Cercetare Industriala


Ca parte din proiectul de cercetare a unui dispozitiv electronic de diagnosticare n timp real (on-line) pentru uneltele din?ate destinate uzului general numit Vibrex mpreun? cu programul de Gearexpert care s? permit? detectarea deteriorarii condusului , cercetare experimental? finan?ata de c?tre Comitetul ?tiin?ific de cercetare a fost efectuat prin utilizarea unui aditiv special pentru uleiurile numit CERAMIZER ®.
Aceasta cuprinde o parte din monografia Doctorului Inginer Jerzy Tomaszewski ?i Jzef Drewniak, intitulat "exploatarea vitezei din?ate ".
Impactul CERAMIZER ® - ulei aditiv pentru performanta parametrilor cutiei de viteze.
Sursa: www.zent.pl

gears

IMPACTUL ADITIVULUI DE ULEI CERAMIZER ASUPRA PARAMETRILOR DE PERFORMANTA AI MECANISMELOR

Procesele legate de exploatarea vitezei, sunt legate cu raportul frecarea ntre dou? ro?i cooperante, ca rezultat al inter-alunecarii dintre dintii unei roti. Frictiunea genereaz? c?ldur? pe suprafa?a din?ilor ?i n unele conditii rezulta exploatarea cutiei de viteze. Pentru scopul cercetarii, am ales ® CERAMIZER, un ulei aditiv pentru cutia de viteze fabricat de VIDAR din Var?ovia.

Ceramizarea suprafetelor metalice rezulta n generarea unui strat metalo-ceramic pe suprafe?e metalice ale masinii si pe dispozitive sensibile la frecare n timpul func?ionarii. Prin crearea unui strat metalo-ceramic-CERAMIZER ® regenereaza si reconditioneaza suprafetele metalice sensibile la frecare, aderand permanent la metal la nivel molecular. Stratul metalo-ceramic generat este dur, durabil ?i are un coeficient de frecare redus, transmite caldura si este rezistent la temperaturi ridicate si sarcini mecanice . Acest strat umple, acopera ?i neteze?te micro-defectele ?i deform?rile suprafetelor metalice supuse la frecare. Ca urmare e unei temperaturi ridicate la nivel local (peste 900 ° C) pe locurile de frecare urmeaz? topirea particulelor de CERAMIZER ®. Aceste particule de CERAMIZER ® sunt caracterizate de un nivel ridicat de aderen?? la metal ?i transporta particulele de metal incluse n ulei sau gr?sime n locurile uzate (transportate selectiv) acolo unde exist? o temperatur? ridicat?, ca urmare a frecarii ,urmand apoi difuzarea lor . n aceste locuri ,particule de metal ?i ® CERAMIZER reconstruiesc suprafe?ele generand un strat metalo-ceramic.

Ca rezultat al difuziunii CERAMIZER® asupra suprafetelor metalice , structura cristalizata de metal se imbunatateste si stratul exterior devine mai dur si se umple(este generat un strat protector metalo-ceramic inseparabil si de durata).

 

Propriet??ile contactului de frecare lubrifiate cu ulei ?i la care se adauga CERAMIZER ® Ini?ial, au fost examinate cu testul Roll-Block aparatulele T-05 fabricate de ITE n Radom. Aparatul test T-05 are ca scop estimarea propriet??ilor frotiurilor din plastic, uleiuri ?i frotiuri solide ?i rezisten?a la uzur? n timpul frecarii a metalelor ?i a materialelor plastice ?i s? examineze exploatarea rezistentei la frecare sc?zuta, straturi aplicate pe piese de ma?ini foarte nc?rcate. Dispozitivul de ncercare, este proiectat pentru a desf??ura activit??i de cercetare n conformitate cu metodele prev?zute de standardele americane: ASTM D 2714, D 3704, D 2981 ?i G 77. Datorit? solu?iilor aplicate ?i a echipamentelor montate pe masina de teste a fost posibila efectuarea testelor asupra contactului de alunecare gresat si uscat ?i mi?care oscilanta, cu posibilitatea de a ajusta viteza alunecarii ?i o amplitudinea. Contactul examinat poate di intens sau raspandit. Func?ionarea aparatului de testare este prezentat in figura 7.10.

