METODY TRIBOTECHNICKÉ DIAGNOSTIKY

Transkript

1 METODY TRIBOTECHNICKÉ DIAGNOSTIKY Ing. Marie Sejkorová Ostrava Tyto studijní materiály vznikly za finanční podpory Evropského sociálního fondu a rozpočtu České republiky v rámci řešení projektu OP VK CZ.1.07/2.2.00/ Virtuální vzdělávání v dopravě.

2 2 Název: Metody tribotechnické diagnostiky Autor textu: Ing. Marie Sejkorová Autoři videí: Ing. Marie Sejkorová, Jiří Laštůvka, Karel Jelínek Vydání: první, 2013 Počet stran: 111 Náklad: 50 Studijní materiály pro studijní obor Provozní spolehlivost dopravních prostředků a infrastruktury a studijní obor Dopravní prostředky na Dopravní fakultě Jana Pernera, Univerzity Pardubice. Studijní materiály také poslouží studentům na Technické univerzitě VŠB Ostrava, popř. studentům ostatních univerzit v ČR. Jazyková korektura: nebyla provedena. Tyto studijní materiály vznikly za finanční podpory Evropského sociálního fondu a rozpočtu České republiky v rámci řešení projektu Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost. Název: Virtuální vzdělávání v dopravě Číslo: CZ.1.07/2.2.00/ Realizace: Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava/Univerzita Pardubice Text: Ing. Marie Sejkorová Videa: Ing. Marie Sejkorová, Jiří Laštůvka, Karel Jelínek Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava, Univerzita Pardubice ISBN:

3 3 POKYNY KE STUDIU Metody tribotechnické diagnostiky Pro studium problematiky tribotechnické diagnostiky jste obdrželi studijní balík obsahující: integrované skriptum pro distanční studium obsahující i pokyny ke studiu, instruktážní videa k vybraným částem kapitol, které jsou praktickými návody k vybraným laboratorním úlohám. Cíl učebního modulu Cílem je seznámení se základními pojmy z oblasti tribotechnické diagnostiky. Po prostudování modulu by měl být student seznámen s vlastnostmi maziv používaných v dopravě a jejich vybranými metodami zkoušení. Měl by být schopen samostatně dle předloženého návodu laboratorní zkoušky provést a získané výsledky interpretovat. Pro koho je modul určen Modul je zařazen do bakalářského a magisterského studia oboru Provozní spolehlivost dopravních prostředků a infrastruktury zaměření ochrana životního prostředí a oboru Dopravní prostředky silniční vozidla, ale může jej studovat i zájemce z kteréhokoliv jiného oboru. Skriptum se dělí na části, kapitoly, které odpovídají logickému dělení studované látky, ale nejsou stejně obsáhlé. Předpokládaná doba ke studiu kapitoly se může výrazně lišit, proto jsou velké kapitoly děleny dále na číslované podkapitoly a těm odpovídá níže popsaná struktura.

4 4 Při studiu každé kapitoly doporučujeme následující postup: Čas ke studiu: xx hodin Na úvod kapitoly je uveden čas potřebný k prostudování látky. Čas je orientační a může vám sloužit jako hrubé vodítko pro rozvržení studia celého předmětu či kapitoly. Někomu se čas může zdát příliš dlouhý, někomu naopak. Jsou studenti, kteří se s touto problematikou ještě nikdy nesetkali a naopak takoví, kteří již v tomto oboru mají bohaté zkušenosti. Cíl: Po prostudování tohoto odstavce budete umět Popsat Definovat Vyřešit Ihned potom jsou uvedeny cíle, kterých máte dosáhnout po prostudování této kapitoly konkrétní dovednosti, znalosti. Výklad Následuje vlastní výklad studované látky, zavedení nových pojmů, jejich vysvětlení, vše doprovázeno obrázky, tabulkami, řešenými příklady, odkazy na animace. Zajímavost k tématu Text, ve kterém se seznámíte s různými doplňkovými informacemi, které více či méně souvisí s tématem. Pojmy k zapamatování Pojem je souhrnná myšlenková představa pro celou třídu obdobných jevů a skutečností, předmětů i abstraktních témat. Otázky Pro ověření, že jste dobře a úplně látku kapitoly zvládli, máte k dispozici několik teoretických otázek.

5 5 Úlohy k řešení Protože většina teoretických pojmů tohoto předmětu má bezprostřední význam a využití v praxi, jsou Vám nakonec předkládány i praktické úlohy k řešení. V nich je hlavním významem předmětu schopnost aplikovat čerstvě nabyté znalosti pro řešení reálných situací. Další zdroje Seznam další literatury, www odkazů apod., pro zájemce o rozšíření a dobrovolné rozšíření znalostí popisované problematiky. Úspěšné a příjemné studium s tímto učebním textem Vám přeje Marie Sejkorová. Ing. Marie Sejkorová

6 6 OBSAH 1 ÚVOD TRIBOLOGIE A TRIBOTECHNICKÉ DIAGNOSTIKY Tribotechnika a tribotechnická diagnostika Opotřebení třecích povrchů Adhezivní opotřebení Abrazivní opotřebení Erosivní opotřebení Kavitační opotřebení Únavové opotřebení Vibrační opotřebení Částice vzniklé v důsledku opotřebení Adhezivní částice Abrazivní částice Sférické částice Laminární částice Únavové částice Abnormální částice Neželezné částice Oxidy železa Prachové částice Tribopolymery Vlákna MAZACÍ OLEJE Motorové oleje Funkce maziva Způsoby mazání Viskozita motorového oleje Aditiva Druhy aditiv Převodové oleje Viskozita převodového oleje... 29

