Tri Bodi Agnos Tika

8/19/2019 Tri Bodi Agnos Tika

1/156

Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostravafakulta strojní

TECHNICKÁ DIAGNOSTIKAA SPOLEHLIVOST

I.TRIBODIAGNOSTIKA

Doc.Ing. František Helebrant,CSc.

Doc.Ing. Jiř í Ziegler,CSc.Doc.Ing. Daniela Marasová, CSc.

Ostrava 2000


2/156

1

Př edkládané skriptum je ur čeno př edevším studentům bakalář ského studia oboru„Technická diagnostika, udržování a opravy“, ale samozř ejmě všem dalším studentům,kteř í ve svém studijním plánu mají př edměty zabývající se v obecném slova smyslu problematikou technické bezdemontážní diagnostiky a údržby.

V rámci ucelenosti a pedagogické koncepčnosti jsou do skript zař azeny nutnékapitoly tribologie a tribotechniky, z kterých tribodiagnostika jako taková vychází,takže lze př edkládané skriptum doporučit i ke studiu těchto př edmětů.

Nesmírný dík autor ů patř í panu Vladislavu Markovi, který poskytl celouř aduvěcných př ipomínek, většinu podkladů provozních měř ení , takže jej lze považovat zarovnoprávného spoluautora.

Autoř i


3/156

2

OBSAH

1. ÚVOD ……………………………………………………………………… 5

1.1. Základní definice a terminologie ………………………………………. 5

1.2. Historický vývoj ………………………………………………………. 8

1.3. Technický, technologický a ekonomický význam ……………………. 9

2. TRIBOLOGIE ……………………………………………………………… 9

2.1. Všeobecná teorie ………………………………………………………. 92.1.1. Tribologický systém ……………………………………………... 102.1.2. Tribologické procesy …………………………………………….. 14

2.2. Kontaktní procesy …………………………………………………….. 15

2.3. Tř ení …………………………………………………………………… 152.3.1. Kluzné tř ení ………………………………………………………. 202.3.2. Valivé tř ení ……………………………………………………….. 21

2.4. Opotř ebení …………………………………………………………….. 222.4.1. Mechanizmy a druhy opotř ebení …………………………………. 23

2.5.

Maziva ………………………………………………………………… 262.5.1. Vlastnosti maziv ………………………………………………….. 282.5.2. Klasifikace maziv ………………………………………………… 342.5.3. Ekologicky odbouratelná maziva ………………………………… 362.5.4. Př ísady do maziv …………………………………………………. 36

2.6. Tribometrie …………………………………………………………… 37


4/156

3

3. TRIBOTECHNIKA ……………………………………………………….. 44

3.1. Základní tribotechnický výklad vybraných strojníchčástí …………… 443.1.1. Šroub, pružina, hř ídel ……………………………………………. 45

3.1.2. Ložiska a těsnění …………………………………………………. 473.1.3. Ozubení ………………………………………………………….. . 623.1.4. Ř etězy, ocelová lana, brzdy a spojky …………………………….. 66

3.2. Mazací soustavy a zař ízení …………………………………………… 703.2.1. Krátkodobé mazací soustavy a zař ízení …………………………. 723.2.2. Dlouhodobé mazací soustavy a zař ízení ………………………… 73

4. TRIBODIAGNOSTIKA ………………………………………………….. 97

4.1. Základní pojmy a úvod do problematiky …………………………….. 98

4.2. Rozdělení metod tribodiagnostiky ……………………………………. 99

4.3. Odběr vzork ů pro analýzu ……………………………………………. 100

4.4. Tribodiagnostická degradace maziva ………………………………… 1014.4.1. Tribodiagnostika degradace mazacího oleje …………………….. 102

4.4.1.1. Hodnocení fyzikálně chemických parametr ů mazacího oleje ……………………………………………… 102

4.4.1.1.1. Kinematická viskozita …………………………………… 102

4.4.1.1.2.

Bod vzplanutí …………………………………………….. 1034.4.1.1.3. Obsah vody ………………………………………………. 1054.4.1.1.4. Číslo alkality a kyselosti …………………………………. 1064.4.1.1.5. Conradsonův karbonizační zbytek ……………………….. 1074.4.1.1.6. Kapková zkouška ………………………………………… 1084.4.1.1.7. Celkové znečištění ……………………………………….. 111

4.4.1.2. Spektrální analýza mazacích olejů …………………………... 1144.4.1.3. Změna kvality mazacího oleje ………………………………. 115

4.4.2. Tribodiagnostika degradace plastického maziva ………………… 116


5/156

4

4.4.2.1. Hodnocení plastických maziv ………………………………….. 117

4.5. Tribodiagnostika opotř ebení strojních systémů ………………………... 1194.5.1. Rozdělení metod …………………………………………………. 119

4.5.2. Atomová spektrofotometrie ……………………………………… 1194.5.2.1. Atomová emisní spektrofotometrie …………………………. 1204.5.2.2. Atomová absorpční spektrofotometrie ………………………. 120

4.5.3. Částicová analýza - ferografie …………………………………… 1214.5.3.1. Podstata ferografie …………………………………………… 1214.5.3.2. Feroskopické vyhodnocení …………………………………... 1234.5.3.3. Ferodenzimetrické vyhodnocení …………………………….. 125

4.5.4. Další metody ……………………………………………………… 1264.5.4.1. Polarografie ………………………………………………….. 1264.5.4.2. Voltametrie ………………………………………………….. 1274.5.4.3. Metoda RAMO ……………………………………………… 127

4.6. Př íklady provozních měř ení ……………………………………………. 1274.6.1. Diagnostika hydraulických obvodů ……………………………… 127

4.6.1.1. Parametrické metody ………………………………………... 1284.6.1.2. Termodynamické metody …………………………………… 1284.6.1.3. Vibroakustické metody ……………………………………… 1294.6.1.4. Tribodiagnostické metody …………………………………... 129

4.6.2. Vybrané př íklady provozních měř ení ……………………………. 1304.6.2.1. Diagnostika motorových olejů ……………………………… 1314.6.2.2. Diagnostika pr ůmyslových a speciálních olejů ……………… 141

4.7. Multiparametrická diagnostika a tribodiagnostika ……………………… 151

5. VÝZNAM TRIBODIAGNOSTIKY V KOMPLEXNÍM HODNOCENÍTECHNICKÉHO STAVU STROJŮ A ZAŘ ÍZENÍ …………………….. 153

LITERATURA …………………………………………………………….. 154


6/156

5

1. ÚVOD

Jednoznačně lze ř íci, že na prahu 60 až 70 let se ve světovém měř ítku dostává do popř edí otázka šetř ení všemi druhy energií a to př edevším v souladu sř ešením problematiky ochrany životního prostř edí.

V roce 1966 zpracovala komise pod vedením P.H. Josta (Jost, H.P. Comittee onLubrication. Tribolog Report, London 1966) zprávu, která se zabývala otázkami tř ení,opotř ebení , mazání a tím souvisejícími energetickými úsporami. Lzeř íci, že tímtorokem je datován vznik nové vědy – TRIBOLOGIE, která v již zmíněné Jostově zprávě byla definována jako „Věda a technika vzájemného působení povrchů tuhých těles př i jejich relativním pohybu a s praxí tím spojenou“.

Je naprostou samozř ejmostí, že s danou problematikou úzce souvisí otázkazvyšování provozní spolehlivosti strojů a zař ízení, takže je vlastně dám popud kř ešeníotázek vycházejících z tribologie, která jako taková získává charakter základnítechnické disciplíny, která využívá poznatky klasických technických a př írodních věd,což vede k chápání její podstaty a vývoje jako multidisciplinární vědy.

1.1. Základní definice a terminologie

Vlastní kmenový základ tribo vychází zř eckého tribos (tř ení),čímž jsou vyjádř enyzásluhyř eckých myslitelů, kteř í položili základy moderním vědám.

Mezinárodní tribologická rada (International Tribology Conncil- ITC) zavedlanásledující definici „Tribologie je věda a technologie (teorie a praxe) zaobírající sevzájemným působením povrchů př i jejich relativním pohybu a s nimi souvisejícímisubjektmi a praktikami“.

Další známá definice (Dzimko, M: Základy tribotechniky, trenie, opotrebenieamazanie. In: Tribotechnika, Žilina 1985, s. 20) „Tribologie je nauka o vědeckémvýzkumu a technickém použití zákonitostí a poznatk ů pro vědní obory tř ení, opotř ebenía mazání. Jedná se o vědu, která se zabývá ur čováním všech možných reálných př írodních a umělých tribotechnických systémů“.

Podle [1] „Tribotechnika je oblast techniky, která usiluje o technické a ekonomickéovládnutí procesů tř ení a opotř ebení tř ecích uzlů vědecky zdůvodněnými opatř eními př i jejich konstrukci , dimenzování , výrobě, provozu a údržbě. Nezastupitelnou součástí je př edevším technika mazání a technika ochrany proti opotř ebení“.

Podle [4] „Tribotechnika je věda o vzájemném působení př i pohybu , obsahujícíveškeré komplexní otázky tř ení, opotř ebení a mazání strojů.“

Jak je patrno, existuje celář ada definic, ale je možno jednoznačně ř íci , že vždy se

setkáváme s následujícími základními pojmy a základním pohledem.TRIBOLOGIE – věda zabývající se chováním dotýkajících se povrchů př i pokusu ovzájemný pohyb.TRIBOTECHNIKA – vědní obor zabývající se aplikací tribologických zásad dokonstrukce strojů a zař ízení .

Vlastní souvislost tribologie se základními vědními obory, bývá nejčastě jivyjadř ována známým obr.č. 1 a obsah obr.č. 2. Z obrázk ů je patrné, že následně ;mluvíme :TRIBOFYZIKA – posuzuje fyzikální aspekty vzájemného působení kontaktujících se povrchů př i jejich vzájemném pohybu.TRIBOCHEMIE - popisuje chemické působení kontaktujících se povrchů s chemickyaktivním médiem.


7/156

6

TRIBOMECHNIKA - popisuje mechaniku vzájemného působení kontaktujících se povrchů př i tř ení.

OBR. 1 Souvislost tribologie se základními vědními obory

OBR. 2 Obsah tribologie [5]

TRIBOLOGIE

TRIBOLOGICKÝ VÝZKUM

TRIBOTECHNIKA

TECHNIKA MAZÁNÍ

STOJÍRENSTVÍPROVOZNÍ HOSPODÁŘ STVÍ

MAZACÍ SLUŽBA

PROVOZNÍ PŘ EDPISYLEGISLATIVA

ORGANIZACE

PRACOVNÍ METODY

FYZIKA

UŽIVATEL MAZIVA

MATERIÁL


8/156

7

TRIBOORGANIZACE – použití a využití výsledk ů tribotechniky a tribologie proorganizaci ař ízení produk ční sféry výrobních společností apod.TRIBOTECHNOLOGIE – ř ešení výrobních technologií z tribologického hlediskaTRIBOBIOLOGIE – biologické aspekty vzájemného působení př irozenýchtribologických systémů (např . klouby).Uvedené ur čitě plně potvrzuje obr.č. 3 [1], který v podstatě shrnuje a rozvádí uvedené.

Relativně samostatnou kapitolou jeTRIBODIAGNOSTIKA (kap.4), která využíváinformací získaných z maziva k objektivnímu ur čení technického stavu sledovanéhoobjektu.

