Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

A new scuffing shock test method for the determination of the resistance to scuffing of coated gears

Tuszynski W., Michalczewski R., Szczerek M., Kalbarczyk M.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2012

|

Vol. 12, no. 4

436--445

EN

An improvement in the scuffing resistance of toothed gears is achievable by e.g. the deposition of thin, hard coatings onto the gear teeth. However, the testing of the scuffing resistance of coated gears requires the application of specialised test methods. This paper presents a new test method, designed by the authors, called “gear scuffing shock test for coatings”. This method is based on the test method denoted as FZG S-A10/16,6R/110 developed at the Technical University of Munich. Because the FZG test method is dedicated exclusively to lubricating oils, its application for testing coated gears required introducing significant modifications. The developed method has been verified during the testing of the scuffing resistance of gears coated with the low-friction a-C:H:W coating and composite low-friction MoS2/Ti coating. Various material combinations were tested: coating–coating (both gears coated), coating-steel, steel-coating, and for reference steel–steel (both gears uncoated). Mineral, automotive gear oil of API GL-5 performance level, and SAE 80W-90-viscosity grade was used for lubrication. It has been shown that this test method can be successfully applicable to test the scuffing resistance of coated gears - it has a resolution good enough to differentiate between the tested material combinations.

2

Badanie wpływu samochodowych i przemysłowych olejów przekładniowych na mikropitting kół zębatych

Tuszyński W., Kalbarczyk M., Michalak M.

Tribologia

|

2011

|

nr 6

241-256

PL

Celem pracy była ocena wpływu właściwości samochodowych olejów przekładniowych (przeznaczonych do ręcznych skrzyń biegów oraz do tylnych mostów) na przeciwdziałanie mikropittingowi kół zębatych. Badania wykonano za pomocą stanowiska przekładniowego T-12U, metodą FZG GT-C/8,3/90. Zbadano trzy samochodowe oleje przekładniowe z bazą mineralną – klasy API GL-3, GL-4 i GL-5, a także olej z bazą syntetyczną (PAO) klasy GL-5. Punktem odniesienia były wyniki badań dwóch olejów przekładniowych przemysłowych; jeden z nich miał bazę biodegradowalną. Nie stwierdzono wpływu klasy jakościowej API GL samochodowych olejów przekładniowych na mikropitting. Olej przekładniowy przemysłowy z bazą biodegradowalną pozwala osiągnąć wysoką odporność na mikropitting, podobnie jak najlepsze oleje przekładniowe samochodowe. Nie stwierdzono korelacji pomiędzy oporami ruchu, właściwościami przeciwzatarciowymi oraz właściwościami związanymi z przeciwdziałaniem pittingowi a odpornością na mikropitting. Natomiast lepkość oleju, a co za tym idzie, grubość filmu smarowego, ma korzystny wpływ na przeciwdziałanie mikropittingowi. Badania nad tą formą zużywania będą kontynuowane.

EN

The aim of the work was to assess the influence of the properties of manual transmission fluids (also called automotive gear oils) on the resistance to micropitting of gears. The FZG GT-C/8,3/90 micropitting test method was performed using a T-12U gear test rig. Three mineral, automotive gear oils of different performance levels were tested – API GL-3, GL-4 and GL-5 oils, as well as a synthetic (PAO) GL-5 oil. For reference, two industrial gear oils were also tested, and one of them was biodegradable oil. The results show that there is no influence of API GL performance levels of automotive gear oils on micropitting. The biodegradable industrial gear oil gives a high resistance to micropitting like the best automotive gear oils. There is no correlation between friction, EP properties, and fatigue (pitting) life and the resistance to micropitting. However, concerning oil viscosity and lubricating film thickness, it exerts a beneficial influence on the resistance to micropitting. The research on micropitting will be continued.

3

Kompleksowe porównanie dwóch olejów przekładniowych przemysłowych z bazą naturalną i mineralną

Tuszyński W., Rogoś E., Urbański A.