7 7 4 OPOTŘEBENÍ OLEJŮ V PROVOZU Kontaminace Průběh degradace motorového oleje během exploatace Hodnocení parametrů motorového oleje Hlavní zásady odběru vzorků olejů METODY ZKOUŠENÍ MOTOROVÝCH OLEJŮ Základní zkoušky motorových olejů Provozní zkoušky motorových olejů Pokročilé instrumentální analytické metody používané v analýze olejů HODNOCENÍ MAZIVOSTI OLEJŮ Stanovení mazivosti ÚLOHA ZÁKLADY TRIBOTECHNICKÉ DIAGNOSTIKY I Stanovení teploty vzplanutí v otevřeném kelímku Kapková zkouška ÚLOHA - ZÁKLADY TRIBOTECHNICKÉ DIAGNOSTIKY II Stanovení obsahu nečistot v oleji přístrojem ÖGP Stanovení obsahu nečistot v oleji denzimetrem REO DYNAMICKÁ A KINEMATICKÁ VISKOZITA Stanovení dynamické viskozity Höpplerovým viskozimetrem Viskozita a třídění olejů Stanovení dynamické viskozity rotačním viskozimetrem Stanovení kinematické viskozity kapilárním viskozimetrem Stanovení viskozity Stabingerovým viskozimetrem FERROGRAFIE Ferrografická analýza oleje FTIR SPEKTROMETRIE Stanovení opotřebení oleje FTIR spektrometrií ANALÝZA ČÁSTIC LASEROVÝM ANALYZÁTOREM Analýza částic opotřebení

8 8 ÚVOD Se zvyšováním spolehlivosti a hospodárnosti provozu dopravních prostředků je úzce spjato sledování technického stavu strojních součástí i stavu používaných maziv. Tyto úkoly řeší tribotechnická diagnostika, která jako nedestruktivní a bezdemontážní metoda využívá mazivo jako zdroj informací o dějích a změnách v mechanických systémech, v nichž je aplikováno. Účelné využití tribotechnické diagnostiky přináší i přes nemalé pořizovací náklady na vybavení možnost efektivního hospodaření s mazivy. Nedochází pak k případům, že je vyměňován olej, který ještě mohl plnit svou funkci a jeho výměna je tedy nevýhodná nejen z ekonomického, ale i environmentálního hlediska, nebo že při striktním dodržování výměnných lhůt může být vyměňován olej nadměrně opotřebený, který svými vlastnostmi nesplňuje požadavky na něj kladené a dochází tak k poškozování strojního zařízení. Náklady na opravy pak mnohdy přesahují investice vložené do preventivní péče zahrnující pravidelné sledování stavu zařízení metodami tribotechnické diagnostiky. Monitorování chemických a fyzikálních změn, ke kterým v provozu dochází, poskytuje poměrně přesnou představu o aktuálním stavu maziva a o možnostech jeho dalšího používání. Východiskem pro hodnocení dynamiky změn jednotlivých parametrů jsou jejich hodnoty pro nepoužitý olej. Mezi četné metody, které jsou pro tento účel využívány, patří infračervená spektrometrie či elektrochemické metody. Průběh a velikost opotřebení součástí, které jsou příslušným mazivem mazány, umožňuje sledovat skupina dalších metod, vhodných jak pro identifikaci prvkového složení částic opotřebení (metody atomové spektrometrie), tak pro popis morfologie a rozdělení částic tvořených kovovým otěrem, vlákny z filtračních materiálů, kontaminanty z vnějšího prostředí aj. (jedná se zejména analýzu částic laserovým analyzátorem a o ferrografii s následnou obrazovou analýzou). V této studijní opoře se studenti seznámí se základy tribotechnické diagnostiky. Získají přehled o principech jak základních analytických metod, tak pokročilých instrumentálních metod tribotechnické diagnostiky. Součástí studijní opory jsou rovněž návody k provedení vybraných laboratorních zkoušek analýzy maziv, které se běžně provádějí v laboratořích zaměřených na tribotechnickou diagnostiku.

9 9 1 TRIBOLOGIE A TRIBOTECHNICKÁ DIAGNOSTIKA Doba životnosti, spolehlivost náplní a mechanických součástí, je nejen závislá na chování obsluhujícího personálu k dopravnímu prostředku, ale také na dodržování výměnných intervalů a kvalitě použitých provozních náplní. Omezení mazacích schopností oleje vede k nežádoucímu zhoršení prostředí, ve kterém se mechanické součásti pohybují, což může vést až k degradaci jednotlivých povrchů a následně i k poruše celého mechanismu. Analýzou maziva lze získá přehled o technickém stavu mechanického systému, opotřebení funkčních částí stroje, o znehodnocení a stárnutí maziva, o lokalizaci nadměrného opotřebení, které bývá příčinou vzniku poruch a havárie systému. Tak lze citlivě postřehnout rychlost opotřebení soustavy v závislosti na čase, popř. v reálném čase a kontrolovat např. stav filtračních soustav, těsnost chladících systému apod. 1.1 Tribotechnika a tribotechnická diagnostika Čas ke studiu: 0,5 hodiny Cíl: Po prostudování tohoto odstavce budete umět definovat pojem tribologie definovat pojem tribotechnická diagnostika Výklad Tribologie (z řeckého trios tření) je mezioborová věda zabývající se chováním dotýkajících se povrchů ve vzájemném pohybu nebo při pokusu o vzájemný pohyb. Při vzájemném působení povrchů se projevuje odpor proti pohybu tření. Důsledkem tření je opotřebení pohybujících se povrchů. Tření a opotřebení se snižuje mazáním, přitom mazivem může být látka jakéhokoliv skupenství. V současnosti se používají zařízení s menší hmotností, ale pracující s větším zatížením, při větších rychlostech, při vyšších teplotách a často při vyšších tlacích než dříve. Aplikací tribologických zásad v praxi se zabývá tribotechnika. Tribotechnika je dílčí oblast techniky, zaměřující se na technické a ekonomické ovládání tření a opotřebení třecích míst pomocí vědecky odůvodněných opatřeních při jejich dimenzování, výrobě, provozu a údržbě. Tribotechnika se věnuje problematice maziv a jejich zkoušení, výpočtů, konstrukci a optimalizaci třecích dvojic, způsobům mazání a mazacím zařízením, kontrolním metodám, technologickým postupům vedoucích ke zvýšení odolnosti proti opotřebení, organizace techniky mazání v provozu.