OBR. 3 Zař azení pojmu tribologie[1]


9/156

8

1.2. Historický vývoj

I když problémy související s tř ením, opotř ebením a mazáním jsou stejně staré jakolidstvo samo, tak nelze uvést, že jsou již plně poznány. Je nutné si uvědomit, že prapůvod je vlastně už v pravěku , kdy sečlověk naučil rozdělávat oheň tř ením, pozdě jiv Mezopotámii vynalezne kolo a vlečení nahradí valením, že začal používat kapalinu kesnížení tř ení atd.

Z technického hlediska je nutná zmínka o Archymédesovi (asi 250let př ed n.l.) použil kovová mazaná ložiska, použití živočišného tuku se prý dokonce datuje 1400 let př ed n.l.. R ůzné teorie a pojmy související s tř ením jsou spojovány a datovány už např .do r. 1500 - Leonardo da Vinci (attrito) 1699 – Amontons (Frottement), 1710 – Leibnitza Sturm (frictio), 1748 – Steinwehr (Reibung).

Už Leonardo da Vinci (1452 – 1519) dospěl k následujícím poznatk ům:

• velikost tř ecí síly je úměrná kolmému zatížení a nezávisí na velikosti ploch

tř ecích těles,• součinitel tř ení je pro všechny kovy stejný a dosahuje hodnoty 0,25.

O 200 rok ů pozdě ji francouz Amontons formuluje stejné poznatky,čímž zakládágeometricko – mechanickou teorii tř ení a v roce 1699 definuje první zákon tř eníμ=FT/F N, který pozdě ji př echází do literatury pod názvem Coulombův zákon (obr.4ukazuje dobový náčrt tribometru)

OBR. 4 Náčrt dobového Coulombova tribometru


10/156

9

V roce 1729 Dasagulier publikuje práci objasňující tř ení na podstatě molekulárníchvazeb ( pokračovali Hardy, Tomlinson, Göttner, Prandte a další). Energetická analýzatř ení je prezentována pracemi – Kuzněcova, Daviesa, Trossa a dalších. První klasifikacídruhů opotř ebení vypracoval Brinell v r. 1921 (podle kinematických kritérií) a Burwellv roce 1957 podle druhu a mechanismu působení.

Do historie musíme zahrnout i pokusy Towera (1833) s radiálními ložisky,odvození tloušťky mazacího filmu Petrovem (1883), základy hydrodynamické teoriemazání Reynoldse (1884) práce Stribecka (1902), práce posledních 30-ti let na tzv.elastohydrodynamické teorii mazání (Grubin, Cheng, Hamrock aj.)

1.3. Technický, technologický a ekonomický význam

Je odhadováno, že ztráty způsobené nesprávnou aplikací tribologických zásad jsou prý okolo 30% vyrobené energie, že 80-90% strojů je vyř azováno v důsledku škod

z opotř ebení tenkých povrchových vrstev, že podíl ložisek na ztrátách je 38 – 50% atd.K základním př íčinám pak patř í:

• nevhodná volba tř ecích dvojic• nevhodná metoda, respektive způsob mazání• nevhodné mazivo• nesprávné tribotechnické a konstruk ční normy• zanedbání vlivu okolí apod.

Pak je ur čitě zř ejmé , že správné aplikace tribologických zásad musí v zásadě př inést:

• vyšší spolehlivost a životnost• vyšší využití a možnost vyššího nasazení technických provozních parametr ů

a to se naprosto oprošťujeme od pozitivních vlivů, resp. př ínosů, př edevšímv ekologické oblasti a dalších nejmenovaných oblastech.

2. TRIBOLOGIE

I když by mělo být zř ejmé, tak př esto uvádíme, tribologie jako věda má svů j cíl veshromažďování, tř ídění, uplatňování a dalším rozvíjení znalostí o vlastnostech achování tř ecích, tzn. tribologických uzlů.

2.1. Všeobecné teorie

Jak uvádí práce ( Fleischer, G. – Gröger, H. – Thun,J.: Verschleiss und Zuverlässigkeit.Berlín 1980), tak existují dvě základní zájmové oblasti uplatnění tribologie :

Př irozené tribologické systémy – kloubyčlověka a zvíř at, pohybový aparát,koř eny rostlin apod.

Umělé tribologické systémy –části technických systémů vytvoř enýchčlověkem


11/156


12/156

11

Ve zvláštních př ípadech okolí (4) splývá s jedním aktivním prvkem (1,2,3) – viz.tab.č.1 letadlo – vzduch, ponorka – voda.

Pro každý tribologický systém je zásadní nezvratnost změny mechanické energie naenergii tepelnou, což je důkazem, že tribologický systém je ve své podstatě energetickým systémem (obr .6), resp. energetickým systémem s r ůznými výstupy(obr.7.).

OBR. 6 Čistý energetický systém

OBR. 7 Energetický systém s r ůznými výstupy

Vlastní funkce reálného tribologického systému se zkoumá a vyšetř uje natribologickém modelu, tj. takovému modelu, který vykazuje z tribologického hlediska podobnost s reálným nebo ideálním tř ecím uzlem a tím nám umožní jeho popsání, tzn.mluvíme o modelování a jsme v kap. 2.5. Tribometrie.

Tribotechnický systém je pak systém vyšší úrovně, který sestává z více (minimálně dvou) tribologických systémů a svoji strukturou je schopný realizovat zadanoutechnickou funkci – obr. 8. a obr. 9.


13/156

12

OBR. 8 Základní schéma tribotechnického systému

OBR. 9 Tribotechnický systém – jednostupňová př evodovkaω - úhlová rychlost, M - kroutící moment, T - těsnění, L – ložiska,OZ - záběr ozubení, f 1,f 2 ,f 3 - technické funkce

Uvedené nám ur čitě pomůžou plně doobjasnit př íklady prvk ů tribologickéhosystému (obr.10), vzájemné působení prvk ů tribosystému (obr.11), vzájemné působení prvk ů tribosystému př evzaté z práce – Habig.K.H.:Grundlagen der Verschleisses vonWerkstofen und Richtlinien zur Bearbeitung von Verschleissfällen, Expert VerlagGrafenau 1982, s. 15-32.


14/156

13

Tribosystém Základní tř ecítěleso

Tř ecí těleso Mezilátka Okolí

Kluzné ložisko Ložisková pánev Hř ídel Mazací látka Vzduch

Př evodovka Ozubené kolo Ozubené kolo Př evodový olej VzduchLícování Čep Pouzdro - Vzduch

Lodní pohon Lodní šroub Voda - -

Kotoučová brzda Brzdová zdrž Brzdový kotouč - Vzduch

Čelisťový drtič Čelisti drtiče Drcený materiál - Vzduch

Hydrodoprava Trubka Voda Dopravovanýmatriál

-

OBR. 10 Př íklady prvk ů r ůzných tribologických systémů

OBR. 11 Vzájemné působení prvk ů tribologického systému


15/156

14

FUNKCE TRIBOSYSTÉMU {X}→{Y}

OBR. 12 Analýza tribologického systému

2.1.2. Tribologické procesy

Vlastní tribologický proces je charakterizován interakcí tř ecích těles, mezilátky aokolí, které probíhá v prostoru ačase. Jednotlivé vazby a zař azení najdeme na obr. 13,z čehož by mělo být patrno, žeř ešíme následující základní otázky:

• jaké jsou mechanismy př eměněny užitečných veličin a jaké jsou skutečnéfyzikální procesy př eměn energie (práce),

• jaké jsou procesy vedoucí ke ztrátám (energetické ztráty tř ením, materiálovéztráty, vznik a mechanismus opotř ebení),

• jaké jsou možnosti pozitivního působení na mechanismus vzniku ztrát a jejichminimalizace.

Vlastní odpověď jak po stránce kvantitativní, tak kvalitativního popisu musírozlišovat – analýzu vstupních veličin, analýzu interakce prvk ů systému a analýzuvýstupních veličin.

Vstupníveličina {X}

Struktura tribosystémuS={A,P,R}

A: PrvkyI. Základní tř ecí tělesoII. Tř ecí tělesoIII. MezilátkaIV. Okolí

P: VlastnostiI. Vlastnosti materiáluII. Tvarové vlastnosti

R: Vzájemné působení(mechanismus opotř ebení)

I. AdhezeII. TribooxidaceIII. AbrazeIV. Styková vrstva

Komplex zatížení

I. Druh pohybu- kluzný- valivý- př íklepný

II. Pr ů běh pohybuIII. Normálová sílaIV. Relativní

rychlostV. TeplotaVI.Čas

Užitkováveličina {Y}

Velikost úbytkuI. Opotř ebeníII. Tř ení

Obálkasystému


16/156

15

OBR. 13 Zař azení tribologických procesů do vzájemných vazeb

2.2 Kontaktní procesy

Kontakt (dotyk) mezi aktivnímičleny tribologického systému je jevem primárním k plnění požadované funkce. Vzhledem ke značné variabilnosti musímezvážit:- počet těles,- fyzikální, chemické a mechanické vlastnosti těles,

- charakteristický, př evládající druh deformace,- velikost normálových a tangenciálních napětí,- druh a rychlost vzájemného pohybu,což je vlastně obsahem teorie pružnosti, takže bez dalšího výkladu uvádíme, žerozeznáváme:• pružný (elastický) kontakt• plastický kontakt

V místě kontaktu se mění mechanické energie př iváděné do systému , tzn.dochází ke vzniku ztrát, které způsobují r ůzné deformační vlastnosti dotýkajících setěles, vznik tangencionálního napětí, lokální skluzy, hystereze apod.

2.3. Tř ení

Tř ení je př írodním jevem, který má charakter procesu a je vázáno na vzájemnýrelativní pohyb dvou dotýkajících se prvk ů tribologického systému.

Nejznámě jší definice uvádí „Tř ení je odpor proti relativnímu pohybu vznikajícímezi dvěma k sobě př itlačovanými tělesy v oblasti dotyku jejich povrchů v tangenciálním směru.“

Tato definice vystihuje podstatu tzv. vně jšího tř ení, ale nepostihuje podstatuvnitř ního tř ení.

Vně jší tř ení – je charakterizováno stykem dvou tř ecích ploch Vnitř ní tř ení – probíhá v materiálových vrstvách téhož tř ecího tělesa.

Tribologický proces

Kontaktní procesy

Tř ecí procesy Procesyoptř ebení

Mazací procesy

•Procesy okolí•Technologické procesy•Další procesy


17/156

16

Takže se lze setkat i s definicí „Tř ení je ztráta mechanické energie v pr ů běhu,na začátku nebo ukončení relativního pohybu navzájem se dotýkajícíchmateriálových oblastí.“

Podle stavu (skupenství) je známé následující rozdělení:

Tř ení pevných těles – tzn. dotykové materiály jsou v pevném skupenství .Př íčina tř ení pevných těles vyplývá z interakce povrchů (vzájemně sedotýkajících a majících charakteristické vlastnosti adhezních vrstev vytvář enýchzáměrně nebo př irozeně na základním materiálu př i mechanickém amolekulárním působení tzn.:- vzájemné zachytávání se mikronerovností (drsnosti)- pružné deformace mikronerovnosti- plastické deformace mikronerovnosti- adhezi mezi mikronerovnostmi povrchů.