aparat

Exemplu de prindere 4, cu inserarea unui semicerc 3 include auto-reglarea prinderii blocului 1, furnizand montarea etan?? la cilindul 2 ?i aceea?i r?spndire uniforma de mpingere pe contact. Sistemul dublu de incarcare permite aplicarea unei forte de apasare fata de cilindrul P, cu o precizie de 1%. Cilindrul se rote?te cu monotona n , viteza de rota?ie sau efectueaza o miscare de oscila?ie cu frecven?? F. Cercetand for?a de frecare, unitatea de uzura la frecare liniar? , temperatura de bloc ?i uleiul au fost raportate. Elementele testate de T-05 este un e?antion de bloc ?i o bobina anti-proba. Suprafa?? cilindric? a bobinei rotative, mpreun? cu suprafa?a lateral? a blocului cuprinde un contact de r?spndire de 6,35 mm latime.

* Masa de uzur? calculata ca masa blocului de prob? cu utilizarea unui echilibru de 0,0001 g de rezolu?ii.
* Volumul de uzura calculat pe baza consumului de mas? de 7,85 g / cm ³ densitate de bloc.
* Volum de uzur? calculat ca o uzur? liniar? a unit??ii de frecare in ?m, m?surat? cu un converor de deplasare n ceea ce prive?te distan?a n km.
* O rata medie de frictiune calculata ca o valoare medie a momentelor nregistrate pentru distan?a de frecare data.

Metoda de cercetare alicata include determinarea parametrilor pentru un tip de ulei de baza FVA-2 cu si fara adaugarea de CERAMIZER®. .Cercetarile au fost efectuate pentru o incarcatura de 120kg ,viteza de alunecare de 0,5m/s si o distanta de frecare de 10800m.

Tabelul 7.1 prezinta rezultatele pentru un ulei de baza si ulei cu aditiv

Nr.

 

 

Consumul de masa

Consumul de volum

Capacitatea de consum

Factorul de frecare

(stabilizat)

 

         9

       mm³

    µm/km

 

                                              Ulei de baza FVA-2

        1

0,00185

0,236

1,35

0,063

        2

0,00168

0,214

1,24

0,104

     Mediu

0,00177

0,225

1,30

0,086

                              Ulei FVA-2 cu adaugare CERAMIZER

        1

0,00083

0,106

0,78

0,031

        2

0,00075

0,096

2,11

0,063

        3

0,00044

0,056

1,08

0,088

     Mediu

0,00067

0,086

1,32

0,061

Figura 7.11 prezinta procentajul compararii rezultatelor.

tabel

mpreun? cu sc?derea raportului de frecare temperatura blocului a sc?zut cu 28% n raport cu temperatura blocului cu ulei de referin??.

Rezultatele ob?inute pe aparatul de testare trebuie s? fie verificate pentru condi?ii de contact predominante n timpul angrenarii ?i un impact de aditiv pe al?i parametri ai mecanismului ce trebuie s? fie definiti. Obiectul principal de cercetare a fost de a determina impactul aditivului de ulei pe propriet??ile dinamice ale angrenajului cilindrilor. n conformitate cu descrierea oferit? de produc?tor mecanismul genereaza un strat de ulei de viteze ,aditiv ce genereaza un strat metalo-ceramic pe suprafata dintelui care n timpul functionarii este supus auto-nivelarii. Startul metalo-ceramic prevede netezirea micro-fisurilor, zgrieturilor ?i exfolierii. Ca urmare a efectuarii ceramizarii este obtinut un profil corect al din?ilor ?i sc?dere considerabil? a inter-frecarii dintilor. Obiectivul principal al cercet?rii a fost de a determina impactul stratului ceramic generat pe suprafata dintilor asupra parametrilor de performan?? ai cutiei de viteze. Cercetarea a inclus m?surarea urmatorilor parametri:

* temperatura uleiului si a carcasei cutiei de viteze.
* Vibratiile si zgomotul mecanismului ( presiune acustic?) - abaterea, angrenarea , nainte ?i dup? adaugarea aditivului.
* Stresul rezidual de pe suprafa?a dintelui, nainte ?i dup? ceramizare.