10 10 Tribologický systém je složen ze čtyř prvků, a to ze dvou třecích povrchů (tvořených většinou kovy nebo jejich slitinami, polymery, elastomery nebo keramickými materiály), z maziva a z okolního prostředí, které zasahuje do systému svojí teplotou, vlhkostí a chemickým složením. Celý tribologický systém pracuje za konkrétních provozních podmínek, z nichž největší význam mají zatížení, tj. měrný tlak (jeho velikost a průběh zatížení), charakteristika vzájemného pohybu mezi součástmi (jeho rychlosti a průběhy), povrchy třecích součástí (jeho charakteristiky drsnosti, tvrdosti), medium mezi součástmi (jeho parametry, stupeň degradace), množství a charakter částic přítomných mezi součástmi. Tribotechnická diagnostika (TTD) je diagnostika opotřebení součástí pohybujících se mechanismů stroje při použití vhodného maziva. Právě mazivo je zde kromě svých technických funkcí využito jako zdroj informací o technickém stavu strojního mechanismu. Je to souhrn diagnostických metod a prostředků se specifickými požadavky na aplikační podmínky. Její zavádění předpokládá splnění hlavních podmínek, které limitují úspěšnost využití jednotlivých metod i systému jako celku. Východiskem pro realizaci tribodiagnostického systému je požadavek provádění údržby strojního zařízení, na základě jeho okamžitého technického stavu. Do vědního oboru TTD patří níže uvedené oblasti: výběr a způsoby aplikace maziv materiály pro třecí dvojice maziva a jejich testování výpočet, konstrukce a optimalizace třecích dvojic způsob mazání a mazací zařízení vědecké základy pro tření a opotřebení měřící a kontrolní metody pro tribotechnické pochody spolehlivost a diagnostika (v tomto případě tzv. tribodiagnostika) konstrukčních součástí a skupin speciální technologické postupy vedoucí ke zvýšení odolnosti proti opotřebení. Tribotechnické metody diagnostiky využívají mazacího média jako zdroje komplexních informací o dějích, změnách a režimu opotřebení, probíhajících v mechanických soustavách. Tribotechnická diagnostika řeší dva velké okruhy problémů: zjišťování stavu, prodlužování použitelnosti a prognózování degradace mazacích olejů, zjišťování režimu, místa a trendu opotřebení mechanického systému (vozidlový spalovací motor, převodovka, hydraulická soustava aj.) cestou

11 11 vyhodnocení výskytu cizích látek v mazivu, a to jak z hlediska kvantitativního, tak kvalitativního. Sledování provozní degradace olejů se provádí jednoduchými provozními metodami, tzv. rychlometodami, klasickými chemickými (analytickými) metodami normovanými státní normou a speciálními tribodiagnostickými metodami. Zjišťování opotřebení mechanických systémů mazaných olejem je založeno na poznatku, že olej po určité době provozu odráží přesně jejich stav a podmínky provozu (vykazuje určité procento příměsí). Je to především kovový otěr (částice opotřebení), který je rozptýlen v oleji a který po kvantifikaci některou vhodnou metodou (např. laserovou analýzou částic, ferrografií) umožní nepřímé sledování mechanických změn v systému, ve kterém je olej použit. Ze zjištěného množství kovového otěru, intenzity nárůstu, tvaru, velikosti a materiálového složení je možné vyvodit určité závěry shoduje-li se nárůst otěrů a další parametry s nominálními hodnotami stanovenými pro daný mechanický systém (stanovenými výpočtem nebo dlouhodobým sledováním), lze usuzovat na normální průběh opotřebení bez zvýšeného rizika selhání systému. Abnormální, resp. náhlý nárůst počtu kovových částic aj., signalizuje mimořádný děj. Z velikosti a tvaru částic, rychlosti jejich nárůstu a dalších parametrů lze usuzovat na závažnost poruchy a naléhavost nápravných opatření. Významnou diagnostickou okolností je možnost lokalizovat místo vzniku zvýšeného otěru. Podle druhu kovového otěru je možné, známe-li materiál částí soustavy mazané a oplachované olejem, stanovit třecí dvojici, v níž dochází k prudkému zvýšení degradačního opotřebení. Pokud nelze lokalizovat místo zvýšeného otěru tímto způsobem, je zjištění nadměrného otěru signálem pro aplikaci některé z dalších metod technické diagnostiky, vhodné k lokalizaci poruchy. Pojmy k zapamatování Tribologie je nauka o tření, opotřebení a mazání. Tribotechnická diagnostika je bezdemonážní diagnostika technického stavu a provozního režimu interagujících strojních součástí na základě analýzy oleje. Otázky Jaké problémy řeší tribologie? 2. Jaké okruhy problémů řeší tribotechnická diagnostika?