Kapalinové tření - vrstva materiálu v níž probíhá tř ení má vlastnosti kapaliny.Smykové napětí vznikající př i relativním pohybu je odvislé od viskozity

mezilátky a př edstavuje odpor proti pohybu. Mluvíme o existencihydrodynamické nebo hydrostatické vrstvy, ve které vlastně probíhá tř ecí procesvyjadř ovaný velikostí součinitele tř ení. Jeho pr ů běh charakterizuje tzv.Stribeckova k ř ivka (obr.14), která má odlišné pr ů běhy pro r ůzné tlaky a r ůznouviskozitu (viz. kap. .2.5.).

OBR. 14 Charakteristický pr ů běh Stribeckovy k ř ivky (p) a změny (p1), (p2) pro tlaky p1


18/156

17

Tř ení za klidu (hraniční tř ení) – je nazýváno tř ení v bodě 1 na obr. 14, tzns největším součinitelem tř ení.

Plynové tř ení - je obdobou kapalinového tř ení, s tím že vrstva mezilátky mávlastnosti plynu, tzn. tento stav se popisuje zákonitostmi platnými prokapalinové tř ení. Mluvíme o aerodynamické nebo aerostatické tlakové oblasti.

Plazmové tř ení – vrstva v níž probíhá tř ecí proces má vlastnosti plamy, tzn.druh vysoko ionizovaného plynu. Jsou sice známé tribofluidní atriboplazmatické stavy vnitř ního tř ení, ale je možnoř íci , že tento druh tř enínení doposud kvantifikován.

Další známé rozdělení tř ení je z hlediska pohybu:

Pohybové (kinetické) Klidové (statické nebo adhezní) Nárazové (vibrační),

což z pohledu relativního pohybu dvou těles př i působení normálové zatěžující síly

k uvažované základně je na obr. 15, i když pro reálné strojní tribotechnické systémy je uvažováno většinou pouze s kluzným a valivým tř ením, nebo jejich kombinací, př ípadně (podle Fleischera) lze př idat ještě rotační tř ení.

OBR. 15 Druhy relativních pohybů tř ecích prvk ů 1- kluzný pohyb, 2 - valivý pohyb, 3 - rotační pohyb, 4- nárazový pohyb, 5 -oscilační pohyb, 6 – tečení


19/156

18

Pro doplnění již uvedeného uvádíme v tab.č.2 velikosti součinitele tř ení pror ůzné tř ecí stavy.

TABULKAČ . 2

VELIKOST SOUČINITELE TŘ ENÍ

TŘ ECÍ STAV MEZILÁTKA KOEFICIENT TŘ ENÍTř ení pevných těles - 0,01-0,25

Smíšené tř ení Částečně mazivo 0,01-0,2Kapalné tř ení Kapalné mazivo 0,01-0,1Valivé tř ení Valivé těleso 0,001-0,0001

Plynové tř ení Plyn, stlačený vzduch 0,0001-0,0005

SOUČINITELÉ SMYKOVÉHO TŘ ENÍ PRO DANÉ KOMBINACE TŘ ECÍCHDVOJIC

Za klidu Za pohybuMateriály stykových plochµ0 µ

ocel/ocel – suché 0,15 0,1ocel/bronz – suché 0,18 0,16ocel/bronz – dobř e mazáno 0,1 0,01ocel/led 0,027 0,014guma / asfalt - sucho 0,85 0,3guma / asfalt – mokro 0,2-0,5 0,15guma / dlažba (malé kostky, sucho) 0,7

guma / dlažba (velké kostky, sucho) 0,6guma / beton – suché 0,7-0,8guma / náledí 0,1-0,2 brzd. buben (litina)/ oblož. ferodo 0,25-0,35ř emenice (ocel)/ř emen (k ůže, pryž) 0,2-0,9spojka lamela / oblož. textil / olej 0,1

Z funk čního hlediska v technice rozeznáváme : tř ení jev potř ebný – plní technickou funkci v daném zař ízení – brzdy, tř ecí

spojky, kolo – kolejnice, pneumatika – vozovka apod. tř ení jev nepotř ebný – snižuje účinnost technického zař ízení – ozubené

př evody, ložiska, válec – píst apod., ale vždy musí platit, dosáhnout požadovanou úroveň tř ení př i minimálním opotř ebení.

Z pohledu kvantifikace (číselného vyjádř ení) rozeznáváme tyto formy : tř ecí síla – vyskytuje se v oblasti dotyku př i běžném translačním pohybu (obr.

16) tř ecí moment – vyskytuje se v oblasti dotýkajících se těles př i valení (obr. 17)


20/156

19

OBR. 16 Tř ecí síla FT = μ . F OBR.17 Tř ecí moment MT = F . ξ

Vlastní kvantitativní vyjádř ení tř ení je nejčastě ji hodnotou součinitele tř ení(μ, ξ).Mělo by být zř ejmé že tribologické procesy tř ení a další probíhají ve vrstvách,které vlastně vytvář í povrch dotýkajících se těles, který musí mít k plnění požadovanégeometrické, fyzikální, chemické a další vlastnosti.

Mluvíme-li o geometrických vlastnostech, mluvíme vlastně o drsnosti povrchu,resp. geometrii povrchu a jsme ve vyjádř ení drsnosti povrchu známými hodnotami max.výška nerovností (Rm), výškou nerovnosti profilu (Rz), stř ední aritmetickou odchylkou(Re) atd., tedy co známe z př edmětu základy strojnictví. Př i vlastním analytickém ur čeníveličin kontaktní geometrie využíváme znalostí z nauky o materiálu a modelování tvaru povrchu stochastickými veličinami, nebo metodami matematické statistiky a pravdě podobnosti. Účelem těchto skript není detailní popsání, takže poukazujeme na běžně dostupnou lit.[1], [24].

Účinky namáhání tř ením je možno shrnout, tak jak je uvedeno na obr. 18 a ur čitě bude zř ejmé, oprostíme-li se od procesů probíhajících v mazací vrstvě, tak procesy tř enía opotř ebení probíhají v povrchových a podpovrchových vrstvách, př ičemž označení jena obr. 19.

Namáhání tř ením

Tř ecí podmínky Procesy poškození Důsledky namáhání

- materiální - mechanické - materiální- geometrické - tribomechanické - geometrické- energetické - chemické - energetické

- elektro – chemické- tribochemické- fyzikální- tribofyzikální

OBR. 18 Rozdělení účink ů namáhaní tř ením


21/156

20

OBR. 19 Schematické znázornění složení povrchových a podpovrchových vrstev1 – vrstva maziva, 2 – vrstva vysrážených vodních par, 3 – vrstva absorbovaných plynů, 4 – vrstva oxidů, 5 – vrstva vzniklá opracováním, 6 – původní základní materiál

Př i samotném procesu tř ení vznikají tlaky, které dosahují 1/10÷ 2/10 teoretické pevnosti materiálu a nezávisí na velikosti zatížení. Současné působení tlaku a teploty podstatně mění vlastnosti povrchových vrstev, které Kragelský dělí do tř ech skupin :

• změny v geometrii povrchu pevných těles – drsnost povrchu, výškamikronerovností, zvlnění povrchu apod.

• změny struktury pevných těles – vznik karbidů, difuze prvk ů, rekrystalizaceapod.

• změny v reak čních vrstvách vznikajících na povrchu tř ecích těles – fyzikální achemická absorpce z okolí.

2.3.1. Kluzné tř eníKluzné tř ení se vyhodnocuje pomocí součinitele tř ení jako bezrozměrné

veličiny, což je poměr tř ecí tangenciální síly k normálové zatěžovací síle :

N

T

F F = μ

a př i energetickém př ístupu jako poměr energie potř ebné na vyrovnání tř ecích ztrátk celkové energii př ivedené do systému :

K vlastnímu teoretickémuř ešení podle následně uvedených teorií a autor ů je možno blížeji nalézt v[1]


22/156

21

Adhezní teorie tř ení

Autorství této teorie patř í Bowdenovi a Taborovi. Př enos síly podle této teoriezabezpečuje adhezní spojení, které vznikne aktivizovanými molekulárními účinky avlivem extrémně vysokých lokálních reálných tlak ů na vrcholcích kontaktujících semikronerovností. Součinitel tř ení zde ur čuje poměr smykové pevnosti vytvář enýchmikrosvar ů a pr ůměrného tlaku způsobujícího plastickou deformaci materiálu.

Molekulárně mechanické teorie tř ení

Autorem je Kragelský a platí jako př edchozí teorie pro vně jší tř ení pevných těles zanásledujících př edpokladů :

- dotyk dvou těles je diskrétní - dotyk drsnosti povrchu se realizuje v malýchdotykových oblastech

- použití Hertzovy teorie kontaktu- síly se př enáší vznikajícími a zanikajícími tř ecími spojeními (adhezní můstky) –

singulární body- př i opotř ebení platí jednotné fyzikální mechanizmy- proces je stacionární s lineárním rozložením sil

Potom je zde definován celkový součinitel tř ení jako součet adhezních a deformačníchsoučinitelů.

Energetické teorie tř ení

Autorem této teorie je Fleischer, který jako základ bere dvojitou podstatu tř ení, tzn.tř ení sestává z mechanické a molekulární složky tř ení.

Energie má tedy dvě složky :- deformační složku- adhezní složku, která se vyhodnocuje postupem uvedeným v[1] s cílem ur čit celkovou

vynaloženou tř ecí energii.

2.3.2. Valivé tř ení

Vzniká př i valení (rotující pohyb) tř ecího tělesa po rovině nebo jiném všeobecně zak ř iveném tělese se současným posunem rovnoběžně s rovinou nebo ve smysluzak ř ivení. Tř ecí síla př i valivém tř ení je výrazně nižší než př i tř ení kluzném a př edstavuje 1/10÷ 1/20 hodnoty. I zde rozeznáváme adhézní a deformační složku.

Působením adhezní síly vznikají adhezní spojení (můstky), které sice nijakvýrazně neovlivňují velikost tř ecí síly, ale rozhodují o opotř ebení. Deformační složkatř ení je dána mikroskopickými prokluzy, pružnou deformační hysterezí, plastickoudeformací atd.

Př íčina valivého tř ení je v mikroskopických prokluzech ve směru nebo protisměru odvalování, takže odpor proti valení vlastně způsobuje plastická a pružnádeformace materiálu tělesa pod valícím tělesem.

Podle Bowdena a Tabora pro odpor proti valení platí vztah :

FT = FT1 + FT2 + FT3


23/156

22

kde FT1 – ztráty pružnou hysterezí př i odvalováníFT2 – prokluzy v důsledku valeníFT3 – vnitř ní tř ení v mazací látce

Součinitel valivého tř ení za př edpokladu ideálně tuhého válce, nepohyblivé tuhéroviny, valení bez prokluzu, př ímkovém kontaktu – obr. 20, se vypočte z momentovérovnováhy k bodu O1

FO.R = F ́N.ξ

Vlivem hystereze materiálu je dotykové napětí v př edníčásti dotykové plochy větší jak v odlehčené části, tzn.výslednice dotykových napětí se posouvá oproti kolméose o vzdálenostξ, což je součinitel valivého tř ení, a na

rozdíl od kluzného má rozměr délky. Tzv. Kragelského bezrozměrný součinitel valivého odporu f má tvar :

OBR. 20 Válení válce na rovině R R F

M f

N

ξ ϕ ϕ =Δ

Δ=..