Cercetarile au fost efectuate pe un stand de putere nchis SB -J2 prezentat in figura 7.12.

aparat

Cercetarile au fost efectuate pe trei perechi de ro?i de constructie cinematica, parametrii sunt inclusi n tabelul 7.4. Rotile s-au facut din otel 18HGT ?i au fost supuse supus carburarii de pn? la 0,2 adncime a modulului ?i supuse nt?ririi de pn? la 56 ± 2 HRC duritate. n timpul fiecarui experiment pinionul a fost nc?rcat cu 650 +6 Nm rotatii pe minut.
n timpul fiecarui test s-a folosit un ulei proaspat, de tip TRANSOL SP-150, in care s-a folosit cu adaos de CERAMIZER ® .

Parametrii  rotilor utilizate pentru testare. Tabelul 7.2

Tipul rotii

Nr. dintilor

Modul mm

Ratia de suprapu- nere

Unghiul profilului ?

Corectari

x

Latimea rotii

Rotatii

1/min

Dinte

27

4

1,208

20º

0,0

16

1450

Roata

25

4

1,208

20º

0,2574

20

1119

Tabelul 7.3 include num?rul de teste, num?rul de probe folosite ?i anti-probe ?i valorile de nc?rcare instanta a pinionului.

Lista cu numerele de roti dintate utilizate pentru teste ?i valorile momentelor de nc?rcare pentru pinion. Tabelul 7.3

Numarul testului

Nr.rotii esantion

Nr.rotii anti-esantion

Moment [Nm]

Test 1

61-03-05-18

62-03-01-2-05

653

Test 2

61-03-05-30

62-03-01-2-21

650

Test 3

61-03-05-05

62-03-01-2-21

656

Fiecare test a fost efectuat timp de 48 de ore (conform fabricantul CERAMIZER ®, ntregul proces trebuie s? dureze pn? la 40 de ore de functionare a angrenajului sub incarcatura ).

Figura 7.13 arat? m?suratorile standului aplicate n scopul de a stabili parametrii de performan?? ai mecanismului. n carcasa 1, au fost stabilite ro?i de prob? ?i anti-prob? enumerate n tabelul 2. Senzor 8 masoara accelerarea vibra?iilor carcasei cutiei de viteze. Senzori de temperatur? 9,14 m?soar? temperatura carcasei cutiei de viteze ?i temperatura uleiului din carcasa interioara. Indicatorul de sunet 10 nregistreaza fluctua?iile presiunii acustic? la fiecare 2 minute. Rezultatele au fost nregistrate cu sistemul DasyLab , versiunea 4.0 elementele 12,13.

figura

Momentul cuplului osiei cu pinionul a fost m?surat? cu un sistem extensometer 6 cu transferul telemetric al semnalului 7 la datele sistemului logisti 12. Viteza de rota?ie a arborelui de admisie testate la viteza 1 a fost ajustat cu invertor 15. M?surarea stresului rezidual de pe suprafata dintilor a fost f?cut? cu un instrument de difractie cu raze x tip ASTX2002 prezentat in figura 7.14.

figura

M?surarea performantelor devierii dintilor a fost ob?inut? cu masina de m?surare Hoefler. Fiecare dintre masuratorile performan?ei devierii au fost determinate cu referire la o roat?, nainte ?i dup? ceramizare.
Rezultatelor de m?surare vor fi prezentate pentru fiecare parametru al performantei m?surat,. Aceste rezultate au fost nregistrate n timpul intregului experiment care incepe o data cu pornirea mecanismului, mai trziu n timpul ceramizarii ?i n timpul operarii ceramizer ® pe laturile din?ilor

Temperatura uleiului din interiorul mecanismului ?i a carcasei a fost m?surat? cu termocupluri tip J la fiecare 1 minut n timpul intregului test .

tabel

Figura 7.16 prezint? fluctua?iile de temperatur? a carcasei cutiei de viteze n timpul a trei teste de masurare.
n ambele cazuri, valorile indicate determina cresterea temperaturii n raport cu temperatura mediului ambiant.
Analiza diagramelor arat? c? n timpul ceramizarii nu exist? modific?ri semnificative de temperatura n zona fluxului de c?ldur? (linie orizontal?). Numai n cazul testului 1 (figura 7.15 ?i 7.16) s-a observat o scadere semnificativa a temperaturii uleiului si a carcasei cutiei de viteze n special n faza final? a testului. O iner?ie termic? mare a mecanismului poate cauza ntrzieri semnificative n fluctua?ilei de temperatur? a uleiului ?i a carcasei mecanismului ceea ce duce la fluctua?iile nedetectabile ale temperaturii n timpul fluxului de c?ldur?.

tabel

Pe suprafata ceramizata a din?ilor s-a masurat o amplitudine a vibratiilor de accelerare .

