Исследование влияния макрогеометрии трущихся стальных тел при их точечном контакте на трибологические характеристики смазочных сред при граничной смазке

Исследовано влияние формы контактирующих неконформных элементов узлов трения, образующих при соприкосновении начальный точечный контакт, на трибологические характеристики смазочных сред при трении в режиме граничной смазки. Точечный контакт трущихся тел реализуют на четырёхшариковых машинах трения при испытаниях трибологических характеристик смазочных материалов в соответствии с ГОСТ 9490–75 и ГОСТ 23.221–84. Такие испытания проводят при трении стандартных подшипниковых шариков, что не позволяет учитывать влияние материалов трущихся тел на результаты эксперимента. В этой связи были разработаны две альтернативные конструкции оправок, позволяющие реализовать схемы трения «вращающийся шар, зажатый в шпинделе машины, — три торца роликов» и «вращающийся шар — боковые поверхности трех цилиндрических роликов». Для обеих схем трения нагрузки на узел трения, как и на параллельно испытываемую оправку, в которой установлены три шарика, выбраны одинаковыми — 108 Н, частота вращения шпинделя — 1 мин^–1, продолжительность испытаний — 60 мин. Диаметр всех используемых шариков — 12,7 мм, диаметр роликов — 8 и 5 мм, материал образцов — сталь ШХ-15 или ее аналог — 100Cr6. Конструкции всех трех оправок и размеры соответствующих образцов подобраны таким образом, чтобы во всех случаях контакты исследуемых образцов с изнашивающим шариком лежали на окружности диаметром 7,32 мм. Испытания проводили при отсутствии смазочного материала, при трении в среде полиальфаолефинового масла ПАО-4, а также в среде того же масла с присадками олеиновой кислоты и ДФ-11 (раствора диалкилдитиофосфата цинка в маловязком масле). Установлено, что решающее влияние на результаты испытаний (на значения коэффициентов трения и площадей износа) оказывает состав смазочной среды, в то время как геометрия трущихся тел, а также максимальные герцевские напряжения при трибологическом контакте влияют на антифрикционные и противоизносные свойства масел в существенно меньшей степени.

1. Буяновский И. А. Граничная смазка / Трибология. Состояние и перспективы. В 4-х т. Т. 2. Смазка и смазочные материалы. — Уфа: РИК УГАТУ, 2019. С. 170 – 186.

2. Surface Modification and Mechanisms: Friction, Stress, and Reaction Engineering / Ed. by G. E. Totten, H. Liang. — Boca Raton: CRC Press, 2004. — 800 p. DOI: 10.1201/9780203021545

3. Hardy W. B., Doubleday I. Boundary lubrication. The Paraffin Series / Proc. Roy. Soc. Lond. 1922. Vol. 100. N 707. P. 550 – 574. DOI: 10.1098/rspa.1922.0017

4. Zhang J., Meng Y. Boundary lubrication by adsorption film / Friction. 2015. Vol. 3. P. 115 – 165. DOI: 10.1007/s40544-015-0084-4

5. Godfrey D. Boundary Lubrication / Interdisciplinary approach to friction and wear // Ed. by P. M. Ku. NASA Spec. Publ. SP-181. — Washington: NASA, 1968. P. 335 – 384.

6. Zahid R., Masjuki H. H., Varman M., Mufti R. A., Kalam M. A., Zulfiki N. W. B. M., Gulsar M. A review on effects of lubricant formulations on tribological performance and boundary lubrication mechanisms of non-doped DLC/DLC contacts / Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2017. Vol. 42. N 4. P. 267 – 294. DOI: 10.1080/10408436.2016.1186599

7. Zahid R., Masjuki H. H., Varman M., Mufti R. A., Kalam M. A., Gulsar M. Effect of lubricant formulations on the tribological performance of self-mated doped DLC contacts: A review / Tribol. Lett. 2015. Vol. 58. N 2. P. 1 – 28. DOI: 10.1007/s11249-015-0506-5

8. Комбалов В. С. Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных и смазочных материалов: Справочник. — М.: Машиностроение, 2008. — 384 с.

9. Буяновский И. А., Хрущов М. М., Самусенко В. Д. Алмазоподобные углеродные покрытия: трибологическое поведение при граничной смазке. Часть I. Структура, методы испытаний, смазка адсорбционными слоями / Материаловедение. 2021. № 9. С. 3 – 18. DOI: 10.31044/1684-579X-2021-0-9-3-18

10. Карасик И. И. Методы трибологических испытаний в национальных стандартах стран мира. — М.: Наука и техника, 1993. — 327 с.

11. Хрущов М. М. Новые приборы для изучения износа материалов и деталей машин. — М.: Изд-во АН СССР, 1957. — 40 с.

12. Буяновский И. А., Самусенко В. Д., Щербаков Ю. И. Модернизация узла трения машины КТ-2 для оценки антифрикционных свойств тонких покрытий в режиме граничной смазки / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 12. С. 65 – 68. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-12-65-68

13. Цветков О. Н., Черемискин А. Л. Трибологическая оценка свойств смазочных масел / Мир нефтепродуктов. Вестник нефтяных компаний. 2017. ¹ 2. С. 25 – 27.

14. Johnson K. L. Contact Mechanics. — Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1985. — 452 p. DOI: 10.1017/CBO9781139171731

15. Матвеевский Р. М. Методы и аппаратура для оценки триботехнических свойств смазочных материалов / Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник. — М.: Машиностроение, 1989. С. 20 – 41.

16. Chen Y., Renner P., Liang H. A review of current understanding in tribochemical reactions involving lubricant additives / Friction. 2023. Vol. 11. P. 489 – 512. DOI: 10.1007/s40544-022-0637-2

17. Большаков А. Н. и др. Лабораторные трибологические испытания тонких углеродных покрытий в смазочных средах / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2011. Т. 27. ¹ 11. С. 27 – 31. DOI: 10.1134/S0020168512140051