2.4. Opotř ebení

Opotř ebení je projevem tribologického procesu probíhajícího v tribologickémsystému a znamená trvalý úbytek materiálu z povrchů př i jejích vzájemném pohybunebo př i pohybu média. V místě styku tedy dochází k procesům, které byly stručně popsány v př edchozím textu.

Pro ur čení a definování opotř ebení je nutno vycházet už z definovaných tř ecíchstavů, tzn. schematické znázornění faktor ů majících vliv na proces tř ení a opotř ebení pevných těles je na obr. 21, který je svým způsobem modifikací obr. 8 a obr. 12

vstupní faktory vnitř ní faktory výstupní faktory

Tř ecí tělesa se Změna drsnosti Změna struktury Tř ecí sílazákladními vlastnostmi a stavu povrchu podpovrchových vrstev Tř ecí moment

Mezilátka Změna vlastností Změny mechanickýchmazací vrstvy vlastností

Zatěžovací komplex Vznik a př estup Soustř eďování dislokací Intenzita tř ebení(zatížení, rychlost teplateplota)

OBR. 21 Schématické znázornění obecných faktor ů vlivu na proces tř enía opotř ebení pevných těles


24/156

23

Makroskopické chápání opotř ebení je dáno globálním pozorováním, tzn.integrované zachycení veškerých změn v materiálových a tvarových dvojicích, cožsouhrnně nazýváme opotř ebení. Mikroskopická chápání opotř ebení potom vychází zesledování a pozorování základních procesů, tzn. lokálně plastických deformací,dislokací, struktury apod. tzn. zkoumání elementárních procesů.Projev opotř ebení je tedy potom dán :

• Formou změn velikosti a tvaru povrchových materiálových oblastí pevných těles(deformace, zpevnění, měknutí, oddělování, tavení, sublimace, ionizace, spájení, př enášení, nanášení apod.)

• Formou materiálových změn povrchových materiálových oblasti pevných těles(absorbce, difuze, legování, triboxidace, tribokoroze apod.).

Vlastní definice je pak dána následně „Opotř ebení je v důsledku tř ení dáno stálouzměnou tvaru, změnou velikosti nebo změnou vlastností vrstev materiálů tvoř ících povrch pevných těles, které vznikla mimo technologicky požadované tvarování nebo

mimo požadovanou změnu vlastností materiálu“, i kdyžčastě ji se setkáme s následující podobou „Opotř ebení je nežádoucí změna povrchů nebo rozměr ů pevných těleszpůsobená buď vzájemným působením funk čních povrchů nebo funk čního povrchu amedia, které opotř ebení vyvolá př i jejích vzájemném relativním pohybu“.

2.4.1. Mechanizmy a druhy opotř ebení

Vlastní opotř ebení má ur čitý časový pr ů běh – obr. 22, z kterého je patrno, žerychlost opotř ebení je r ůzná pro fáze technického života daného objektu.

OBR. 22 Časový pr ů běh opo-tř ebenía – záběh, b – provozní nasazení, c –doběh (havárie),h – hodnota opotř ebení, hkrit – kritickáhodnota opotř ebení, hz – záběhováhodnota opotř ebení

Habik, K.H. ve své práci Grundlagen des Versehleiβes unter besondererBerücksichtigung der Verschleiβmechamismam (Reibung und Verschleiβ vonWerkstoffen, Bauteilen und Konstruktion, Expert Verlag, Grafenau 1982, s. 53 – 74)uvádí, že mechanismus opotř ebení na strojních elementech probíhá, tak jak je uvedenona obr. 23.


25/156

24

Materiál vrchní vrstvy

Abraze Adheze Tribooxidacestykové vrstvy

TribooxidacePř enos Reak ční produkt

Abraze Abrazestykové vrstvy stykové vrstvy

Uvolněné opotř ebenéčástice

OBR. 23 Superpozice mechanizmu opotř ebení

Vynecháme-li rozdělení opotř ebení podle hledisek jako u tř ení (pohybové, kinetickéatd.), tak existuje rozdělení na následující základní druhy opotř ebení – obr. 24.

Adhezivní opotř ebení – př i relativním pohybu funk čních povrchů docházík jejich dotyku, k porušení povrchových vrstev, kčistému kovovému styku a vznikumikrosvár ů s následným jejich porušováním, což vede k př enosu materiálu z jednoho

povrchu na druhý, k uvolňování a vytrháváníčástic materiálu. Tento proces ovlivňuje př ítomnost maziva mezi funk čními povrchy. Intenzivní forma adhezivních účink ů jenazývána zadírání. Typickým projevem poškození je jemný adhezivní oděr.

OBR. 24 Základní druhy opotř ebení


26/156

25

Abrazivní opotř ebení – je způsobeno rozrýváním ař ezáním měkkého povrchu jednoho tělesa drsným a tvrdším povrchem druhého tělesa. Tentýž účinek nastává působením volnýchčástic ať už oddělených z povrchů nebo vniknutých z okolí(nečistoty). Typickým poškozením jsou rýhy.

Erozivní opotř ebení – povrch je poškozován pevnýmičástečkami nesenými proudem kapaliny nebo plynů. Porušení materiálu je nerovnoměrné, často výrazně zvlněné tzn. ovlivněné charakteremčástic a rychlostí pohybu. Ur čitě zajímavý pohled jena obr. 25, který vyjadř uje odolnost r ůzných materiálů proti dešťovým kapkám.

OBR. 25 Poměrná odolnost proti erozi dešťovými kapkami [1]

Korozivní opotř ebení – výskyt př i práci tř ecí dvojice v aktivním prostř edí př ivniknutí kyslíku z okolí, př i stárnutí maziva (voda, kyselina apod.)

Únavové opotř ebení – př i opakujícímčasově proměnném namáhání povrchovévrstvy se inicuje tvorba zárodk ů povrchových a podpovrchových trhlin, které sešíř í, spojují až začnou uvolňovat částice materiálu z povrchu – vznik důlk ů, proto také někdy označení dolíčkovité opotř ebení.

Kavitační opotř ebení – oddělování částic a poškozování povrchu v oblastizanikání kavitačních bublin v kapalině. Zánik bublin způsobuje hydrodynamickérázy, tzn. namáhání povrchem součásti a tím spojené vytrháváníčásticz povrchu.

Vibrační opotř ebení – tribologická dvojice má vibrační nebo vratný pohybs velmi malou amplitudou kmitání. Vlastní opotř ebení svým způsobem probíhádvoustupňovitě :- tř ení př i kterém je porušována adhezní povrchová vrstva- produkty adhezivního opotř ebení oxidují a působí abrazivně

V praxi se samozř ejmě setkáváme s kombinacemi opotř ebení, nebo postupnoukombinací.

Obecně tedy existují dva základní druhy opotř ebení – mechanické a chemické ak základním procesům porušení tř ecích povrchů patř í :

- mikroř ezání – tvrdými abrazivnímičásticemi- plastické vytěsňování – vtlačování objemu do stran pod sebe, př ed sebou, tzn.

vznik stopy resp. rýhy (carapina)


27/156

26

- delaminace – materiál je př i plastické deformaci vytěsňován do stran až dovyčerpání své plastické schopnosti (oddělení od povrchu v šupinkovém tvaru)

- vytrhávání – způsobené vysokým zbytkovým napětím v povrchové vrstvě - hloubkové porušení – výrazné vytrhávání vzniklé lokálním spojením (svarové

spoje).

Takže nyní už je možno závěrem této kapitoly rozvinout obecné faktory vlivu naopotř ebení (obr. 21) do podoby, jak je charakterizoval ve své práci Kragelský(Kragelskij, I.V. – Alisina, V.V. : Trenije, iznašivanije i smazka. Spravočnik, Kniga 1,Moskva Mašinostrojenije 1978, 94 s.) :

- normálové (specifické) zatížení pro malou plochu kontaktu bez respektovánívlnitosti povrchu

- modul pružnosti v tahu (E) neboť pro materiál se stejnou pevností sezvyšováním modulu pružnosti zvyšuje intenzita opotř ebení

- pevnostní charakteristiky materiálu (σo, ty), jejich zvyšování snižuje opotř ebení- tř ecí vlastnosti dvojice (koeficient tř ení -μ) – intenzita opotř ebení je závislá na

koeficientu tř ení- drsnost a zvlnění povrchu- molekulární působení př i kontaktu,čím menší odpor ve smyku, tím je menší

intenzita opotř ebení→ nutnost př ísunu maziva do tř ecího kontaktu- teplota – ohř ev ur čuje mechanické vlastnosti,takže otázka volby materiálu tribologického uzlu je zásadní, rozhodující prospolehlivost uzlu a tím celého zař ízení a ekonomiku jako takovou.

2.5. Maziva

I když je už ur čitě zř ejmé tak musíme v úvodu této kapitoly uvést „Úlohoumaziv je zabránit bezprostř ednímu styku povrchů ve vzájemném pohybu a tak zmenšittř ení mezi nimi a také zmenšit opotř ebení, a za tímto účelem je mazivo záměrně vpravováno mezi funk ční plochy, tribologického systému (tribologického uzlu)“, takžemůžeme navázat na obr. 19 obrázkemč. 26, který nám k jednotlivými vrstvami př iř azuje ke zvýšení obraznostičísla, resp. tl. vrstev.

Rovněž musíme navázat na obr. 14 (Stribeckova k ř ivka) obrázkyč. 27 a obr.č.28, které nám ukazují oblasti mazání a oblasti druhu tř ení v upraveném Stribeckově digramu.

OBR. 26 Schematickérozdělení vrstev na kovovém povrchu mechanicky namáhanéhotř ecího materiálu v př ítomnostimaziva : 1 – neporušený kov, 2 – př echodová vrstva (5-500μ), 3 –vrstva s porušenými krystalovýmimř ížkami (1-30μm), 4 – reak čnívrstva (0,01-20 μm), 5 –adsorbovaná (chemisorbovaná)

vrstva (0,0003-0,0005μm), 6 –mazivo.


28/156


29/156

28

Hydrodynamická mazání – tlak v mazací vrstvě se vytvář í samočinně mezidvěma relativně se pohybujícími povrchy – obr. 29, tzn. je závislé na prouděnív klínové mezeř e, která vzniká za následujících základních př edpokladů :- mazivo je př ilnuté k povrchu těles tvoř ících kluznou dvojici- existuje relativní pohyb mezi vně jším zatížením a prouděním maziva- mazací mezera se zužuje, vytvář í klín ve směru relativního pohybu

OBR. 29 Principiální pr ů běh vytvář ení OBR. 30 Principiální pr ů běha rozložení hydrodynamického tlaku v kapalině vytvář ení a rozložení hydrostatické-

ho tlaku v kapalině

Hydrostatické mazání – tlak v mazací vrstvě se vytvář í mimo kluzné plochy pomocí tlaku hydrogenerátoru – obr. 30. Na vytvoř ení nosné hydrostatickévrstvy musí být tlak př iváděného maziva 2 – 4 x vyšší než je hodnota stř edníhotlaku vycházejícího z geometrie uložení a zatížení.

