Metoda doboru cienkich, twardych powłok przeciwzużyciowych dla zwiększenia trwałości wysoko obciążonych kół zębatych. Cz. II. Wyniki testów przekładniowych

• Autorzy: Michalczewski R. , Szczerek M. , Tuszyński W. , Wulczyński J.

Warianty tytułu

EN

A method for selection of wear resistant, hard, thin coatings to increase life of highly loaded gears. Part II. Results of gear tests

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W części I artykułu zaprezentowano nową metodę doboru cienkich, twardych powłok przeciwzużyciowych dla zwiększenia trwałości wysoko obciążonych kół zębatych. Metoda polega na przeprowadzeniu szeregu analiz i badań właściwości fizykomechanicznych powłok, zakończonych badaniami tribologicznymi odporności na zacieranie i powierzchniowej trwałości zmęczeniowej w modelowym skojarzeniu ciernym. Pozwoliła ona na wyselekcjonowanie dwóch powłok nowej generacji do potencjalnego zastosowania na koła zębate. Są to: powłoka a-C:H:W - wielowarstwowa, nanostrukturalna powłoka DLC domieszkowana wolframem o handlowej nazwie WC/C oraz powłoka MoS2/Ti - niskocierna powłoka kompozytowa o handlowej nazwie MoST. W niniejszym artykule (cz. II) omówiono wyniki badań weryfikacyjnych wyselekcjonowanych powłok z użyciem testowej przekładni zębatej (typu FZG). Powłoki naniesiono na zęby testowych kół zębatych. Celem badań było sprawdzenie, czy wysoko obciążone koła zębate po naniesieniu powłoki wykażą wyższą trwałość i lepsze parametry użytkowe (np. temperatura oleju, opory ruchu, drgania) niż koła stalowe, przy zastosowaniu tego samego środka smarowego, którym jest samochodowy olej przekładniowy wysokiej klasy jakościowej (API GL-5). Stwierdzono, że obie badane powłoki pozwalają zachować bardzo wysoką odporność na zacieranie i dodatkowo zredukować opory ruchu oraz obniżyć temperaturę oleju. Towarzyszy temu jednak znaczny spadek wskaźnika lepkości oleju. Co gorsza, powłoki powodują znaczące pogorszenie powierzchniowej trwałości zmęczeniowej i zwiększają poziom drgań. Zatem niecelowym jest stosowanie cienkich, twardych powłok do zwiększania trwałości wysoko obciążonych przekładni zębatych w przypadku zastosowania do ich smarowania olejów przekładniowych przeznaczonych do smarowania wysoko obciążonych kół stalowych. Wciąż otwartą pozostaje tutaj kwestia właściwego doboru oleju do smarowania materiału powłokowego w celu poprawy trwałości i parametrów użytkowych przekładni z naniesioną powłoką w porównaniu z przekładnią bez powłoki.

EN

In the Part I of this paper a method for selection of wear resistant, hard, thin coatings to increase life of heavy loaded gears has been described. The method includes a number of analyses of physico--mechanical properties of coatings finished with tribological testing of scuffing resistance and surface fatigue life performed in model tribosystems. The research enabled to select the two new-generation coatings. They were: a-C:H:W coating - multilayer, nanostructural DLC coating doped with tungsten, having the trademark WC/C, and MoS2/Ti coating - low friction, composite coating having the trademark MoST. Part II of the paper presents the tribological component tests of the both coatings using the back-to-back gear test rig that meets the domestic and international standard specifications. The tested coatings were deposited on the flanks of the test gears. The aim of the experiment was to determine experimentally the lifetime and operating features (e.g. oil temperature, friction, vibrations) of coated gears compared to such features of uncoated gears. For lubrication an automotive gear oil of high performance level was used (API GL-5). It has been shown that the both coatings make it possible to keep very high scuffing resistance of the gears, reduce friction and oil temperature. Unfortunately, it is accompanied by a significant drop in the viscosity index of the oil. Additionally, the presence of coatings significantly reduces the surface fatigue life and increases the level of vibrations. So, this is not appropriate to apply hard, thin coatings in highly loaded gears in case of lubrication with an oil intended for highly loaded steel gears. An unresolved matter remains a correct selection of the lubricating oil to improve surface fatigue life and operating features of coated gears, compared to uncoated ones.

Słowa kluczowe

PL

koła zębate; powłoki przeciwzużyciowe; odporność na zacieranie; powierzchniowa trwałość zmęczeniowa; testowa przekładnia zębata

EN

gears; anti-wear coatings; resistance to scuffing; surface fatigue life; gear test rig

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2007
• Tom: nr 6
• Strony: 133--150
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Michalczewski R.

autor

Szczerek M.

autor

Tuszyński W.

autor

Wulczyński J.

• Instytut Technologii Eksploatacji - Państwowy Instytut Badawczy, Zakład Tribologii, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom

Bibliografia

• 1. Sprawozdanie końcowe z realizacji projektu badawczego zamawianego PBZ-02, zadanie 1.5: Rozwój technologii wytwarzania wysokoobciążonych kół zębatych z wykorzystaniem twardych powłok przeciwzużyciowych. Praca pod kier. M. Szczerka. Zakład Tribologii ITeE - PIB, Radom 2006.
• 2. Joachim F.: Influence of coatings and surface improvements on the lifetime of gears. Materiały Konferencji COST 532 w Ghent (Belgia), 2005, s. 138-147.
• 3. ISO 10816-1. Mechanical vibration - Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts. Part 1: General guidelines.
• 4. ISO 14635-2. FZG step load test A10/16,6R/120 for relative scuffing load-carrying capacity of high EP oils.
• 5. CEC L-84-02. FZG scuffing load carrying capacity test for high EP oils.
• 6. FVA Information Sheet No. 243 Status June 2000. Method to assess the scuffing load capacity of lubricants with high EP performance using an FZG gear test rig.
• 7. FVA Information Sheet No. 2/IV Status July 1997. Influence of lubricant of the pitting capacity of casecarburized gears in load-spectra and singlestage investigations.
• 8. Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszynski W.: The investigation of PVD/CVD coatings and environmentally friendly lubricants in heavy-loaded rolling and sliding contacts. Materiały Konferencji COST 532 w Ljubljanie (Słowenia), 2007, s. 377-388.
• 9. Raport z projektu badawczego SPUB-M COST Action 532 (kier. Michalczewski R.): Mechanochemiczna synergia pomiędzy powłokami PVD/CVD a przyjaznymi dla środowiska środkami smarowymi w tocznym i ślizgowym styku tarciowym. ITeE - PIB, Radom 2007.
• 10. Matuszewska A., Michalczewski R., Grądkowski M., Szczerek M.: Dobór baz olejowych do węzłów tarcia z elementami pokrytymi powłoką WC/C. ZEM. 2007, z. 2, s. 31-40.
• 11. Matuszewska A., Grądkowski M., Szczerek M.: Komponowanie środków smarowych do smarowania węzłów tarcia z powłoką niskotarciową. Tribologia. 2007, nr 2, s. 445-457.