контакте, объем износа шарика и пластины, среднее нормальное давление на контактной площадке, необходимые для определения объема дорожки износа пластины, рассчитывают в соответствии с формулами, приведенными в прототипе. Коэффициент трения определяют исходя из показаний датчика, снимаемых на протяжении всего испытания.

После завершения цикла испытаний и расчета объемов дорожек износа пластины результаты заносят в сводную таблицу (таблица 3).

Результаты испытаний подтверждают, что уровень и сочетание факторов существенно влияют на значение объема дорожки износа пластины и коэффициент трения для исследуемых смазочных материалов, что доказывает, что работоспособность зубчатых передач зависит не только от применяемого смазочного материла, но и от условий эксплуатации техники.

В соответствии с методикой планирования эксперимента (Some new three level designs for the study of quantitative variables, G.E.P. Box and D.W. Benken, Tecnometrics, Vol. 2, No 4,1960, pp. 455-475) рассчитаны коэффициенты b₀, b₁, b₂, b₃, b₁₂, b₁₃, b₂₃, b₁₁, b₂₂, b₃₃, характеризующие влияние каждого из факторов (b₁, b₂, b₃, b₄), их совместное (b₁₂, b₁₃, b₂₃) и квадратичное (b₁₁, b₂₂, b₃₃) влияние, средневзвешенный уровень (b₀) на объем дорожки износа пластины и коэффициент трения при испытаниях исследуемых смазочных материалов (таблица 4). Числовой индекс коэффициента b указывает на принадлежность его к конкретному фактору их произведению или квадратичному фактору.

По числовым значениям коэффициентов можно судить о влияния того или иного фактора или их совместном влиянии на исследуемый параметр (объем дорожки износа пластины и коэффициент трения). Знак минус перед коэффициентом характеризует снижение объема износа пластины и коэффициента трения при индивидуальном или совместном воздействии факторов.

Так, из анализа значений коэффициентов следует, что наибольшее влияние на объем дорожки износа пластины для смазки ЦИАТИМ-208 оказывает частота осцилляции пластины (х₂)(|b₂|>|b₃|>|b₁|), для трансмиссионного масла ТСз-9 гип и морозостойкой полужидкой смазки Ресма-А наибольшее влияние на объем износа пластины оказывает давление в Герцевом контакте (х₃)(|b₃|>|b₂|). Фактор температуры смазочного материала (x₁) является незначимым для трансмиссионного масла ТСз-9 гип и морозостойкой полужидкой смазки Ресма-А и не оказывает влияния на объем износа пластины в установленном интервале варьирования факторами. Наибольшее взаимное влияние на объем износа пластины в полужидкой смазке ЦИАТИМ-208 имеет взаимодействие частоты осцилляции пластины (х₂) и давления (х₃) (|b₂₃|>|b₁₂|). Для смазки Ресма-А совместное влияние частоты осцилляции пластины (х₂) и давления (х₃) по абсолютному значению несколько выше, чем температуры смазочного материала (x₁) и давления (х₃)(|b₂₃|>|b₁₃|), однако в результате первого взаимодействия происходит уменьшение объема износа (b₂₃=-87,25), а второе приводит к его увеличению. Для трансмиссионного масла большее влияние на объем износа пластины оказывают частота осцилляции пластины (x₂) и давление (х₃), чем температура (x₁) и частота осцилляции (х₂)(|b₂₃|>|b₁₂|), причем их взаимное влияние приводит к снижению объема износа пластины.

Из анализа значений коэффициентов уравнения регрессии и оценки их значимости следует, что для полужидкой редукторной смазки ЦИАТИМ-208 на коэффициент трения большее влияние оказывает частота осцилляции пластины (х₂), чем температура (x₁) смазочного материала и давление (х₃)(|b₂|>|b₁|>|b₃|). Причем, если с увеличением частоты осцилляции пластины (х₂) происходит снижение коэффициента трения, то с ростом температуры (x₁) смазочного материала и давления (х₃) коэффициент трения повышается. Совместное воздействие давления и частоты осцилляции пластины также приводит к увеличению коэффициента трения.

Для трансмиссионного масла ТСз-9 гип, также как и для смазки ЦИАТИМ-208, на коэффициент трения большее влияние оказывает частоты осцилляции пластины (х₂), затем по абсолютному значению следует давление и температура масла (|b₂|>|b₃|>|b₁|). При этом увеличение значений каждого из этих факторов приводит к снижению коэффициента трения. Совместное же влияние факторов ведет в возрастанию коэффициента трения, при этом наибольшее совместное влияние оказывает частота осцилляции пластины и температура смазочного материала (|b₂₃|>|b₁₂|>|b₁₃|).