Elastohydrodynamické mazání – zohledňuje pružné deformace tř ecích členů v závislosti na zatížení, tak změnu vlastností maziva v důsledku lokálníhovysokého zatížení (Hertzovy kontakty)

2.5.1. Vlastnosti maziv

K plnění žádaných funkcí musí mít mazivo vhodné vlastnosti, které si musí podržet co nejdelší dobu a je nutné si uvědomit, že vliv kyslíku, teploty a tlaku, vlhkost,světlo, zář ení, elektrické pole, účinek kyselin apod., co nejnižší biologická aktivnost,malá odparnost, obtížná samozápalnost atd. nejsou zanedbatelné, nýbrž nutné vlastnosti.

Obecné vlastnosti maziv

1. Funk ční vlastnosti maziv

a) Hustota (měrná hmotnost) – je hmotnost objemové jednotky látky př i dané teplotě (u plynů ještě tlak)

V m

t =´ ρ [kg.m-3]


30/156

29

Relativní hustota – poměr hustoty dané látky k hustotě srovnávané látky př iteplotách t1 a t2

22

1112

t

t t

t d ρ ρ =

Gravity – používá se v americké literatuř e k vyjádř ení hustoty, udává se vestupních API a platí př epočtový vztah

d oleje

vody

o API 6,156,15

5,141= - 131,5

Hustota kapalných maziv se mění s teplotou a tlakem.

b) Reologické vlastnosti- ještě jednou uvedeme, že reologie se zabývá tokovýmivlastnostmi látek (nauka o tečení) v oblasti mezi tuhým a kapalným seskupenstvím.Podle vztahu mezi smykovým napětím (τ) a smykovým spádem (D) dělíme na –tekutiny newtonské, tekutiny pseudoplastické, látky ideálně plastické(binghamovské), látky kvaziplastické (komplexní binghanovské, cassanovy), látkydilatantní a látky dilatantní s mezí tekutosti. Z našeho pohledu jsme u Newtonskýchtekutin a proto veškerý další text se týká pouze jich nebo jsme v obecné rovině maziv.

Dynamická viskozita (vlastně koeficient vnitř ního tř ení). Podle Newtona platí pro pohyb tekutiny s laminárním tokem, že smykové napětí (τ) v rovině (x,y) – paralelní s laminárním tokem je př ímo úměrné gradientu rychlosti du/dy, čili

smykovém spádu (D) – obr. 31.

Dd d

y

u .η η τ == [Pa]

η - dynamická viskozita[Pa.s] = [kg.s-1.m]

Platí tehdy vlastně obdoba Hookova zákona pro smyk.

OBR. 31 Rychlostní profil ke zjištění reologických vlastností


31/156

30

V celé ř adě starší literatury se setkáváme se staršími jednotkami - Evropa[oE] stupeň Englera, v USA Sayboldovy sekundy[SSU], ve Velké Británii Redwoodovysekundy[RI] a nejznámě jší je Poise[P = dyn.s.cm-1 v soustavě CGS]

1P = 10-1 Pa.s

1cP = 1mPa.s

Kinematická viskozita – definuje poměr dynamické viskozity a hustoty př idané teplotě

ρ η ν = [m2.s-1]

Starší jednotka v soustavě CGS je Stokes[St] a platí :1St = 10-4m2.s-1 1cSt = 1mm2.s-1

Používání kinematické viskozity se rozšíř ilo vzhledem ke snadnému stanovení veviskozimetrech – princip používaných viskozimetr ů je na obr. 32.

OBR. 32 Pr ůtočný a rotační viskozimetr

Ještě se lze setkat s pojmy jako relativní viskozita, měrná (specifická) viskozita aredukovaná viskozita.

Změna viskozity s teplotou – dynamická viskozita u plynů vzr ůstá akinematická se mění ve smyslu vztahu s hustotou. U kapalin dynamická ikinematická s teplotou klesá. Vliv teploty na viskozitu mazacích olejů býváudáván viskozitním indexem VI, což je poměrné číslo, které vyjadř uje vlivteploty na změnu viskozity oleje v porovnání se dvěma standardními oleji, kterémají př i teplotě 210oF= 98,9oC stejnou viskozitu jako hodnocený olej.Viskozitní index je v souladu s obr. 33 dán výrazem :

100. H L

U LVI ν ν ν ν

−−=


32/156

31

Olej s větším VI má ploší k ř ivku, tzn. vykazuje menší změny př i změnáchteploty.

OBR. 33 Viskozitní index (VI) Změna viskozity s tlakem – u reálných plynů dynamická s tlakem stoupá. U

kapalných a plastických maziv s tlakem vzr ůstá s vyjímkou vody.

Strebeck ův diagram pro r ůznou viskozitu se mění, tak jak je uvedeno na obr. 34.

OBR. 34 Pr ů běh Stribeckova diagramu pro r ůznou viskozitu mazací látky

c) Stlačitelnost kapalných maziv – tato vlastnost získala na významu zejménas rozvojem hydraulických systémů, tzn. použití kapaliny s co nejmenší stlačitelnostík docílení co největší účinností servosystémů. Těžkostlačitelné mazivo se nedá takévytlačit z povrchu ložiskových ploch, tzn. zamezení styku kov na kov. Obecně jsou požadovány kapaliny s velkým modulem objemové pružnosti (s malou stlačitelností),vyjímku tvoř í kapaliny pro tlumiče.

d) Tepelná vodivost a měrné teplo – schopnost vedení tepla je vyjadř ována měrnoutepelnou vodivostí, která je u kapalných maziv velmi malá a zvětšuje se s klesající


33/156

32

hustotou a zmenšuje se vzr ůstající teplotou. Totéž lze konstatovat u plynů. Tuhámaziva jí mají mnohonásobně vyšší.

Na závěr těchto tzv. funk čních vlastností uvádíme tab. 3, která ukazuje některé tytovlastnosti u vybraných kapalin.

TABULKAČ . 3

VLASTNOSTI NĚKTERÝCH KAPALIN PŘ I TEPLOTĚ 20OC A TLAKU 105 PA(1bar)

Kapalina Vzorec hustota viskozita teplotní specifickáρ 103.η vodivost tepelná kapacita

[kg . m-3] [Pa . s] [W.m-1.K -1] C20[J.kg-1.K -1] aceton C3H6O 791 0,329 0,18 2 160

anilin C6H7 N 1 022 4,43 0,172 2 060 benzen C6H6 879 0,647 0,154 1 740etanol C2H6O 789 1,2 0,182 2 470glycerin C3H8O3 1 206 18,2 0,285 2 430chlorbenzen C6H5Cl 0,8chloroform CHCl 1 482 0,58 0,129 970tetrachlormetan CCl4 1 595 0,97 0,108 850kys. octová C2H4O2 1 049 1,22 0,193 2 030kys. sírová H2SO4 1 834 21,6 0,314 1 380metanol CH4O 792 0,539 0,212 2 470nitrobenzen C

6H

5 NO

2 2,01

sirouhlík CS2 1 263 0,368 0,16 1 020toulen C7H8 866 0,59 0,151 1 680voda H2O 998 1,009 0,598 4 180rtuť Hg 13 546 1,55 140

2. Elektrické vlastnosti

Elektrická vodivost – čisté, neaditované uhlovodíkové oleje jsou špatnými

vodiči elektř iny, tzn. Vodivost stoupá s obsahem látek, které jsou schopnydisociovat elektrolytické ionty. Permitivita – dielektrická propustnost látky


34/156

33

3. Podmínky vymezující teplotní použití maziv

I když v této kapitole ad.1. byly uvedeny změny funk čních vlastností mazivs teplotou, tak musíme uvést, že existují teplotní hranice, kdy maziva ztrácejí své původní funk ční vlastnosti do té míry, že nemohou plnit na ně kladené úkoly a jsou př íčinou nastalých obtíží. Tyto hranice jsou dávány do souvislostí s fázovými(skupenskými) změnami maziv.

Bod zákalu a bod tuhnutí kapalných maziv

Př i ochlazování dochází ke změně kapalné fáze v tuhou ve dvou stádií→ bod zákalu –začínají se vylučovat z oleje krystaly tuhé fáze a dalším ochlazováním dochází→ bodtuhnutí. Někdy u některých látek se také mluví o bodu krystalizace a bodu zeskelnatění.

Bod varu, tlak par, odparnost, bod vzplanutí a hoř ení, mez výbušnosti,samozápalnost u kapalných maziv

Bod varu a tlak par jsou spojeny s destilační hranicí, tzn. výrobou oleje – rafinací achemickou filtrací, odparnost má svů j význam z pohledu velikosti ztrát oleje, hoř lavosttř ídí kapaliny z hlediska nebezpečí vzniku požáru (tř ídy hoř lavosti). Takže svýmzpůsobem neznámou je bod vzplanutí a hoř ení – je teplota př i níž v otevř ené nebouzavř ené nádobě se nahromadí tolik par, že př i př iblížení plamene se vznítí (bodvzplanutí) a př i ještě vyšší teplotě trvale hoř í (bod hoř ení).

Bod skápnutí a mez pevnosti plastických maziv

Teplota př i níž se za podmínek zkoušky v normovaném př ístroji oddělí z plastickéhomaziva první kapka je bod skápnutí – v technické praxi je považován za problematickouhorní teplotní mez pracovní schopnosti plastických maziv. Mez, př i které začíná plastické mazivo ztekucovat je nazývána mez pevnosti, což je vlastně pokles tétohodnoty na nulu, takže př i ur čitém smykovém spádu se dosáhne hodnoty – mezetekutosti.

Chování plastických maziv za nízkých teplot

Na tokové vlastnosti za nízkých teplot má vliv celář ada faktor ů působících protichůdně tzn. zjištění je možné pouze empiricky a jsou velmi značné rozdíly mezi laboratornímivýsledky a provozní praxí.

4. Životnostní vlastnosti

Odolnost proti oxidaci

Tzv. stárnutí kapalných a plastických maziv zaviněné reakcemi jejich složek vlivem působení vzdušného kyslíku je běžným jevem. Rozsah a rychlost těchto změn je dánachemickým složením a př edevším teplotou, proto se někdy mluví o termooxidačníchreakcích, resp. termooxidační stálosti maziv za tepla.


35/156

34

Účinek energií

Druh energie ur čuje zda mluvíme o pyrolýze, fotolýze, radiolýze apod., takže serozlišuje :- důsledek vlivu tepelné energie- důsledek účinku světla- důsledek účinku zář ení- důsledek účinku elektrických výbojů

5. Povrchové vlastnosti

Pěnění olejů - je nežádoucí jev, který se projevuje zmenšením pevnosti mazacívrstvy, zvětšení náchylnosti ke stárnutí, poklesem viskozity apod.

Maznost – pevnost a př ilnavost mezné vrstvy maziva, resp. schopnost snižovattř ení a opotř ebení

Rozprašování olejů – zmenšením povrchového napětí se zmenšujíčástečky cožusnadní př istup na tř ecí místa, tzn. musí být optimum, abyčástečky nebyly

unášeny do okolí. Důležité pro mazání tzv. olejovou mlhou. Tvorba emulzí – je nutné tam, kde mimo mazání se vyžaduje i chladící

schopnost (tř ískové obrábění kovů, válcování apod.) Rozpouštěcí schopnost kapalných maziv – rozpouštění nečistot ne ochranných

vrstev, např . nátěr. Č istící a rozptylovací schopnost olejů – zajišťuje čistotu tř ecích ploch od

usazenin a zadíracích nečistot (detergence) a jejich rozptýlení (disperze) Ochranná schopnost maziv – ochrana mazaných ploch př ed účinky koroze

6. Fyziologické vlastnosti maziv

Eliminace škodlivého účinku maziv na lidský, zvíř ecí a rostlinný organismus např . učlověka kožní onemocnění, dráždivý účinek na dýchací a jiné orgány, karcinogennostatd.