12 Opotřebení třecích povrchů Jak již bylo uvedeno v předcházející kapitole, tak tribotechnická diagnostika využívá mazacího média jako zdroje komplexních informací o dějích, změnách a režimu opotřebení, probíhajících v interagujících dvojicích strojních součástí. Pro pochopení problematiky účinného mazání se seznamte s principem vzniku opotřebení. Čas ke studiu: 1,5 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět vysvětlit principy vzniku jednotlivých druhů opotřebení Výklad Opotřebením se v tribologii rozumí odstraňování částic třecích povrchů materiálů v přímém styku při vzájemném pohybu různými formami mechanického účinku. Ve většině případů je opotřebení nežádoucí, avšak existují i žádoucí případy, např. při obrábění kovů, při záběhu třecích povrchů, při drcení a mletí materiálů aj. Na procesu opotřebení se podílejí i různé chemické a elektrochemické procesy, které přispívají k nežádoucím změnám povrchu funkčních ploch. Základní druhy mechanického opotřebení jsou adhezivní abrazivní erozivní kavitační únavové vibrační opotřebení. Uvedené druhy opotřebení představují základní případy. V technické praxi se obvykle jednotlivé druhy kombinují, jeden druh přechází v jiný, uplatňují se další vlivy, takže vzniká řada variant. V praxi nejběžnější je adhezivní opotřebení Adhezivní opotřebení Při tomto procesu dochází ke ztrátě užitné hodnoty pohybem dvou relativně hladkých ploch nebo pouhým stykem dvou částí, které k sobě jsou přitlačovány normálovou silou viz obr. 1. Adhezivní opotřebení je vyvoláno tím, že povrchy tuhých těles nejsou nikdy dokonale hladké, nýbrž (v závislosti na technologii opracování) jsou na nich makro-, mikro- a submikronerovnosti. Ke styku povrchu dvou částí proto nedochází v celé ploše, ale pouze ve velkém počtu dotykových plošek, kde se vlivem adhezivních sil tvoří mikrospoje.

13 13 Při porušení mikrospoje dochází k přenosu materiálu. Intenzita adhezivního opotřebení se v provozu mění od formy mírné (normální opotřebení) až po intenzivní (zadírání). Při mírném opotřebení je tvorba ochranných oxidických vrstev v rovnováze s jejich narušováním. Intenzivní opotřebení způsobuje hluboké rozrušování funkčního povrchu a velké zvýšení odporu proti pohybu. Intenzivně opotřebovávané povrchy jsou rýhované, rozbrázděné. Na jenom či obou funkčních površích lze spatřit vměstnané částice. Vzrůstá odpor proti pohybu a může dojít až k úplnému zablokování spolupůsobících strojních součástí. Příčiny tohoto stavu mohou mít různý původ, ale velmi často jde o následek selhání mazání. Obr. 1: Schéma mechanismu adhezívního opotřebení [1] Na vznik a průběh adhezivního opotřebení mají vliv zejména tyto faktory: hloubka vnikání a poloměr zakřivení povrchových mikronerovností, velikost zatížení a rychlost relativního pohybu, schopnost materiálu vytvářet adhezní spoje. Na intenzitu opotřebení má vliv úroveň jednotlivých výše uvedených faktorů. Intenzitu adhezivního opotřebení navíc velmi výrazně ovlivňuje přítomnost maziva mezi funkčními povrchy.

14 Abrazivní opotřebení K abrazivnímu opotřebení dochází působením tvrdého a drsného povrchu jednoho z těles na druhé, nebo účinkem cizích abrazivních částic, které se dostanou mezi stykové funkční plochy. Tento způsob opotřebení se projevuje rýhováním a seřezáváním povrchu viz obr. 2. Typickým příkladem je vnikání mechanických nečistot mezi funkční povrchy pohybových mechanismů. Obr. 2: Schéma mechanismu abrazivního opotřebení [1] Erosivní opotřebení Erozivní opotřebení, narušování povrchů částicemi nesenými proudem média se projevuje nerovnoměrným porušením funkčního povrchu a často jeho výrazným zvlněním způsobeným turbulencí proudícího média. Poškození může zasahovat do značné hloubky viz obr. 3. S tímto typem opotřebením se lze setkat např. u čerpadel a potrubí na znečištěné kapaliny. Obr. 3: Schéma mechanismu erozivního opotřebení [1] Na vznik a průběh erosivního opotřebení mají vliv zejména tyto faktory: relativní rychlostí opotřebovávajících částic,

15 15 teplota a chemické vlastnosti nosného média, druh, velikostí a tvar částic, vlastnosti opotřebovávaného materiálu. Všechny výše uvedené faktory se projevují v různé míře, ale současně. Jedná se tedy o komplikované, variabilní děje, které lze jen s obtížemi kvantifikovat Kavitační opotřebení Kavitační opotřebení vzniká oddělováním částic a poškozováním povrchu součástí v místech zániku kavitačních dutin, jejichž zánik vyvolává hydrodynamické rázy. Kavitační dutiny vznikají v místech, kde se sníží tlak pod hodnotu tlaku nasycených par kapaliny při dané teplotě (např. v místě proudění zúženým průtočným průřezem atd.). Páry kapaliny vytvoří dutiny o objemu, který může kolísat ve velkém rozsahu, řádově od krychlových milimetrů do krychlových metrů. V oblasti vyššího tlaku pak tyto dutiny implozivně zanikají; dochází k hydrodynamickým rázům, které poškozují povrchy materiálu viz obr 4. Pokud se v kapalině při normálním tlaku vyskytují bubliny vzduchu či jiného plynu, tak se kavitační dutiny tvoří při snížení tlaku expanzí těchto bublin, vylučováním vzduchu z kapaliny nebo spojováním menších bublin. Pro kavitační opotřebení je typický drsný, jakoby vytrhaný povrch. Obr. 4: Schéma mechanismu kavitačního opotřebení [1] Na vznik a průběh kavitačního opotřebení mají vliv zejména tyto faktory: obsah plynů v kapalině, teplota a tlakové poměry, povrchové napětí a viskozita kapaliny.