Для морозостойкой полужидкой смазки Ресма-А коэффициент трения уменьшается с увеличением с увеличением частоты осцилляции пластины, все остальные коэффициенты, в том числе и характеризующие парные взаимодействия, незначимы.

Зная числовые значения коэффициентов, можно рассчитать интегральную оценку противоизносных и антифрикционных свойств испытуемых смазочных материалов в виде обобщенных показатели W_исп, ƒ_исп и W_эт, ƒ_эт.

Пример 1. Требуется оценить противоизносные и антифрикционные свойства полужидкой смазки Ресма-А. Оценка свойств проводится указанным в изобретении способом. В качестве эталона принимается полужидкая редукторная смазка ЦИАТИМ-208. Для получения дополнительной информации проводятся также сравнительные испытания с трансмиссионным маслом ТСз-9гип.

Проводили цикл серий испытаний в соответствии с условиями, закодированными в матрице планирования эксперимента, представленной в таблице 1.

Каждое из испытаний цикла из 15 серий, включало заполнение резервуара с установленной с помощью фиксатора металлической пластиной испытуемым смазочным материалом, нагрев резервуара со смазочным материалом и пластиной до заданной температуры, дальнейшее термостатирование в течение 120 минут до прекращения дрейфов датчиков температуры смазочного материала, воздействие давлением на контактирующие поверхности трения, создание определенной частоты осцилляции пластины, выбранных в соответствии с номером этапа цикла испытаний (согласно матрице планирования эксперимента) и расчет объема дорожки износа пластины и коэффициента трения. Результаты расчетов объема дорожки износа пластины и коэффициента трения для смазок ЦИАТИМ-208 и Ресма-А и трансмиссионного масла ТСз-9 гип приведены в таблице 3.

По завершении серии испытаний и расчета объемов износа пластин проводили расчет коэффициентов b (таблица 4).

Определяли обобщенный показатель W_исп по формулам:

W_исп=8b₀+8/3(b₁₁+b₂₂+b₃₃);

ƒ_исп=8b₀+8/3(b₁₁+b₂₂+b₃₃).

Для полужидкой смазки ЦИАТИМ-208, принятой за эталон:

W_эт=8×3092,67+8/3(-215,58+0,00-255,58)=23484,9;

ƒ_эт=8×0,0767+8/3(0,0000+0,0053-0,0042)=0,61653.

Для полужидкой смазки Ресма-А:

W_Ресма-A=8×1100,00+8/3(0,00+0,00+100,25)=9067,35;

ƒ_{Ресма-А}=8×0,0723+8/3(0,0000+0,0000+0,0000)=0,5784.

Для трансмиссионного масла ТСз-9 гип:

W_{ТСз-9гип}=8×1172,67+8/3(0,00+0,00+0,00)=9381,36;

ƒ_{ТСз-9гип}=8×0,0693+8/3(0,0017+0,0015+0,0035)=0,57227.

Так как значения обобщенных показателей W_исп и ƒ_исп для полужидкой смазки Ресма-А и трансмиссионного масла ТСз-9 гип меньше, чем для полужидкой смазки ЦИАТИМ-208, принятой в качестве эталона, смазка Ресма-А и масло ТСз-9 гип могут быть рекомендованы к применению в высоконагруженных агрегатах трансмиссии техники, так как превосходит аналог по противоизносным и антифрикционным свойствам во всем диапазоне условий применения.

Для получения информации о проявлении противоизносных и антифрикционных свойств смазочными материалами в условиях, входящих в диапазон варьируемых факторов объем дорожки износа пластины и коэффициент трения рассчитывается по формулам:

где x₁, х₂, х₃ - кодированные значения факторов из области варьирования факторов из матрицы планирования эксперимента; b₀, b₁, b₂, b₃, b₁₂, b₁₃, b₂₃, b₁₁, b₂₂, b₃₃ - числовые значения коэффициентов зависимости объема износа пластины от заданных факторов условий испытаний (таблица 4).

Так, например, если необходимо определить объем дорожки износа пластины или коэффициент трения при применении смазочного материала необходимо подставить числовые значения изменяемых факторов в полученные формулы в кодированном виде.

Таким образом, заявляемый способ оценки противоизносных и антифрикционных свойств смазочных материалов позволяет сократить время испытаний с нескольких месяцев до нескольких часов, и за счет реализации условий испытаний идентичных реальным условиям эксплуатации техники получать достоверную информацию не только об уровне противоизносных и антифрикционных свойств нового или модернизированного смазочного материала и сравнивать его с применяемым в настоящее время, но и определять раздельное и совместное влияние факторов условий эксплуатации на противоизносные и антифрикционные свойства смазочных материалов.

Так как при анализе патентной и литературной информации аналогичных способов, учитывающих совместное влияние факторов обнаружено не было, также не было выявлено использование в качестве вспомогательного метода вертикальной сканирующей интерферометрии заявленный способ отвечает требованиям патентоспособности, имеет новизну.