Tribologia

|

2009

|

nr 5

179-192

PL

W ITeE – PIB w Radomiu opracowano olej ekologiczny o nazwie Arol P220 do przekładni przemysłowych. Jego bazę stanowi mieszanina oleju rzepakowego i rycynowego. Jest zamiennikiem oleju handlowego z bazą mineralną w klasie lepkości ISO VG 220. Opracowany olej spełnia najważniejsze wymagania normy PN-C-96056:1990 odnośnie do charakterystyki fizykochemicznej oraz właściwości tribologicznych. Jednak coraz większe znaczenie przywiązywane jest do innych właściwości, nieujętych we wspomnianej normie. Są to: opory tarcia, odporność kół zębatych na zacieranie w zaostrzonych warunkach, odporność kół zębatych na pitting i mikropitting, odporność łożysk tocznych przekładni na pitting, generowane drgania przekładni oraz stabilność termooksydacyjna oleju wykazywana w długotrwałych testach przekładniowych i stabilność fizykochemiczna oleju w czasie długotrwałego magazynowania. Dlatego przeprowadzono szereg dodatkowych testów porównawczych obu olejów (ekologicznego i handlowego mineralnego) – czterokulowych (styk ślizgowy i toczny), przekładniowych i fizykochemicznych, nie ujętych w normie PN-C-96056:1990. Wykazano, że olej ekologiczny pozwala obniżyć współczynnik tarcia oraz zwiększyć odporność kół zębatych na mikropitting w porównaniu z olejem mineralnym. W warunkach smarowania zanurzeniowego (testy pittingu) olej ekologiczny pozwala na redukcję poziomu drgań w porównaniu z olejem mineralnym, jednak w czasie badań mikropittingu (smarowanie natryskowe) sytuacja jest odwrotna. Znaczącą wadą oleju ekologicznego jest niekorzystna zmiana (spadek) wskaźnika lepkości w czasie długotrwałego magazynowania, gorsza stabilność termooksydacyjna po testach przekładniowych (duży wzrost lepkości) oraz spadek odporności smarowanej powierzchni na zacieranie w warunkach bardzo wysokich nacisków. Najistotniejszą wadą oleju ekologicznego jest jednak znaczne skrócenie czasu do momentu pojawienia się pittingu elementów tocznych łożysk. Wady te, w przypadku braku możliwości ich usunięcia, można częściowo skompensować skróceniem okresu magazynowania i eksploatacji oleju ekologicznego oraz stosowaniem go do smarowania przekładni pracujących w warunkach umiarkowanych obciążeń.

EN

At ITeE – PIB in Radom, an ecological industrial gear oil, denoted as Arol P220, has been formulated. The oil is based on the mixture of rapeseed and castor oils, and is a substitute for a VG 220 commercial gear oil with a mineral base. Arol P220 fulfils the most important requirements of the domestic standard PN-C-96056:1990 concerning the physico-chemical characteristic and tribological performance. However, greater and greater attention is being put on other properties not included in the mentioned standard. They are friction, resistance of gears to scuffing under severe conditions, resistance of gears to pitting and micropitting, fatigue life of rolling elements of bearings, gear vibrations, thermo-oxidative stability of the oil after long-lasting gear experiments, and physico-chemical oil stability during a long-lasting storage. This is why a number of additional tests were performed – four-ball tests (pure sliding and rolling contacts), gear tests and physico-chemical analyses. The ecological oil and its commercial, mineral equivalent were compared. Standardised and the author's test methods were carried out, not included in the PN-C-96056:1990 standard. The results show that Arol P220 reduces friction and improves the resistance of gears to micropitting compared with the mineral oil. Under conditions of dip lubrication (the gear pitting tests), the ecological oil reduces the level of vibrations in comparison with the mineral oil, but during the gear micropitting tests (spray lubrication) a reverse trend is observed. However, there are significant drawbacks to the ecological oil. They are the unfavourable change (drop) in the viscosity index during long-lasting storage, worse thermo-oxidative stability (much viscosity rise) after the gear experiments, and a drop in the resistance of gears to scuffing under very large loads. The worst drawback is a significant acceleration of pitting of bearing balls. When removal of these drawbacks appears impossible, they can be partly compensated by a shorter time of storage and exploitation of the ecological oil and using it for lubrication of gears working under moderate conditions.