2.5.2 Klasifikace maziv

Je dána druhem maziva, takže rozeznáváme :

Plynná maziva – která se uplatňují v tzv. plynových ložiskáchv aerodynamickém nebo aerostatickém režimu př i vysokých obvodovýchrychlostech (10 000 – 600 000 ot.min-1) a teplotách 300oC a více. Př edností jemalá viskozita, která se s teplotou zvyšuje, nízký součinitel tř ení, nepatrné tř ecíteplo, všudypř ítomnost maziva, neexistuje kavitace apod. Nedostatkem je menšíschopnost snášet zatížení, sklon k nestabilitě a turbulenci, sklon k vysokémufrekvenčnímu chvění, sklon k bezprostř ednímu styku povrchů, tzn. jenevyhnutelná př esná montáž, těsnost mechanismů, hladké tř ecí plochy. Z plynů se uplatňuje vzduch (do 650oC), CO2 (do 650oC), helium a dusík (800oC a více),H2, metan, vodní pára, někdy se př idávají reaktivní látky (CF3Cl, CF3Br, CF2Cl2,SF6 aj.)


36/156

35

Kapalná maziva – uplatňují se v hydrodynamickém, hydrostatickém,elastohydrodynamickém, hraničním a smíšeném tř ení, jsou př evažujícím typemmaziv, př ísady jim dávají nové vlastnosti a prodlužují pracovní schopnost.Rozeznáváme :• Ropné oleje – získávají se z ropy destilací, rafinací, ale i odparafinováním.

Jsou př evážně uhlovodíkové a základní rozdělení je na rafináty s vysokým,se stř edním a s nízkým VI.

• Syntetické oleje – zabezpečují lépe některé tribotechnické problémy (nízkéa vysoké teploty)

• Anorganická kapalná maziva a taveniny – vlastně vodné roztoky používané př i zpracování kovů, kyselinu sírovou (mazání chlorovýchkompresor ů), taveniny sodných skel (pro tvář ení kovů) apod.Z pohledu provozního nasazení se v nejzákladně jší podobě dělí oleje namotorové a pr ůmyslové ale lzeř íci, že oleje se vyrábě jí z pohledu použitína:- oleje pro spalovací motory vozidel

- letecké motorové oleje- kompresorové oleje- oleje válcové- turbinové oleje- oleje ložiskové (strojní)- př evodové oleje- hydraulické oleje (kapaliny) tzn. pro hydrostatické a hydrodynamické

př evody, ale také brzdové kapaliny- maziva pro obrábění a tvář ení kovů - oleje pro zvláštní účely (transformátorový, formový, pro kalení,

tlumičový apod.)

Plastická maziva – známá také pod starším označením mazací tuky, zpravidlagely, makroskopicky máslovité (vláknité, zrnité) a složené ze dvou fází –spojitou (disperzní) vytvář í mazací olej, dispergovanou fází pak zpevňovadlo.• olejová složka – běžnou jsou ropné oleje, syntetické dodávají své př ednosti• zpevňovadlo – vliv na vlastnosti je rozhodující :

- mýdlová zpevňovadla – jednoduchá (Li, Na, Ca atd.) kombinovaná (Na-K, Na-Li, Ca-Ba atd) a komplexní

- nemýdlová zpevňovadla – anorganické (bentonity, silikogely apod.),organické (polymery, uhlovodíky apod.), kombinace.

Př idávají se pouze tzv. plnidla, která zlepšují mazivostní a protioděrovévlastnosti. Z pohledu provozního nasazení rozdělujeme plastická maziva :

- pro valivá ložiska• pro kluzná ložiska• pro kluzná ložiska• pro ozubená soukolí• pro kluzná vedení• pro mobilní zař ízení (automobily)

POZNÁMKA :• Označení VAZELINA – používá se pouze pro farmaceutické a kosmetické účely• Označení MAZADLA – název maziva pro prvé (intenzivní) mazání ocelovýchlan a provozní domazávání lan (nanášení za tepla nebo nař eděné)


37/156

36

Tuhá (pevná) maziva – rozšíř ení bylo dáno potř ebou mazat za extrémníchtlak ů, teplot, zář ení a dalších vlivů, pro které nemá žádné kapalné mazivodostatečnou stálost. Vlastní tuhá maziva se dělí na tyto skupiny :

• Anorganické – s vrstevnatou (laminární) strukturou (sulfidy, selenidy, Mo, W,Ti, Nb, grafit, fluorid apod.) a jinou strukturou(Sb2S3, BiS3, B2O3, PbO, CaF2,LiF apod.)

• Organické – polymerné, polyaromatické, tuky, vosky a jejich deriváty• Měkké kovy – Pb, Sn, In, Cd, Ag, Au a jejich slitiny• Kluzné látky – př i teplotě vyšší jak 500oC se na tř ecí prvky stř íkají a pak

vypalují nebo se do jejich pór ů zanáší tuhé mazivo (grafit, MoS2, sulfidy apod.)

2.5.3 Ekologicky odbouratelná maziva

Poškozování životního prostř edí a vliv maziv na životní prostř edí nelze popř ít,

př edevším v souvislosti s kontaminací půdy, kontaminaci vody, všude tam, kde olejmůže proniknout do potravinovéhoř etězce apod, proto vznikla tzv. biologickyodbouratelná maziva, tzn. odbourání př írodními mikroorganizmy, takže mluvíme oekologických mazivech.

Jedná se př edevším o oleje na bázi rostlinných olejů, př edevšímř epkového. Pod pojmem biologická odbouratelnost (čas a rychlost), v širším smyslu je nutno chápatvýrobky, které již během využití nebo během zpracováníči likvidace výrazně ovlivňují př írodní rovnováhu ve vodě, vzduchu a zemi co nejméně.

Zkouška biologické odbouratelnosti je dána tím, že oleje a z nich odvozené produkty se za 21 dnů př i podmínkách zkoušky rozloží z více než 90 % (skutečnostčasto i více než 97%). Naproti tomu ropné produkty se rozloží za stejných podmínekz 10 ÷ 30% nebo 10÷ 13 x pomaleji. Místa nasazení jsou dána ohrožením př írody –zemní stroje, vrty, ale i tzv ztrátové mazání (ř etězy pil, ruční nář adí, vodní turbinyapod.)

2.5.4 Př ísady do maziv

Zajištění požadovaných vlastností se většinou nedosahuje výroboučistýchmaziv, nýbrž je nutné př idání př ísad (aditiv). Takže pak mluvíme :

• Antioxidanty – potlačování oxidačních dě jů • Detergenty a disperzanty –čistidla ploch od usazenin a rozptýlení nečistot

•

Protikorozní př ísady – inhibitory koroze a rezavění• Modifikátory viskozity a viskozitně teplotní k ř ivky• Depresanty – snižovače teploty tuhnutí• Protipěnivostní př ísady• Emulgátory• Modifikátory tř ení – mazivostní a protioděrové př ísady• Biocidy – potlačování vzniku mikroorganizmů a tím znehodnocení maziva a

poškození zdraví.


38/156

37

2.6 Tribometrie

Do oblasti tribometrie patř í měř ení tř ení a opotř ebení, zkoušení maziv, hodnocenítribotechnických prvk ů strojů, sledování provozního chování strojů s vyústěním ř ešení problému spolehlivosti tribologického uzlu. Vlastní tribologické zkoušky lze rozdělit dotř í základních skupin :- modelové zkoušky- zkoušky na simulačních zař ízeních- provozní zkoušky

Metody zkoušení tř ení a opotř ebení

1. Hodnocení tř ecích procesů – cílem ječíselné vyjádř ení velikosti tř ecí síly, tř ecího momentu, resp. ur čení součinitele tř ení – obr. 35, obr. 36

OBR. 35 Stanovení součinitele OBR. 36 Stolice pro měř enítř ení na nakloněné rovině součinitele tř ení materiálů brzdných

obložení2. Hodnocení procesu opotř ebení měř ením velikosti opotř ebení

• ur čení velikosti opotř ebení změnou hmotnosti• ur čení velikosti opotř ebení změnou lineárních rozměr ů • ur čení velikosti opotř ebení změnou objemu• ur čení velikosti opotř ebení – profilováním (topografie povrchu)• ur čení velikosti opotř ebení využitím r ůzných snímačů • ur čení velikosti opotř ebení využitím radioizotopů

3. Zkoušky opotř ebení – jedná se o zkušební jednoúčelové př ístroje jejichž principiálníř ešení je dáno př evládajícím mechanismem opotř ebení tzn. nerespektování vlivu dalšíhovelkého počtu proměnných.

Př ístroje na zkoušky odolnosti proti adhezivnímu opotř ebení – rozhodujícímkritériem je geometrie tř ecího uzlu, druh dotyku jednotlivých prvk ů (bodový, př ímkový, plošný) – viz. obr. 37. Př íklady některých zkušebních př ístrojů najdete naobr. 38, obr. 39 a obr. 40. Na obr. 41 najdete jeden z nejznámě jších


39/156


40/156

39

OBR. 38 Model a kinematické schéma př ístroje typu váleček – špalík

OBR. 39 Model a kinematické schéma př ístroje typu hř ídel - pryzma


41/156

40

OBR. 40 Model a kinematické schéma př ístroje typu kolík – kotouč

OBR. 41 Model a kinematické schéma př ístroje –čtyř kuličkový tř ecí př ístroj

měř ících testovacích př ístrojů - čtyř kuličák, který je ur čen k ohodnocení mazacíchvlastností kapalných a plastických maziv na základě indexu opotř ebení (oděru),zatížení. Odolnost se vyjadř uje hodnotouČKS (vyjadř uje pevnost mazacího filmu),která vyjadř uje max. osové zatížení př i němž se kuličky ještě nesvař ily a hodnotouVUO (ur čení protizadíracích vlastností). Protioděrové schopnosti se také hodnotí vevystavení maziva ur čitému zatížení po ur čitou dobu (60 min) a vytvoř ené stopě oděru.

Př ístroje na zkoušku odolnosti proti abrazivnímu a erozivnímu opotř ebení. Jenutné rozlišit zda jsoučástice vázané a volné – viz. obr. 42 a na obr. 43 je zobrazenskutečný stend pro ur čení abrazivního opotř ebení a obr. 44 ukazuje principialníschéma př ístrojů na zkoušky erozivního opotř ebení.


42/156

41

OBR. 42 Schematické uspoř ádání př ístrojů na zkoušky materiálů protiabrazivnímu opotř ebenía – př ístroj s brousícím plátnem, b – př ístroj s brousícím pásem, e – př ístroj s brousícímkotoučem, d – př ístroj s brousící nádobou, e – př ístroj s pružným kotoučem, f – bubnový př ístroj.


43/156

42

OBR. 43 Stend k ur čení abrazivního opotř ebení (T07 – Polsko)

OBR. 44 Principialní schéma př ístroje na zkoušky odolnosti proti erozivnímuopotř ebení.a – vrhací př ístroj, b – př ístroj sčásticemi urychlovanými stlačeným vzduchem, c – př ístroj sčásticemi urychlovanými odstř edivou silou.