Применение разработанного способа позволит оценивать противоизносные и антифрикционные свойства известных, новых и модернизированных смазочных материалов и прогнозировать эффективность их применения в широком диапазоне условий эксплуатации техники.

Изобретение относится к области исследования физико-химических и эксплуатационных свойств смазочных материалов для агрегатов трансмиссии. Сущность: осуществляют заполнение резервуара с установленной с помощью фиксатора металлической пластиной испытуемым смазочным материалом, установку металлического шарика, нагрев резервуара со смазочным материалом и пластиной до заданной температуры, дальнейшее термостатирование в течение 120 мин до прекращения дрейфов датчиков температуры смазочного материала, приведение в контакт поверхности шарика и пластины, воздействие давлением на контактирующие поверхности трения, создание определенной частоты осцилляции пластины и последующую оценку информационного показателя противоизносных и антифрикционных свойств испытуемых смазочных материалов по результату рассогласования с идентичным информационным показателем эталонного смазочного материала. Задают факторы условий процесса интенсификации противоизносных и антифрикционных свойств испытуемого смазочного материала: температуру испытуемого смазочного материала в интервале 70-100°С, частоту осцилляции пластины 32-64 Гц, давление в Герцевом контакте 62-366 МПа. Проводится 15 испытаний как минимальное необходимое количество этапов в рамках одного цикла испытаний смазочного материала. После завершения каждого из этапов цикла испытаний фиксируется коэффициент трения и рассчитывается объем дорожки износа пластины W_и. По завершении цикла испытаний определяют обобщенные показатели и по объему дорожки износа пластины W_и, и коэффициенту трения ƒ для испытуемого смазочного материала, которые сравнивают с обобщенным показателем для эталонного смазочного материала. Технический результат: повышение информативности оценки противоизносных и антифрикционных свойств смазочных материалов, приближение условий испытания к реальным условиям эксплуатации техники и повышение достоверности получаемых результатов. 4 табл.

Способ оценки противоизносных и антифрикционных свойств смазочных материалов, включающий заполнение резервуара с установленной с помощью фиксатора металлической пластиной испытуемым смазочным материалом, установку металлического шарика, нагрев резервуара со смазочным материалом и пластиной до заданной температуры, дальнейшее термостатирование в течение 120 мин до прекращения дрейфов датчиков температуры смазочного материала, приведение в контакт поверхности шарика и пластины, воздействие давлением на контактирующие поверхности трения, создание определенной частоты осцилляции пластины и последующую оценку информационного показателя противоизносных и антифрикционных свойств испытуемых смазочных материалов (W_исп, ƒ_исп) по результату рассогласования с идентичным информационным показателем эталонного смазочного материала (W_эт, ƒ_эт), отличающийся тем, что задают факторы условий процесса интенсификации противоизносных и антифрикционных свойств испытуемого смазочного материала: температуру испытуемого смазочного материала в интервале 70-100°С, частоту осцилляции пластины 32-64 Гц, давление в Герцевом контакте 62-366 МПа, которые кодируют в виде x₁, х₂, х₃ соответственно, шифруют значения факторов как «+1», «0», «-1», принимая за «+1» - максимальное значение, за «-1» - минимальное значение и за «0» - среднее значение между максимальным и минимальным, формируют из 15 этапов цикл испытаний как необходимую и минимально достаточную совокупность режимов испытаний в виде матрицы:

после каждого этапа цикла испытаний рассчитывают значение объема дорожки износа пластины W_и и коэффициента трения ƒ, по завершении цикла испытаний рассчитывают обобщенные информационные показатели W_исп и ƒ_исп по следующим зависимостям:

W_исп=8[b₀+0,33(b₁₁+b₂₂+b₃₃)],

ƒ_исп=8[b₀+0,33(b₁₁+b₂₂+b₃₃)],

где b₀, b₁₁, b₂₂, b₃₃ - коэффициенты, полученные из экспериментально определенных значений объема дорожки износа пластины и коэффициента трения после каждого этапа цикла испытаний смазочного материала, соответствующие средневзвешенному b₀ и индивидуальному квадратичному (b₁₁, b₂₂, b₃₃) уровням влияния совокупности факторов на объем дорожки износа пластины и коэффициент трения, рассчитанные с использованием трех закодированных в виде x₁, х₂, х₃ факторов условий процесса, значения каждого из которых варьируются на трех уровнях, зашифрованных в виде «+1» - верхний; «0» - средний; «-1» - нижний, при значении обобщенного показателя W_исп меньше W_эт и ƒ_исп меньше ƒ_эт смазочный материал рекомендуют к применению, при этом объем дорожки износа пластины после каждого этапа цикла определяют с использованием метода вертикальной сканирующей интерферометрии.