16 Únavové opotřebení Únavové opotřebení vzniká postupným narůstáním poruch v povrchové vrstvě materiálu vlivem opakovaných stykových napětí v určitých částech funkčních povrchů viz obr. 5. Obr. 5 Schéma mechanismu únavového opotřebení [1] Častým typem únavového poškození je tvoření důlků (pitting). Na jejich vzniku se význačně podílí mazivo, které účinkem kontaktních tlaků vniká do povrchových trhlin, v důsledku dalšího pohybu součástí je v nich uzavíráno, a tak se jeho tlak účinkem kontaktního namáhání zvyšuje. To přispívá k dalším šíření trhlinek a vede až ke vzniku důlků. Při vysokém smykovém namáhání v povrchové vrstvě křehkých a málo plastických materiálů může dojít ke vzniku podpovrchových trhlin a oddělování částic mechanismem křehkého lomu. Na vznik únavového opotřebení mají rozhodující vliv provozní podmínky. Dalšími významnými faktory jsou také: nečistoty a vměstky, tvrdost povrchové vrstvy, drsnost povrchu. Často dochází k únavovému opotřebení u valivých ložisek, zdvihátek ventilů a ozubených kol Vibrační opotřebení Vibrační opotřebení se projevuje oddělováním částic a poškozováním povrchu materiálu vzájemnými kmitavými tangenciálními posuny funkčních povrchů při působení normálového zatížení. Amplitudy vibrací se pohybují do 100 µm. Dochází k němu u různých pohyblivých uložení, do nichž se přenáší vlastní nebo cize buzené kmity, např. valivá ložiska a čepy hřídelů.

17 17 Klasifikace druhů opotřebení podle velikosti otěrových částic: normální - otěr velikosti do 3 µm nenormální - těžký - otěr velikosti do 10 µm - destrukční - otěr velikosti nad 100 µm. Toto dělení je užíváno zejména pro hodnocení opotřebení motorů. K těžkému opotřebení dochází při nenormálním zatížení, které často souvisí s poruchou mazání (absence maziva, nízká viskozita oleje naředěného palivem, příliš vysoká teplota apod.). Ochranná povrchová vrstva maziva se v těchto případech rozrušuje rychleji, než se tvoří. Dochází k bezprostřednímu styku třecích povrchů, ty jsou narušeny do hloubky. Zplodinou opotřebení je otěr velikosti 10 až 100 µm. Proces je destrukční a může vést k selhání (zadření motoru). Otázky vysvětlete princip adhezivního opotřebení. 2. Jaký rozdíl mezi normálním adhezivním opotřebením a zadíráním? 3. Jak se na povrchu materiálu projeví abrazivní opotřebení? 4. V jakých případech se projevuje erosivní opotřebení? 5. Jaké faktory mají vliv na vnik a průběh kavitačního opotřebení? 6. Vysvětli vznik únavového opotřebení. 7. Na kterých součástech se nejčastěji projeví vibrační opotřebení?

18 Částice vzniklé v důsledku opotřebení Čas ke studiu: 1,5 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět rozdělit částice podle jejich původu vzniku definovat částice na základě morfologie a tvarových znaků Výklad Částice lze podle jejich původu rozdělit do dvou kategorií: Primární částice jsou generovány přímo třecími dvojicemi. Charakterizují režim opotřebení v souladu s obecně známými poznatky. Sekundární částice vznikají přetvořením primárních částic při opakovaném průchodu těchto částic soustavou. Vzájemný poměr výskytu primárních a sekundárních částic je závislý na několika faktorech [2], např. na: velikosti olejové náplně, počtu a účinnosti olejových čističů v soustavě, účinnosti ostatních procesů odlučování částic ze soustavy, reálné velikosti tepelného a mechanického zatížení motoru, počtu tribologických jednotek, použitém druhu mazacího oleje aj Adhezivní částice Původ mají v Beilbyho vrstvičce, z níž se postupně odlupují a jsou mazivem odplavovány. Jsou to částice, jejichž délka a šířka je přibližně stejná (5 15 μm), jejich tloušťka je však velmi malá (0,25 0,75 μm). Tyto částice jsou charakteristické pro opotřebení ocelových součástí, proto mají velmi dobré magnetické vlastnosti. Při ferrografické analýze je lze téměř vždy identifikovat. Jejich počet a zejména velikost charakterizuje intenzitu adhezívního opotřebení Abrazivní částice Mají tvar srpečků nebo mečíků s ostrými výčnělky na koncích. Celkově se velikost abrazivních částic pohybuje v rozmezí μm při velmi malé tloušťce 0,25 μm.