Figura 7.17 prezint? fluctua?iile amplitudinii vibra?iilor de accelerare cu referire la cele trei teste.

tabel

Analiza diagramelor arat? sc?derea vibra?iilor carcasei mecanismului n timpul ceramizarii. n mod evident s-a observat fusul orar necesar pentru generarea stratului ?i de patrundere n ro?ilor. Dup? acest proces nivelurile de vibra?ii se stabilizeaza ?i fluctueaze n jurul unei valoari constante. Dac? consideram nivelul amplitudinii vibratiilor ca cel de pornire , atunci , n cele din urm? observam o scadere aproape de doua ori mai mare a amplitudinii vibratiilor. Tabelul 7.4 prezinta valoarea medie a vitezei vibratiilor ?i amplitudinea accelera?iei n prima ?i ultima or? de experiment.

Compararea eficientei amplitudinii vibratiilor. Tabelul 7.4

Nr. Test

A RMN

[g]

1 ora

A RMN

[g]

Ultima ora

Raportul de scadere al vibratiilor

V

RMS

[mm/s]

1 ora

V

RMS

[mm/s]

Ultima ora

Raportul de scadere al vibratiilor

Test 1

8,56

5,47

1,57

3,49

2,24

1,56

Test 2

4,0

3,17

1,26

1,63

1,30

1,26

Test 3

6,88

3,08

2,27

2,82

1,22

2,32

Echivalentul de presiune acustic? a fost masurat ca parametru de zgomot pe duarata a dou? minute, cu utilizarea unui filtru de tip A. Zgomotul a fost m?surat? cu ecartament de tip Svan-912 E clasa I cu inregistrarea rezultatelor. Figura 7.18 prezinta rezultate cu referire la m?surarea zgomotului pentru testul 1

tabel

Luand in considerare rezultatele se pot distinge doua zone:prima cu o tendinta clara de ceramizare a suprafetei laterale a dintilor si rezultand scaderea nivulului de zgomot si a doua de stabilizare a fluctuatiilor zgomotului in jurul unei valori medii.Tabelul 7.5 include rezultatele calculelor unei valori a presiunii acustice medii in dreapta si in stanga liniei rosii prezentate in figura 7.18.

Rezultatele comparative ale masuratorilor presiunii acustice.Tabelul 7.5

Nr. Test

Suprafata stanga

L eqw [dB(A)]

Suprafata dreapta

L eqw [dB(A)]

Scaderea presiunii

D L eqw [dB(A)]

Test 1

95,47

94,16

1,31

Test 2

92,98

90,92

2,06

Test 3

93,72

92,48

1,26

Masuratorile stresului rezidual au fost facute pentru roara esantion No. 61-03-05-30 si pentru dintele No. 1,5,10,15,20,15 din dreapta.Masuratorile au fost efectuate pentru dinti dupa ceramizare si rodare.
Tabelul 7.6 include rezultatul masuratorilor stresului rezidual pentru directia tangenta la profilul dintelui in conformitate cu figura 7.19.

tabel

Luand in considerare impactul ceramizarii asupra valorii stresului rezidual se va nota faptul ca acest proces este indiferent valorii stresului rezidual.Fluctuatiile stresului rezidual obtinute inainte si dupa ceramizare sunt analogice ca si cand roata a functionat cu ulei fara aditiv.