4

Klasyfikowanie jakości samochodowych olejów przekładniowych metodą szokowego zacierania testowej przekładni zębatej

Tuszyński W.

Tribologia

|

2009

|

nr 2

259-274

PL

Jednym z istotnych problemów współczesnej tribologii jest różnicowanie olejów smarowych o wysokich właściwościach przeciwzatarciowych (EP – extreme-pressure). Przykładem takich olejów są samochodowe oleje przekładniowe wysokich klas jakości – API GL-3 do GL-5. W artykule przedstawiono nową metodę rozróżniania właściwości takich olejów, a przez to ich jakościowego klasyfikowania, zwaną "metodą zacierania szokowego" i oznaczoną symbolem S-A10/16,6R/120. Dotyczy badań z wykorzystaniem testowej przekładni zębatej i została opracowana w Gear Research Center (FZG) Uniwersytetu w Monachium. Nowa metoda wykonywana jest w znacznie zaostrzonych warunkach (mniejsza szerokość zębów, wyższa prędkość obrotowa i początkowa temperatura badanego oleju, odwrócony kierunek obrotów) niż najczęściej dotychczas stosowana testowa metoda zacierania przekładni, także opracowana przez FZG, oznaczona symbolem A/8,3/90. Dodatkowo, w odróżnieniu od innych przekładniowych testów zacierania, w metodzie zacierania szokowego obciążenia nie zwiększa się stopniowo od wartości najmniejszej, ale obciąża się testowe koła zębate od razu takim obciążeniem ("szokowym"), pod którym spodziewane jest zatarcie. Unika się w ten sposób dotarcia kół, a przez to zwiększa ich podatność na zacieranie. Dokonano weryfikacji nowej metody, badając wiele samochodowych olejów przekładniowych różnych klas jakości API: GL-3, GL-4, GL-4/5, GL-5 i GL-5(LS). Dla odniesienia wykonano badania także olejów najniższej klasy GL-1. Do badań wykorzystano stanowisko przekładniowe o symbolu T-12U, opracowane i wytwarzane w ITeE – PIB. Stwierdzono, że metoda "szokowa" pozwala bez problemu rozróżnić oleje klasy GL-3 od olejów klas wyższych. Chociaż nie ma możliwości różnicowania olejów należących do najwyższych klas jakości – GL-4, GL-4/GL-5 i GL-5, to można różnicować oleje wewnątrz poszczególnych klas. Co bardzo istotne, żaden z badanych olejów nie pozwolił na osiągnięcie stopnia obciążenia niszczącego (będącego miarą właściwości EP badanych olejów) wyższego niż 11, co wskazuje, że wymuszenia w metodzie zacierania szokowego są wystarczające dla różnicowania współczesnych samochodowych olejów przekładniowych. Metoda zacierania szokowego może znaleźć zastosowanie w laboratoriach przemysłu petrochemicznego, ale również w laboratoriach ośrodków zajmujących się pracami rozwojowymi z dziedziny inżynierii powierzchni i inżynierii materiałów na koła zębate.