19 Sférické částice Patří mezi hlavní typy částic vznikajících v důsledku únavového opotřebení valivého charakteru. Zpravidla vznikají v důsledku únavy Beilbyho vrstvičky na povrchu vnitřních nebo vnějších povrchů ložisek. Sféroidy jsou relativně malé (o průměru 2 5 μm). V objektivu mikroskopu se jeví jako malé černé body, při větším zvětšení je patrný vyleštěný povrch. Výskyt těchto částic na ferrogramu signalizuje nastupující poruchu valivých ložisek Laminární částice Nejčastěji vznikají v důsledku opakovaného průchodu oleje a tím i částic soustavou. To má za následek plastickou deformaci částic (např. mezi valivým elementem a dráhou kroužku). Rozválcováním sféroidů i jiných třírozměrných částic vznikají tenké ploché lupínky malé tloušťky. Jejich délka se pohybuje od 40 do 250 μm a šířka od 10 do 50 μm. Částice mají hladký povrch a nepravidelné okraje. Výskyt těchto částic je zpravidla doprovázen výskytem sféroidů; v těchto případech nastal proces postupné poruchy valivého ložiska Únavové částice Charakterizují často se vyskytující poškození ozubených kol. Jedná se o trojrozměrné částice se srovnatelnou délkou, šířkou i tloušťkou. Povrch částic je nepravidelný, rýhovaný s nepravidelně členěnými okraji. Rozměry těchto částic se pohybují od 10 do 150 μm Abnormální částice Částice mezního a havarijního opotřebení, které vznikají při zadírání nebo silné abrazi. Vznikají mechanickým rozrušováním Beilbyho vrstvičky za působení nadměrného zatížení. V místě kontaktu třecích ploch nemá tato vrstvička potřebnou únosnost a je odírána. Tempo opotřebení je tak vysoké, že k obnovení Beilbyho vrstvičky vůbec nedochází. Při diagnostické analýze pak nelze zaregistrovat částice adhezívního otěru, které bývají nahrazeny třírozměrnými částicemi vždy s charakteristickou ostrou hranou a rozměry μm Neželezné částice Vzhledem mohou připomínat abnormální částice, hlavně tvarem a rozměry. Vždy se odlišují zabarvením a magnetickými vlastnostmi. Vznikají v důsledku styku oceli a slitin barevných kovů při adhezívním režimu opotřebení Oxidy železa Magnetit Fe 3 O 4 vzniká za vysokých teplot a tlaků, převážně v důsledku nedostatečného mazání třecích ploch. Částice mají černý povrch, hladký, oblázkového charakteru, velikost těchto částic se pohybuje kolem 5 μm Výskyt vysokoteplotních oxidů je spojen s opotřebením součástí vyrobených z vysokopevnostní oceli nebo oceli ložiskové. Hematit Fe signalizuje korozi funkčních ploch stroje působením vody. Růžové až červené částice hematitu lze indikovat při analýzách vzorků odebraných při záběhovém režimu činnosti motoru.

20 Prachové částice Malé kulovité nebo hranolovité částice - křemičitany o velikosti do 30 μm. Jsou průsvitné, čiré Tribopolymery Mívají podobu sférických částic nebo válečků v amorfní formě. Jádro tribopolymerů je vždy tvořeno submikronickými ocelovými částicemi. Organickou hmotu částice lze buď rozpustit odpovídajícím rozpouštědlem nebo zahřátím na teplotu nad 300 C Vlákna Mají původ převážně ve filtračních materiálech. Bavlněná vlákna mají pentlovitý tvar, vlákna syntetického původu jsou rovná, na koncích s výrazným světelným lomem. Otázky Jaký typ částic vzniká při abrazivním opotřebení? 2. Vysvětli procesy, při kterých vznikají sférické částice. 3. Jakou roli hrají v procesu opotřebení prachové částice?

21 21 2 MAZACÍ OLEJE Soubor olejů a plastických maziv používaných k mazání, případně k přenosu síly v automobilech a jiných mobilních prostředcích lze souhrnně nazvat jako automobilová maziva. Pro konečného uživatele mají praktický význam zejména motorové a převodové oleje. 2.1 Motorové oleje Čas ke studiu: 2 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět vysvětlit funkci maziva v motoru vysvětlit základní režimy mazání popsat složení mazacích olejů Výklad Spolehlivost spalovacího motoru do značné míry závisí na dobrém mazání. Proto je nutné, aby olej nepřetržitě a intenzivně procházel vůlemi v třecích plochách motoru a mazal, a tak zabraňoval vzniku suchého tření, které vždy způsobuje zadírání a následnému znehodnocení třecích ploch, popř. aby plnil některé další úlohy, např. chladil, utěsňoval, udržoval čistotu motoru, chránil proti korozi, přenášel síly. U spalovacích motorů existuje několik druhů mazání, např. mazání mastnou směsí u dvoudobých zážehových motorů, kdy olej je přimíšen do paliva, mazání rozstřikem a zejména tlakové (oběžné) mazání, při němž je olej, který je umístěn buď ve skříni motoru nebo v olejové nádrži, dopravován na mazací místa olejovým čerpadlem. Podle způsobu, jakým je mazací olej přiváděn do ložisek klikového hřídele, lze rozlišit dva způsoby mazání, a to paralelní, které je používáno u současných automobilů, kdy je olej přiváděn hlavním mazacím kanálem a rozvádí se k jednotlivým mazacím místům (tlaky mezi mazanými místy jsou přibližně stejné), a sériové, užívané např. u tankových motorů, kdy olej vstupuje do prvního hlavního ložiska otvory ramen a čepů a pak postupuje k dalším ložiskům (rozdíly mezi vstupním tlakem na prvním ložisku a výstupním tlakem na posledním ložisku jsou značné).

