Efekty zastosowania powłoki niskotarciowej w przekładni przenośnika zgrzebłowego

• Autorzy: Tuszyński W. , Kalbarczyk M. , Michalczewski R. , Stachura K. , Szczerek M. , Wieczorek A.

Warianty tytułu

EN

Effects of the application of low-friction coatings in the gear of a chain conveyor

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Istnieje wiele problemów związanych z eksploatacją kół zębatych stożkowych o zębach łukowych. Przykładowo trudne warunki smarowania prowadzą do nadmiernego wzrostu temperatury, a to z kolei wywołuje ryzyko poważnego zużycia. W związku z tym celem tej pracy było sprawdzenie, czy poprzez osadzenie cienkiej powłoki niskotarciowej na zębach koła stożkowego jest możliwe zwiększenie odporności na zużycie, redukcja tarcia i zmniejszenie drgań przekładni. Badania tribologiczne przeprowadzono w dwóch etapach. W fazie pierwszej, laboratoryjnej, użyto urządzenia T-30 do badania kół zębatych stożkowych, opracowanego i wytworzonego w ITeE – PIB w Radomiu. Faza druga to były badania weryfikacyjne z użyciem przenośnika zgrzebłowego stosowanego w górnictwie węgla kamiennego, pracującego w warunkach podobnych do występujących w kopalniach. Zbadano wpływ powłoki niskotarciowej o handlowym symbolu WC/C, osadzonej na zębach koła talerzowego. Dla odniesienia zbadano także przekładnie stożkowe bez powłoki. W badaniach laboratoryjnych do smarowania użyto handlowego, samochodowego oleju przekładniowego klasy jakościowej API GL-5 i lepkościowej 80W-90. W badaniach weryfikacyjnych (półprzemysłowych) do smarowania użyto oleju bazowego mineralnego klasy lepkościowej VG32. Badania tribologiczne wykazały, że poprzez naniesienie powłoki niskotarciowej WC/C na zęby koła talerzowego można uzyskać następujące pozytywne efekty w porównaniu z kołami stożkowymi bez powłoki: zwiększenie odporności na dwie groźne formy zużycia (zacieranie i pitting) oraz spadek temperatury oleju smarującego na skutek mniejszego tarcia – w pierwszej fazie testów. Towarzyszyły temu nieco większe drgania przekładni z powłoką, które jednak zmniejszały się w czasie testu i pod jego koniec były podobne do drgań przekładni bez powłoki. Stwierdzono zatem, że powłoka WC/C pozwala na zwiększenie odporności kół stożkowych o zębach łukowych na zużycie i redukcję temperatury oleju smarującego w przekładniach np. przenośników zgrzebłowych użytkowanych w kopalniach węgla kamiennego.

EN

There are many problems in the operation of spiral bevel gears; for example, difficult lubrication conditions lead to excessively high oil temperature and the risk of severe wear. Thus, the aim of this work was to check whether, by the deposition of a thin, hard, low-friction coating on the teeth flanks of spiral bevel gears, it is possible to improve the resistance to wear, reduce friction, and possibly the gear vibrations. The tribological experiments were carried out in two phases. In the first phase, a bevel gear test rig was used (laboratory testing). In the second phase, a verification test was performed using an industrial gear stand (chain conveyor) working under conditions typical of coal mines. The low-friction WC/C coating was tested. The coating was deposited on the teeth of the wheels. For reference, the uncoated pairs of spiral bevel gears were tested. In the laboratory testing, a commercial, mineral automotive gear oil of the API GL-5 performance level and 80W-90 viscosity grade was used for lubrication. For lubrication of the industrial gears, a mineral base oil of the low, VG32 viscosity grade was chosen. The results obtained show that, by the deposition of the low-friction WC/C coating on the teeth of the wheel, the following beneficial effects can be achieved in comparison with the case of the uncoated gears: a rise in the resistance to the two forms of severe wear (scuffing and pitting), and a drop in the oil temperature (lower friction) at first tests stages. The above effects are accompanied at the first stages of the tests by an undesired, higher level of vibrations in case of the steel–WC/C material combination. However, throughout the test, the vibrations for the two material combinations became similar. Thus, the WC/C coating can be applied to increase the wear resistance and decrease the oil temperature in transmissions containing spiral bevel gears in, e.g., chain conveyors installed in coal mines.

Słowa kluczowe

PL

przekładnia stożkowa; cienka powłoka niskotarciowa; zużycie; tarcie; drgania; przenośnik zgrzebłowy

EN

spiral bevel gear; thin coating; wear; friction; vibrations; chain conveyor

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 6
• Strony: 121--137
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Tuszyński W.

• Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Zakład Tribologii, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Polska

autor

Kalbarczyk M.

• Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Zakład Tribologii, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Polska

autor

Michalczewski R.

• Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Zakład Tribologii, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Polska

autor

Stachura K.

• Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. K. Pułaskiego, Wydział Mechaniczny, ul. Malczewskiego 29, 26-600 Radom, Polska

autor

Szczerek M.

• Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Zakład Tribologii, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Polska

autor

Wieczorek A.

• Politechnika Śląska, Wydział Górnictwa i Geologii, ul. Akademicka 2, 44-100 Gliwice, Polska

Bibliografia

• 1. Kalin M., Vižintin J.: The tribological performance of DLC-coated gears lubricated with biodegradable oil in various pinion/gear material combinations. Wear. 2005, t. 259, s. 1270–1280.
• 2. Martins R.C., Moura P.S., Seabra J.O.: MoS2/Ti low-friction coating for gears. Tribology International. 2006, t. 39, s. 1686–1697.
• 3. Martins R., Amaro R., Seabra J.: Influence of low friction coatings on the scuffing load capacity and efficiency of gears. Tribology International. 2008, t. 41, s. 234–243.
• 4. Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszynski W.: The lubricantcoating interaction in rolling and sliding contacts. Tribology International. 2009, t. 42, s. 554–560.
• 5. Tuszyński W., Michalczewski R., Szczerek M., Kalbarczyk M.: A new scuffing shock test method for the determination of the resistance to scuffing of coated gears. Archives of Civil and Mechanical Engineering (ACME). 2012, t. 12, s. 436–445.
• 6. Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W., Antonov M.: The rolling contact fatigue of PVD coated spur gears. Key Engineering Materials. 2013, t. 527, s. 77–82.
• 7. Michalczewski R., Kalbarczyk M., Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.: The rolling contact fatigue of WC/C-coated spur gears. Journal of Engineering Tribology. 2013, t. 227 (8), s. 850–860.
• 8. Michalczewski R., Piekoszewski W., Tuszyński W., Szczerek M.: The problems of resistance to scuffing of heavily loaded lubricated friction joints with WC/C coated parts. Industrial Lubrication and Tribology. 2014, t. 66 (3), s. 434–442.
• 9. Basiniuk U.L., Levantsevich M.A., Maksimchenko N.N., Mardasevich A.I.: Improvement of triboengineering properties and noise reduction of tooth gears by cladding functional coatings on working surfaces of interfaced teeth. Journal of Friction and Wear. 2013, t. 34 (6), s. 438–443.
• 10. Winter H., Richter M.: Scuffing load capacity of hypoid and bevel gears. Materiały 8. Sympozjum JSME „Gearing”, Sendai (Japonia). 1975, s. 1–12.
• 11. Conrado E., Höhn B-R., Michaelis K., Klein M.: Influence of oil supply on the scuffing load-carrying capacity of hypoid gears. J. Engineering Tribology. 2007, t. 221, s. 851–858.
• 12. Hadschuh R.F.: Testing of face-milled spiral bevel gears at high-speed and load. NASA/TM-2001-210743, March 2001, s. 1–8.
• 13. Akimov V.V.: Initial contour optimization for bevel gears with circular teeth. Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2008, t. 37 (4), s. 371–378.
• 14. Suh S.-H., Jung D.-H., Lee E.-S., Lee S.-W.: Modelling, implementation, and manufacturing of spiral bevel gears with crown. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2003, t. 21, s. 775–786.
• 15. Tsai Y.C., Hsu W.Y.: The study on the design of spiral bevel gear sets with circular-arc contact paths and tooth profiles. Mech. Mach. Theory. 2008, t. 43, s. 1158–1174.
• 16. Sekercioglu T., Kovan V.: Pitting failure of truck spiral bevel gear. Engineering Failure Analysis. 2007, t. 14, s. 614–619.
• 17. Fonte M., Reis L., Freitas M.: Failure analysis of a gear wheel of a marine azimuth thruster. Engineering Failure Analysis. 2011, t. 18, s. 1884–1888.
• 18. Siddiqui N.A., Deen K.M., Zubair Khan M., Ahmad R.: Investigating the failure of bevel gears in an aircraft engine. Case Studies in Engineering Failure Analysis. 2013, t. 1, s. 24–31.
• 19. Michalczewski R., Kalbarczyk M., Tuszyński W., Szczerek M.: The scuffing resistance of WC/C coated spiral bevel gears. Key Engineering Materials. 2014, t. 604, s. 36–40.
• 20. Praca zbiorowa (red. Ku P.M.): Interdisciplinary approach to friction and wear. Wyd. Southwest Research Institute. Waszyngton 1968.
• 21. Tuszyński W.: An effect of lubricating additives on tribochemical phenomena in a rolling steel four-ball contact. Tribology Letters. 2006, t. 24 (3), s. 207–215.
• 22. Tuszyński W., Szczerek M.: Qualitative discrimination between API GL performance levels of manual transmission fluids by comparing their EP properties determined in a new four-ball scuffing test. Tribology International. 2013, t. 65, s. 57–73.
• 23. Tuszyński W., Szczerek M., Michalczewski R., Osuch-Słomka E., Rogoś E., Urbański A.: The potential of the application of biodegradable and non-toxic base oils for the formulation of gear oils – model and component scuffing tests. Lubrication Science. 2014, t. 26, s. 327–346.