EN

Nowadays, one of the important current problems of tribology is differentiating between oils of high EP (extreme-pressure) properties. Examples of such oils are automotive gear oils of high performance levels API GL-3 to GL-5. The author presents a new test method intended for differentiating between such oils from the point of view of their API performance level. The method is called "scuffing shock test" and denoted as S-A10/16,6R/120. It concerns gear testing and has been developed in the Gear Research Centre (FZG) at the Technical University of Munich. The shock test is carried out under much severer conditions (reduced face width, double rotational speed, higher initial temperature of the tested oil, reverse sense of rotations) than the most often employed FZG gear scuffing test denoted as A/8,3/90. Unlike the other FZG gear scuffing tests, in which the load is increased in stages from the lowest value, in S-A10/16,6R/120 test the expected failure load is applied to an unused gear flank, hence the name "shock test". This prevents the test gears from running-in and in turn increases their susceptibility to scuffing. The shock test has been verified using a series of automotive gear oils of the following API performance levels: GL-3, GL-4, GL-4/5, GL-5 and GL-5(LS). For reference, API GL-1 gear oils, showing the poorest performance, were also tested. A test rig denoted as T-12U, designed and manufactured by ITeE-PIB in Radom, was used. It has been shown that the shock test makes it possible to differentiate between automotive gear oils of API GL-3 performance level and oils of higher levels. Although it is impossible to differentiate between automotive gear oils of the highest specifications (GL-4, GL-4/GL-5, GL-5), one can distinguish between oils belonging to the same performance level. What is particularly important is that none of the tested oil exhibited the failure load stage (being a measure of EP properties of oils tested) higher than 11. This implies that the test conditions in the shock test are severe enough to differentiate between modern automotive gear oils. The presented gear scuffing shock test can be implemented in the R&D laboratories of the petroleum industry, but also in the laboratories of the R&D centres devoted to surface engineering and engineering of advanced materials intended for modern toothed gears.

5

Zastosowanie powłok DLC do zwiększania odporności na zacieranie kół zębatych smarowanych olejem ekologicznym

Michalczewski R., Tuszyński W., Szczerek M.

Inżynieria Powierzchni

|

2008

|

nr 3

49-57

PL

Celem pracy było zbadanie wpływu powłok DLC osadzanych technikami próżniowymi, na odporność na zacieranie modelowej przekładni zębatej. Do badań wytypowano trzy rodzaje powłok typu DLC: a-C:H:W, a-C:Cr i a-C:H. Powłoka a-C:H:W została osadzona metodą PVD (Physical Vapour Deposition) z wykorzystaniem reaktywnego rozpylania magnetronowego. Powłoka a-C:Cr. o dominującym udziale struktury sp2, została osadzona w procesie CFUBMSIP (Closed Field Unbalanced Magnetron Sputter Ion Plating). Powłokę a-C:H o znacznym udziale struktury węgla sp2 osadzono na warstwie Cr, z międzywarstwą z CrC. Powlekanie przeprowadzono w procesie PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition). Badania wykonano metodą A/8.3/90, realizowaną w ITeE-PIB za pomocą stanowiska przekładniowego T-12U (typu FZG). Badania zostały przeprowadzone dla kół pokrytych powłokami DLC oraz, dla odniesienia, dla kół bez powłoki. Przekładnię smarowano zanurzeniowo olejem ekologicznym bez dodatków smarnościowych. Uzyskane wyniki odniesiono do wyników badań kół stalowych smarowanych olejem przekładniowym (klasy GL-5 wg API) z pełnym pakietem dodatków. Wyniki przeprowadzonych badań dowodzą, że istnieje możliwość przeniesienia niektórych funkcji środków smarowych na powłoki przeciwzużyciowe. Dodatkowym efektem zastosowania powłoki węglowej a-C:H:W na powierzchnie robocze kół zębatych smarowanych olejem ekologicznym, było obniżenie temperatury pracy węzła tarcia (o ok. 20°C) i zmniejszenie oporu ruchu - wzrost sprawności (o ok. 20%).

EN

The objective of the study was the investigation of the effect of DLC coatings deposited by vacuum methods on scuffing resistance of coated gears. Three kinds of DLC coatings were tested: a-C:H:W, a-C:Cr and a-C:H. The a-C:H:W coating was deposited by PVD method (Physical Vapour Deposition) with reactive magnetron sputtering. The a-C:Cr coating, with dominating sp3 structure was deposited in CFUBMSIP process (Closed Field Unbalanced Magnetron Sputter Ion Plating). The a-C:H coating with dominating sp3 structure was deposited in PECVD process (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition).The gear tests were preformed using FZG A/8.3/90 method, employing T-12U testing fig. The tests were done for DLC coated gears and for uncoated gears. The gears were lubricated with eco-oil. The obtained results were compared to results achieved for steel uncoated gears lubricated with high performance gear oil with full package of additives (GL-5 performance level according to API). The performed results indicate that under extreme-pressure conditions DLC coating can take over the functions of AW/EP additives. For the a-C:H:W coated gears lubricated with ecological oil the oil temperature was lower by 20°C, and the friction was lowered by 20% than those achieved for uncoated steel gears lubricated with high performance GL-5 gear oil.