22 Funkce maziva Úlohou maziva je zabránit bezprostřednímu styku povrchů ve vzájemném pohybu a tak zmenšit tření mezi nimi a jejich opotřebení. Snížení tření a opotřebení: olej může zajistit dostatečně pevný film s mazacími schopnostmi tak, aby tření a opotřebení pohyblivých součástí mechanismu bylo co nejmenší, a to nejen za normálních provozních teplot, ale i těsně po startu studeného motoru, kdy dochází k meznímu mazání. Tyto mezní stavy vedou až k několikanásobně většímu opotřebení než za normálních pracovních teplot oleje. Výrobci automobilů předepisují, že olej musí chránit soustavu (motor, převodovku, diferenciál atd.) v co nejširším rozsahu tak, aby nedocházelo k výraznějšímu opotřebení válců, pístních kroužků, ventilového rozvodu, ozubených kol, ložisek atd. Regulace teploty: kapalná maziva absorbují teplo v místech, kde je generováno tak, aby ho mohla přirozeně rozptýlit nebo odvést tepelným výměníkem či jiným chladicím zařízením. Předcházení chemickému napadení: pokrytím povrchu součástí poskytují maziva ochranu proti korozi a jinému porušení povrchu. Přenos energie: v hydraulických systémech je kapalina prostředkem přenosu energie a umožňuje tak pohon válce, ventilu, motoru atd. Neutralizace: olej musí neutralizovat kyselé korozivní zplodiny vznikající během spalování paliva, tj. musí mít dostatečnou alkalickou rezervu. Termooxidační stálost: termooxidační stálost oleje omezuje tvorbu produktů termooxidačních reakcí a usazování těchto produktů na plochách omývaných olejem. S tím souvisí i jeho čisticí funkce, tj. olej musí mít dobré detergentní vlastnosti. Čistota stroje je důležitý požadavek pro dosažení jeho dlouhodobé životnosti. Nečistoty pak musí být v oleji rozptýleny stejnoměrně, aby se zabránilo vzniku kalů, tj. olej musí mít dobré disperzní vlastnosti. Kaly a úsady musí být na zanedbatelné úrovni, která nezhoršuje výkonové parametry. Při vyčerpání detergentně-disperzantních látek musí být olejová náplň neprodleně vyměněna. Tlumení hluku a vibrací: tlumení hluku a vibrací patří mezi velmi důležité funkce oleje jak z bezpečnostního, tak z ekologického a zdravotně-hygienického hlediska. Antikorozní ochrana: v době odstavení vozidla musí olej chránit kovové plochy proti působení koroze. Složení automobilového oleje musí být takové, aby neovlivňovalo katalyzátor. Olej také nesmí napadat těsnicí materiály a nekovové komponenty, které se v poslední době stále více uplatňují v konstrukci motorů a převodovek. Malá odparnost: olej musí mít také co nejmenší odparnost, aby nedocházelo ke ztrátám náplně.

23 Způsoby mazání V ideálním případě jsou povrchy strojních součástí fyzicky odděleny vrstvou maziva. Nedochází-li k přímému kontaktu dvou povrchů a není-li mazivo znečištěno, pracuje stroj s malým třením a vytváří malé opotřebení. Základní režimy mazání jsou: Hydrodynamické mazání: dochází zde k oddělení součástí pomocí olejového klínu, který se vytváří na hydrodynamickém principu. Vznik hydrodynamické vrstvy závisí na geometrii strojních povrchů, rychlosti, zatížení a na viskozitě oleje. Rychlost a viskozita jsou při vzniku hydrodynamického mazání nepřímo úměrné zatížení. Rostoucí rychlost, viskozita, nebo klesající zatížení bude snižovat čas potřebný k hydrodynamickému oddělení a zvětšovat tloušťku vrstvy. Podobně i velikost součásti a kvalita povrchu ovlivní způsob, jakým vznikne hydrodynamická vrstva. Hydrodynamického mazání není dosaženo při spouštění a ztrácí se při zastavování. Náhlá změna rychlosti nebo střídavé zatížení (rázové namáhání) narušují hydrodynamické mazání. Příležitostně k vytvoření hydrostatické vrstvy během spouštění napomáhají pomocná čerpadla, aby došlo k nadzvednutí čepu v uložení, urychlil se tak vznik hydrodynamické vrstvy a snížilo se s tím spojené opotřebení při rozběhu. Elasticko-hydrodynamické (EHD) mazání se uplatňuje ve valivých kontaktech, kde se povrchy stýkají v bodech nebo přímkách, jako valivé elementy v ložisku nebo přímka záběru zubů dvou spolu zabírajících kol. Pro přenos zatížení je tedy k dispozici malá plocha povrchu, teoretický bod nebo přímka. Nicméně ve skutečnosti se kov během činnosti stroje zásluhou pružnosti materiálu deformuje a vytvoří tak prostor pro vznik hydrodynamické vrstvy. EHD vrstva oleje oddělující povrchy součástí je tenká, často slabší než jeden mikrometr. Protože většina zatížení součástí je v daném okamžiku přenášena přes velmi malou plochu, je tlak v této oblasti velmi vysoký a dosahuje hodnot až několik desítek MPa. Extrémní místní tlaky ve valivých kontaktech zvyšují význam účinného mazání. Mezní mazání, kde nemůže být dosaženo hydrodynamické nebo EHD mazání. Pro mezní mazání jsou charakteristické následující podmínky: tloušťka olejové vrstvy nepřesahuje drsnost povrchu součásti, zařízení pracuje v podmínkách, kdy je často startováno a zastavováno, v podmínkách rázového namáhání, vysokého statického zatížení nebo malých rychlostí, provozní podmínky vyžadují použití nízkoviskozitního oleje z důvodu tření některých součástí soustavy. Mazání za mezních podmínek může vyžadovat použití měkkých kovů, které zmenšují tření ve styku povrchů, aditiv, které chemickými reakcemi snižují tření na povrchu součásti, a plastických maziv s přísadou grafitu nebo MoS 2 na snížení tření a k řízení opotřebení.