Rezultatele masuratorilor stresului rezidual pe suprafata dintilor.Tabelul 7.6

Nr. Dinte

1 MPa

5 MPa

10 MPa

15 MPa

20 MPa

25 MPa

Dupa uzare,carburare, intarire

-606,3±

   12,9

-608,6±

    4,8

-608,6±

   13,9

-610,2±

     ±6

-737,4±

     6,5

-632,9±

     8

Dupa ceramizare

-534±

    13

-549±

   8,0

-613±

   1,9

-614±

   6,3

-500±

   16,3

-488±

    14,5

Ca rezultat al procesului de relaxare exista fluctuatii de stres si se incadreaza intr-o masuratoare eronata.Va fi notat faptul ca volumul procesului de ceramizare pentru valoarea stresului rezidual este o trasatura avantajoasa a aparatului care intra intr-o valoare negativa a stresului rezidual pentru carbonizare si rezultatul intaririi in cresterea rezistentei suprafetei si rezistenta la indoirea bazei dintelui .Orice proces de scadere al valorii negative a stresului rezidual ar fi unul dezavantajos si ar scadea rezistenta dintelui.

Masuratorile devierii dintilor pentru roti inainte si dupa ceramizare au fost determinate pentru dintii No. 1,5,10,15 . Masuratorile parametrilor de deviere pentru dinti dupa ceramizare au fost efectuate pe suprafata activa a dintilor inclusiv in zona inferioara a varfului conic ce intra in radacina dintelui.Analizele de referinta a angrenarii performantelor de deviere dupa ceramizare arata un impact semnificative pentru formarea varfului de referinta.Probabil un strat ceramic dur cauzeaza uzari semnificative a varfului comun care in consecinta da aceleasi efecte ca modificarea profilului capului dintelui(compararea graficelor in scopul de a determina profilul devierii dintelui F inainte si dupa ceramizare).

Impactul aditivului de ulei pentru mecanismele din?ate a dintilor distorsionati a fost analizat pe standul descris n capitolul 6. Procesul de ceramizare a suprafetei a fost ob?inut datorit? ad?ugarii de CERAMIZER ® in ulei ?i a punerii in functiune a mecanismului sub sarcin? nominal? de 50 de ore. Dup? acest timp temperatur? masei suprafetei laterare a dintelui a fost determinat? ?i a fost comparata cu temperatura masei ob?inute pentru dinte, f?r? stratul ceramic. Tabelul 7.7 con?ine rezultatele m?suratorilor, mpreun? cu valorile calculate de c?ldur? generat? pe suprafata dintilor

Compararea parametrilor termici ai angrenajului inainte si dupa ceramizare.Tabelul 7.7

Inainte de ceramizare

Dupa ceramizare

Cresterea temp. Masei

Cresterea temp.

Retelei

Cresterea temp.

incalzirii retelei

Factorul de frecare

Cresterea temp. Masei

Cresterea temp.

Retelei

Cresterea temp.

incalzirii retelei

Factorul de frecare

W

 

W

 

9,2

13,5

162,8

0,035

6,3

10,1

119,9

0,024

Rezultate obtinute din raportul de frecare sc?zuta pentru mecanisme sunt comparabile cu rezultatele ob?inute cu aparatul T-05.

Exist? urm?toarele efecte principale pentru generarea stratului ceramic pe suprafa?? dintelui:

1. CERAMIZER ® are un impact semnificativ asupra nivelului vibratiilor mecanismului. Este raporatata scaderea aproape dubla a parametrilor de vibra?ii ca o amplitudine eficienta de vitez? ?i de accelerare .
2. Diminuarea vibra?iilor continua cu reducerea nivelului zgomotului echivalentului de presiune acustic?. Aceast? valoare este in jur de 1,6 dB (A).
3. Pe ceramizare nu exist? nici un proces de reducere a stresului rezidual negativ ini?ial cauzat de intarire ceea ce este foarte avantajos. Ceramizarea nu are un impact direct asupra reducerii rezisten?ei partii uzate a dintelui , precum ?i asupra ruperii bazei dintelui la oboseal? .
4. Avnd n vedere duritatea foarte mare de suprafa??, un strat ceramic face purtarea mai usoara si mai rapida.Este evident pe apexul comun. Efectele acestui proces sunt comparabile cu modificarea profilului apexului comun.
5. Dup? procesul de ceramizare raportul de frecare dintre dinti scade cu 30% .
6. De asemenea, consumul de mas? scade semnificativ, cu aproximativ 60%.