44/156

43

Př ístroje na zkoušku odolnosti proti kavitačnímu opotř ebení – používají sečtyř i základní typy dané umístěním zkušebního vzorku v kavitační oblasti – obr. 45.

OBR. 45 Schéma př ístrojů na zkoušky odolnosti proti kavitačnímu opotř ebení.

a – dýzový př ístroj, b – rotační nárazový př ístroj, e – vibrační př ístroj, d – rotačnídiskový př ístroj.

Př ístroje na zkoušku odolnosti proti únavovému opotř ebení – př íklad stendu jena obr. 46.

OBR. 46 Stend ke sledování pittingu kuličkových ložisek


45/156

44

4) Zkoumání tř ecích povrchů a opotř ebení :

• Metody měř ení napětí v povrchové vrstvě • Metody měř ení zpevnění povrchové vrstvy• Metody zkoumání strukturních změn povrchové vrstvy

•

Metody zkoumání složení povrchových vrstev

5) Zkoumání produktů opotř ebení - tzn. zkoumání morfologie, velikosti, množstvíapod. oděru v mazivu, ale to jsme v oblasti tribodiagnostiky a kapitole 4. těchtoskript.

3. TRIBOTECHNIKA

Není technicky proveditelné, ani účelné pro rozsah těchto skript, ani v našichmožnostech plně postihnout veškeré problémy související sř ešením tribotechnických problémů, neboť ty jako takové prolínají nejen naším životem, ale také celouř adouobor ů.Musíme si uvědomit, že např . v oblasti těžby a zpracování užitkových surovin mluvíme:

• o vrtatelnosti – vrtné práce př i těžbě užitkových surovin• o ř ezných a rypných odporech př i těžbě dobývací technikou• o opotř ebení mlecích elementů mlýnů • o opotř ebení drtícíchčástí drtičů atd.,že př i tribovýkladu v dopravě ř ešíme• kolejová doprava tzv. jízdní odpory (styk kolejnice – kolo, jízda do oblouku,

tř ení okolek – hlava kolejnice atd.)• automobilová doprava, také jízdní odpory (valení pneumatika – vozovka),

brzdnáčinnost, tř ení pístů v motoru atd.• pásová doprava – př enášení kroutícího momentu z hnacího bubnu na pás,

pasivní odpor válečk ů atd.,že daný problém je nutnoř ešit i př i obrábění kovů – tř ískové (soustružení,frézování), tvář ení (válcování, lisování atd.) takže se soustř edíme pouze heslovitě na některé základní vybrané problémy vybraných strojníchčástí a stručnéseznámení sř ešením mazacích soustav a zař ízení.

3.1. Základní tribotechnický výklad vybraných strojníchčástí

Ještě jednou př ipomínáme, že není účelem následujícíchř ádk ů a kapitolvyčerpávajícím způsobem ř ešit danou problematiku, to by znamenalo zpracovat, resp.navázat na literaturu zčásti strojů jako např . [16], [17], [19] apod., takže upozor ňujemei na lit.[24], kterář eší danou problematiku pouze pro valivá a kluzná ložiska.

Podstata tribovýkladu strojníchčástí ve značně zjednodušené podobě je odpověď nanásledující otázky :

• kde vzniká tř ení a jaké• jaký druh a jaká je velikost opotř ebení• jaké a jak použít mazivo jako odpověď na př edchozí otázky


46/156

45

3.1.1 Šroub, pružina, hř ídel

Šroubové spojení – v rámci tribovýkladu šroubového spojeníř ešíme – ochranu proti korozi, ochranu proti tribokorozi, součinitel závitového tř ení,součinitel tř eníhlavy šroubu, těsnící funkci maziva, vliv teploty na mazání, sevř ení šroubu, zadř eníšroubu, takže mazivo potom brání (zmír ňuje) kontakt kov na kov na bocích závitu aovlivňuje koeficient tř ení atd.atd.

Součástí výkladu je i výpočet utahovacího momentu šroubového spojení, který jesoučtem utahovacího momentu závitového (MG) a hlavového (MK ). Př evezmeme-li z[5] pro :

MG = FV . (0,159 . P + 0,578 . d2 . μG)MK = 0,5 . FV . dkm . μK

kde : FV – síla př edpětí [ N] P – stoupání závitu[m] d2 – stř ední pr ůměr závitu[m] μG – závitový součinitel tř enídkm – stř ední hlavový pr ůměr [m] μK – hlavový součinitel tř ení

tak je logické, že velikost součinitelů tř ení je možno vypočítat a následně ur čit vhodnémazivo s ohledem na další faktory vlivu (teplota atd.) včetně výrobní technologie.

Pružina - pružiny mají r ůzná uspoř ádání a r ůzná provedení, které se liší kontaktní plochou a intenzitou kontaktu. Pro př íklad tribovýkladu jsme vybrali talíř ovou pružinu, kde je možnoř ešit otázku r ůzných druhů tř ení – obr. 47.

• Vnitř ní tř ení – odpovídá pružné deformaci a nemá vliv nař ešení triboproblémuvně jšího tř ení

OBR. 47 Tř ení talíř ové pružiny[5] a) 1 – vnitř ní tř ení, 2 – tř ení na vodícíčásti, 3 – radiální tř ení na zakončovacíčásti b) tř ení mezi dvěma talíř ovými pružinami (paralelních vrstev)


47/156

46

• Tř ení na vodícím elementu – odpovídá kluzu na délce dané pružením• Tř ení paralelních vrstev pružiny – je všeobecně př ítomno, neboť je dáno

uspoř ádáním většiny pružin• Tř ení na zakončovací části – je tř ení zakončovací části vedení pružiny, má

radiální směr a jeho ur čení vyžaduje př esnou znalost pružících cyklů apod.

Nasazení maziva (plastické) pak by mělo :• chránit př ed zlomením (prasknutím) pružiny• minimalizovat ztráty vzniklé tř ením• chránit př ed korozí a tribokorozí• zvýšit teplotní rozsah nasazené pružiny

Hř ídel – ve své podstatě u hř ídele mluvíme

• o uložení hř ídele – pakř ešíme otázku kluzných a valivých ložisek (kap. 3.1.2)a z dalšího pohledu o ochraně proti korozi a tribokorozi, možnosti montážea demontáže (valivá ložiska), minimalizaci opotř ebení (kluzná ložiska) apod.,což v zásadě souvisí s drsností povrchu a lícováním

• o ohebném hř ídeli, které lze použít až pro otáčky 50 000 min-1 kroutící moment,10 000 Nm, výkon 20 kW, délky 4000 mm (normální provedení) a 15 000 mm(ohebné hř ídele pro dálkovéř ízení resp. náhony).

Mazivo úspěšně aplikujeme jako prostř edek údržby př ed opotř ebením azabránění styku tř ecí dvojice (ohebný hř ídel – bowden). Jako mazivo se používá plastické a tuhé mazivo (teflon, grafit). Samozř ejmostí je ochrana proti korozi anutnost správného dimenzování, resp. ur čení pr ůměru ohebného hř ídele – obr.48.

OBR. 48 Diagram k ur čení pr ůměru ohebného hř ídele


48/156

47

• o př enosu kroutícího (točivého) momentu – tzn. o spojení pomocí péra,drážkovém hř ídeli apod. Za všechna spojení uvedeme spojení pomocí tzv.svěrného spojení (ringfedry) obr. 49, který ukazuje př íklad rozsahu technickýchmožností. Z tohoto obrázku je ur čitě jednoznačné že tř ení je zde jev nutný (max.koef. tř ení), že vlastně př enáší kroutící moment, ale vzhledem k tomu, že se jedná o rozebíratelné spojení, tak i zde je nutno př edevšímř ešit otázku ochrany proti korozi a tribokorozi. Tř ecí kontakt tř ecí dvojice je př edevším otázkoudrsnosti povrchu a materiálu dvojice a samozř ejmě vytvoř ení odpovídající jejíhozatížení resp. vytvoř ení tř ecí síly.

V lit.[5] je uváděno, že koeficient tř ení mezi hř ídelí a nábojem musí být odμ =0,12.

- Kontakt reprodukovatelný mezi vnitř ním a vně jším kroužkem zajišťuje

koeficient tř ení odμ = 0,05.- Koeficient tř ení v závitu utahovacího šroubu by měl být odμ = 0,10.Samozř ejmostí je dodržení technologického postupu montáže, eventuelně demontáže, abychom nezapř íčinili zpř íčení, tzn. špatný kontakt dosedacích ploch.

3.1.2. Ložiska a těsnění

V této kapitole ještě jednou př ipomínáme, napsat vyčerpávajícím způsobem covše souvisí s tribologickými a tribotechnickými problémy ložisek v návaznosti na jejichkonstrukci, zatížení, uložení, atd., je na samostatnou knihu, což lze dokumentovat např .lit. [16], [17], ale i [19], které ř eší ur čitým způsobem danou problematiku z pohledukonstruk čního. Z pohledu tribo v návaznosti na konstrukci je problematikař ešena v[1],[10] ale př edevším v[24], proto se soustř edíme pouze na výrazné nutnosti, které musí být známy a to př edevším z pohledu praktického provedení, tak jak jsou např . ur čitýmzpůsobem prezentovány v[5], [23], ale vzhledem k rozsahu skript musíme velmistručně.


49/156

48

OBR. 49 Př íklad výběru z výrobního programu svěrných spojení


50/156

49

1. Kluzná ložiska

Kluzná ložiska jsou běžně navrhována pro trvalý provoz v podmínkáchkapalného tř ení, s minimálními nároky na obsluhu a údržbu a vř adě př ípadů i bezmožnosti dodávky maziva, ale s nároky na co nejvyšší spolehlivost. Z těchto důvodů musí mít ložiskové materiály, resp. materiály tř ecích uzlů takové vlastnosti, aby splnilynáročné požadavky na ně kladené.

K těmto vlastnostem patř í tzv. tř ecí kompatibilita, daleko více uváděna podznámě jšími vlastnostmi – odolnost proti zadírání, př ilnavost maziva (maznost, někdytaky afinita k oleji), možnost zatížitelnosti,únavová pevnost a korozivzdornost. Jakosamozř ejmé vlastnosti se považují pevnost, tvrdost, tepelná vodivost a na závěr je nutnéuvést ještě jednu důležitou vlastnost – jímat cizíčástice. Takže podle[24] by ř ezložiskovou pánví měl vypadat tak, jak je uvedeno na obr. 50.

OBR. 50 Ř ez vícevrstvou ložiskovou pánví

Pro konstrukci ložiska je nutné zdůraznit požadavek na vyměnitelnost činnéčásti ložiska – ložisková pánev nebo pouzdro a možnost půleného provedení (tzv. šály).K základním kovovým ložiskovým materiálům patř í cínové a olověné kompozice, bronzy a hliníkové slitiny. Pouzdra a ložisková pánev taky bývají z vrstevnatých hmotnapř . texgumolit a plastů (horší tepelná vodivost, nižší dovolené zatížení), dnes jenejznámě jším polytetrafluoretylen (teflon). Mazací drážky mohou být v r ůzném provedení – obr. 51.