6

Nowe metody badania wpływu olejów smarowych na zacieranie, pitting i mikropitting kół zębatych

Tuszyński W., Wulczyński J.

Tribologia

|

2007

|

nr 3-4

303-317

PL

W artykule przedstawiono trzy nowe metody badania olejów smarowych na stanowisku przekładniowym typu FZG. Metody zostały opracowane w Gear Research Center (FZG) Uniwersytetu w Monachium. Metoda pierwsza, oznaczona A10/16,6R/120, dotyczy różnicowania olejów smarowych pod względem ich wpływu na zacieranie. Jest ona prowadzona w znacznie ostrzejszych warunkach niż popularna metoda badania zacierania A/8,3/90. Stwierdzono, że nowa metoda ma lepszą rozdzielczość i pozwala rozróżnić samochodowe oleje (do przekładni mechanicznych) klasy jakościowej APIGL-3 od olejów klas wyższych (GL-4 i GL-5). Druga z metod, oznaczona PT C/10/90, dotyczy badania wpływu olejów smarowych na powierzchniową trwałość zmęczeniową (ang. pitting) testowej przekładni zębatej. Stwierdzono, że pozwala ona uzyskać - pomimo dużych rozrzutów wyników nieodłącznych w badaniach zmęczeniowych - "oczekiwaną" formę zużycia, czyli wykruszenie zmęczeniowe, a inne formy zużycia (mikropitting, zacieranie) mają znaczenie drugorzędne bądź nie występują wcale. Ostatnia z metod dotyczy badania wpływu olejów smarowych na mikropitting i jest oznaczona GT-C/8,3/90. Stwierdzono, że pozwala ona uzyskać "oczekiwaną" formę zużycia, jaką jest mikropitting, a inne formy zużycia (pitting, zacieranie) nie występują wcale. W artykule opisano również stanowisko T-12U do kompleksowych badań przekładni zębatej, opracowane i wytwarzane w ITeE - PIB w Radomiu, a także wyniki badań wybranych olejów przekładniowych.

EN

The authors present three new methods for the testing of lubricating oils using a gear test rig. The methods have been developed in the Gear Research Center (FZG) at the Technical University of Munich. The first test method, denoted as A10/16,6R/120, is intended for differentiating between oils from the point of view of their EP (extreme-pressure) properties. It is carried out under more severe test conditions than the popular scuffing test method A/8,3/90. It has been shown that the new test method has a better resolution and makes it possible to differentiate between automotive gear oils (for mechanical transmissions) of API GL-3 performance level and oils of higher level (GL-4 and GL-5). The second test method, denoted as PT C/10/90, is intended for investigation of an influence of lubricating oils on surface fatigue (pitting) of test gears. It has been shown that - despite big scatter of results, typical of surface fatigue tests - the method makes it possible to obtain a 'desired' form of wear, i.e. pitting, while other forms of wear (micropitting, scuffing) are of minor significance or do not appear at all. The last test method, denoted as GT-C/8,3/90, concerns investigation of an effect of lubricating oils on micropitting of test gears. It has been shown that the method makes it possible to obtain a 'desired' form of wear, i.e. micropitting, while other forms of wear (pitting, scuffing) do not appear at all. A new test rig T-12U for comprehensive gear testing, designed and manufactured by ITeE-PIB in Radom, as well as results for selected gear oils have been also presented in the paper. The presented gear test methods become more popular in the laboratories of the biggest producers of lubricating oils in the world. Their standardization is in progress. So, the test methods could be very helpful also in the R&D petroleum laboratories in Poland; their implementation in this sector seems to be highly desired.

7

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

Michalczewski R., Szczerek M., Tuszyński W., Wulczyński J.

Tribologia

|

2007

|

nr 6

133-150

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.