OBR. 51 R ůzná provedení mazacích drážek

a – axiální, b – kruhová, c – spirálová, d – oválná, e – dvojitá oválná, f – osmičková, g – jeden a půlosmičky, h – dvojitá osmička, i – dvojnásobnáosmička


51/156

50

Jako samomazná bývají označovány kluzná ložiska s mazacími kapsami, kteráse naplní mazivem, nebo s pouzdry s jíž zmíněného vrstevnatého materiálu, který pojmeur čité množství maziva, tzn. mazivo se v obou př ípadech za provozu uvolňuje – obr. 52.

OBR. 52 R ůzná provedení mazacích kapes

Je ur čitě zř ejmé a mělo by být logické, že správná funkce kluzného ložiska je podmíněna vytvoř ením mazacího filmu. Na obr. 53 je zobrazen pr ů běhhydrodynamického tlaku v radiálním kluzném ložisku s r ůzným umístěním mazacíchdrážek. Z daného obrázku je nutné mít na paměti, že mazací drážky nesmí být umístěnyv zatížené zóně kluzného ložiska (obr. 53 ad. b), neboť je nesprávný pr ů běhhydrodynamického tlaku, nýbrž v nezatížené zóně (obr. 53 ad. a). Daný obrázek


52/156

51

jednoznačně ukazuje, že na obr. 53 a, se po namazání klín (vlastně klínová vrstva)zmenšuje a tlak zvyšuje, tzn. správný princip hydrodynamického mazání (obr. 29), resp.vytvoř íme dostatečný tlak v mazací vrstvě. Obr. 54 pak ukazuje všeobecně známýobrázek, který lze použít k základním výpočtům kluzného ložiska, tzn.

- pro měrný tlak B D

F p m

.

=

- pro kluznou rychlost v =π . D . n- pro úhlovou rychlostω = 2 .π . n

- pro součin pm . v, který se používá jako, jedna z charakteristik kluznýchmateriálů (další je dovolený tlak a dovolená teplota).

OBR. 53 Pr ů běh hydrodynamického tlaku v radiálním kluzném ložiskua – správný pr ů běh tlaku v mazací vrstvě b – nesprávný pr ů běh tlaku v mazací vrstvě

OBR. 54 Princip radiálního kluzného ložiskaa – absolutní ložiskové vůle, b – zatížená projek ční plocha


53/156

52

- pro relativní ložiskovou vůli DS =ψ př i ( ) Dd D /−=ψ , kde S – absolutní

ložisková vůle- pro tř ecí výkon v F P R .. μ = , kde součinitel tř ení (blíže k jeho velikosti v tab.

č. 4.)

TABULKAČ . 4

SOUČINITEL TŘ ENÍ A DOPORUČENÍ K MAZÁNÍ

Stř ední hodnota součinitele tř eníμ Materiál tř ení př i smíšené kapalnéLožisko a mazivoložiska rozběhu tř ení tř ení

Plastické mazivoBronz,červená

bronz, šedá litina 0,12 0,05 … 0,1 0,008 … 0,010

OlejBronz,červená

bronz, šedá litina 0,14 0,02 … 0,1 0,003 … 0,008

OlejTvrdé olovo, bílá

ložis –ková kompozice

0,24 - 0,002 … 0,003 R A D I Á L N

Í

L O

Ž I S K A

Olej Slinutý kov 0,17 0,05 … 0,1 0,002 … 0,014Prstencové patní

ložisko– plastické

mazivo

0,15 0,05 … 0,1 -

Olej

• šedá litina• červený bronz• bronz

• bílá ložiskovákompozice 0,25 0,03 -Olej A

X I Á L

N Í

L O

Ž I S K A

Segmentovéložisko

Bílá ložiskovákompozice

0,25 0,02 0,002

v [m . s-1] Druh maziva… 0,7 Pevné (tuhé) mazivo, grafit, molybdenosulfid,

AF – Coating (anti – tř ecí povrchová úprava)0,4 … 2 Plastické mazivo, molybdenosulfid0,5 … 10 Motorový nebo strojní olej10 … 30 Turbinový nebo vř etenový olej

> 30 Vř etenový olej, voda nebo vzduch

Na obr. 55 nalezneme př íklady r ůzných druhů kluzných ložisek s r ůzným ř ešenímformy mazání a na obr. 56 pak výsledek zkoušek kluzných ložisek[5].


54/156

53

OBR. 55 R ůzné druhy kluzných ložisek s r ůznými mazacími drážkami a kapsami.

a – masivní kluzné ložisko s kruhovou mazací drážkou, soustružené (materiál CuZn40Al2), b – kluzné pouzdro s mazacími kapsami, válcované (materiál CuSn8),c, d, e –masivní kluzné ložisko s mazací drážkou, soustružené (materiál PE, POM, PA66 –umělé hmoty), f, g – dvoumateriálové kluzné pouzdro s kovovým vnitř kem a mazacímikapsami, válcované (teplotní rozsah –40 až +130oC a –150 až +250oC)

OBR. 56 Pr ů běh zkušební metody u kluzných ložisek př i zkouškách


55/156

54

Na obr. 57 je uveden pr ů běh Stribeckova diagramu pro kluzná ložiska včetně označenídruhu mazání, tř ení.

OBR. 57 Pr ů běh Stribeckova diagramu pro kluzná ložiska

2. Valivá ložiska

Cestou ke snižování odpor ů př i pohybu je nahrazování kluzného tř ení valivým, takže používáme valivá ložiska, valivá vedení, kuličkový šroub (např . výsuv kolesovéhorypadla KU 300) apod. Kontakt nastává na velmi malé ploše, tzn. př i zatěžovánídochází ke koncentraci napětí, což se projevuje deformací drah a valivých momentů,vznikají tečné síly a dochází k prokluzu. Výchozím bodem spolehlivého provozu jesprávná montáž a zamezení př ístupu všech nečistot do ložiska, pak dosahujemesoučinitelů tř ení uvedených v tab.č. 5.

TABULKAČ . 5

SOUČINITELÉ TŘ ENÍ VALIVÝCH LOŽISEK[24]

Ložisko μ dvouř adé naklápěcí kuličkové 0,0010válečkové 0,0011axiální kuličkové 0,0013 jednoř adé radiální kuličkové 0,0015kuželíkové a dvouř adé nakláp. Soudečkové 0,0018

jehlové 0,0045


56/156

55

Valivá ložiska se za normálních okolností mažou plastickým mazivem neboolejem, ve zvláštních vyjímečných př ípadech se používá i pevné mazivo. Plastickémazivo se volí pro mazání ložisek pracujících př i normálních otáčkách a teplotách, máoproti olejům jednodušší a levně jší konstrukci mazacího prostoru, vyšší př ilnavost, lepšíochranu proti vlivu okolí, ale musí se domazávat v daných intervalech.

Mazání olejem je vhodné pokud otáčky nebo provozní podmínky nepř ipouště jímazání plastickým mazivem a jestliže je nutné z ložiska odvádět teplo, tzn. není možnézatopení ložiska olejem, nýbrž pr ůtok. Je samozř ejmostí jeho nasazení u př evodovekapod.Pro úvahu o výběru maziva jsou nejdůležitě jšími vlivy :

- typ stroje- typ a velikost ložiska- provozní teplota- provozní zatížení ložiska- provozní podmínky (např . vibrace, svislá nebo vodorovná poloha apod.)- chlazení

-

účinnost těsnění- okolní vlivy

Pro správnou funkci valivého ložiska z pohledu maziva je velmi důležitá jehočistota.Př i volbě nám může pomoci i tzv. mez mazání plastickým mazivem.

ds . n = 300 000

kde ds – stř ední pr ůměr ložiska [mm] n – otáčky ložiska [min-1]

Z pohledu výpočtu životnosti ložiska a vlivu mazání se používá tzv. modifikovanáživotnost

Lna = a1 . a23 . L

kde L – nominální životnost[h] a1 – faktor pravdě podobné spolehlivosti (0,2 – 1)⇒ 90 % = 1a23 – faktor maziva, materiálu a provozních podmínek (obr. 58)

a dostičasto se ještě setkáme př i provozní teplotě (> 150oC) s faktorem vlivu teploty f t(tabulkač. 6)

TABULKAČ . 6

FAKTOR VLIVU TEPLOTY

Provozní teplota[oC] Faktor vlivu teploty f t 150 1200 0,73

250 0,42300 0,22


57/156

56

OBR. 58 A) Diagram k ur čení a23 I – Př echod k mezi únavy. Př edpoklad – nejvyššíčistota v mazací mezeř e a ne vysoké

zatíženíII – Dobráčistota v mazací mezeř e, odpovídající aditiva v mazivuIII. Nepř íznivé provozní podmínky, nečistoty v mazivu a znečištěné mazivoν - provozní kinematická viskozita mazivaν1 - vstupní kinematická viskozita maziva (nové mazivo)


58/156

57

OBR. 58 B) Ur čení velikosti součinitele aSKF pro radiální ložiska s př ímkovýmstykem (SKF). Pokud jeκ > 4 používá se k ř ivka pro χ = 4. Vzhledem k faktu, žeηc(Pu/P) se blíží nule – aSKF se blíží 0,1 pro všechny hodnotyκ.

Jestliže provozní kinematická viskozita je rovna kinematické viskozitě vstupní(ν=ν1), mazivo není znečištěné, tak a23 = 1 a pro oblast I (obr. 58 A) se setkámes optimalizací velikosti a23 podle daných pravidel[5].


59/156

58

Jeden z největších výrobců valivých ložisek, firma SKF ve své teorii výpočtuživotnosti uvádí svým způsobem obdobou teorii výpočtu modifikované životnostivalivých ložisek.

Lna = a1 . aSKF . L10

kde platíL10 – základní životnost, miliony otáčeka1 – součinitel spolehlivosti, stejná velikost jako již uvedeno (0,21 – 1) a př i90% spolehlivosti je 1aSKF – součinitel tzn. nové teorie životnosti

Součinitel aSKF podle této teorie př edstavuje velmi složitý vztah několika faktor ů včetně znečištění a mazání, které ovlivňuje životnost. Mazání zde vyjadř uje také viskozitní poměr χ (obr. 58 B) a velikost aSKF je uváděna v závislosti naηc (Pu/P) a již zmíněnémχ (obr. 58 B), kde P – ekvivalentní dynamické zatížení[ N] a Pu – mezní únavovézatížení[ N.]

Vzhledem k tomu, že špatné mazání vede ke snížení trvanlivosti u valivýchložisek, ale toto lzeř íci také o př emazaných ložiskách, tak nyní stručně k užitízákladních druhů maziv u valivých ložisek.

Mazání plastickým mazivem

Už je nám známo, že plastické mazivo má olejovou složku a zpevňovadlo(zahušťovadlo). Zpevňující látka je tvoř ena mř ížkou vláken mýdla, které slouží jakozásobník mazacího oleje. Takžečerstvě namazané ložisko př i zabíhání ukládá plastickémazivo do volných prostor ů v ložisku a jeho blízkosti, následně spíš teplota nežmechanické namáhání způsobuje vylučování oleje a jeho př ivádění k valivým akluzným plochám.

K nejvýznamně jším vlastnostem patř í konzistence, stupeň tuhosti plastickéhomaziva. Konzistence se klasifikuje podle stupnice NLGI (National Lubricating Greas

Documents

Tri Bodi Agnos Tika