24 Viskozita motorového oleje Viskozitní údaje podávají informaci o tom, jak lehce či obtížně lze olej dopravovat na potřebná místa, jak moc je olej tekutý, řídký či hustý. Viskozita je odpor, jímž tekutina působí proti silám snažícím se posunout její nejmenší částice. Na stykové ploše dvou vrstev tekutiny pohybujících se různou rychlostí se projevuje viskozita tečným napětím, jímž se snaží rychlejší vrstva urychlovat pomalejší, a ta naopak zadržovat vrstvu rychlejší. Viskozita je tedy jednou z nejdůležitějších vlastností, která ovlivňuje tokové vlastnosti látek. Určuje vlastně režim mazání, tvorbu a únosnost mazacího filmu, velikost odporu pohyblivých částí, těsnící schopnost a čerpatelnost. Vlivem tlaku a teploty se může viskozita oleje měnit. Tyto závislosti určují vlastnosti použitého oleje. Mírou závislosti je viskozitní index [2]. Dynamická viskozita η je veličina, jež charakterizuje míru tření a je konstantou úměrnosti ve vztahu vyjadřujícím přímou úměrnost mezi velikostí tečného napětí τ a rychlostním spádem dv/dz. Dynamická viskozita se vypočte ze vztahu: dv τ = η. dz kde τ smykové napětí [Pa], η dynamická viskozita [Pa.s], dv - rychlostní gradient [s -1 ]. dz Kinematická viskozita je definována poměrem dynamické viskozity η a hustoty ρ dané kapaliny při téže teplotě a vypočítá se podle vztahu: η v = ρ kde ν kinematická viskozita [m 2.s -1 ], η dynamická viskozita [Pa s.], ρ hustota [kg.m -3 ]. Kinematická viskozita je ovlivněna zemskou přitažlivosti, proto se měření provádí ve svislé poloze, kdy kapalina teče dolů. Viskozitní index oleje je bezrozměrná veličina udávající vliv teploty na viskozitu oleje v porovnání s dvěma řadami standardních olejů (oleje z mexické ropy a oleje z pensylvánské ropy), které mají při teplotě 98,89 C (210 F) stejnou viskozitu jako zkušební olej. Z toho vyplývá, že oleje s vyšším viskozitním indexem mají příznivější průběh viskozitně-teplotně závislosti než olej s nižším viskozitním indexem.

25 25 Viskozitní index se vypočte ze vztahu (3): L U L U VI = 100= 100 (3) L H D kde L viskozita [mm 2.s -1 ] oleje s VI = 0 při 100 F (37,78 C), jehož viskozita při 210 F (98,89 C) je stejná jako viskozita zkoušeného oleje při téže teplotě, U viskozita [mm 2.s -1 ] zkoušeného oleje při 100 F (37,78 C), H viskozita [mm 2.s -1 ] oleje s VI = 100 při 100 F, jehož viskozita při 210 F je stejná jako viskozita zkoušeného oleje při téže teplotě, D (L-H) [5]. Pro velkoobjemové vznětové motory se v praxi většinou povoluje provoz motorového oleje v rozmezí viskozity max. ±20 % Aditiva Nedostatky základových olejů se při výrobě vyrovnávají pomocí zušlechťujících přísad, které dodávají olejům požadované užitné vlastnosti. Tyto přísady se označují jako aditiva látky, které zlepšují vlastnosti olejů a jsou přidávány v přesně daném poměru do základového oleje. Aditiva napomáhají zabezpečit požadované funkční vlastnosti a jakostní ukazatele maziv, které vyplývají z neustále stoupajících nároků a měnících se podmínek aplikace olejů. Přísady do olejů jsou složité organické chemické sloučeniny, které dodávají mazacím olejům tyto funkční vlastnosti: stálý mazací film, zabraňující oděru třecích součástek, efektivní odvod tepla z třecích součástí, efektivní ochrana součástí zařízení proti korozi produkty oxidace a neúplného shoření paliva, stálost vůči oxidaci při nízkých ( C) a vysokých ( C) teplotách, omezení tvorby karbonu na pístu, ve spalovací komoře, na ventilech a kalů v olejové vaně dispergováním uhlíkatých produktů a detergentním účinkem oleje, odstranění pěnění, zhoršujícího mazivost oleje, požadovanou viskozitně-teplotní charakteristiku oleje, zabezpečující tekutost oleje při nízkých teplotách (usnadnění startů) a dostatečnou viskozitu při pracovní teplotě do ( C), vysoká stabilita proti mechanické destrukci, nízká odpařivost, zabezpečení vysokotlakých mazacích účinků, stabilita při uskladnění,

26 26 ochrana před korozí. Všeobecně lze konstatovat, že se aditiva používají pro zlepšení stávajících vlastností základového oleje, pro potlačení nevhodných vlastností základového oleje a pro předání nových vlastností základovému oleji Druhy aditiv Depresanty snižují teplotu tuhnutí oleje. Odparafinování základového oleje postačuje při používání oleje do -15 C. S depresantem je možné dosáhnout teploty tuhnutí pod -30 C. Jejich účinek je založen na ztížení krystalizace parafínů za nízkých teplot, kdy mřížky parafínu na sebe vážou olej a tak zhoršují jeho tekutost. Depresantní přísada se zachycuje na této mřížce a zabraňuje zvětšování krystalů. Tyto gelovité částice pak mají menší velikost, tudíž tolik nezhoršují tekutost oleje. Jako depresantní přísady se užívají polymethakryláty, které mohou současně plnit i funkce viskozitních přísad. Antioxidanty zajišťují oxidační stabilitu oleje. Mazací olej reaguje s kyslíkem, zvláště při vysokých teplotách, a tvoří peroxidy, volné radikály, ketony, aldehydy a organické kyseliny. Rychlost oxidace závisí na faktorech, kterými jsou intenzita provzdušňování (ovlivněno množstvím kyslíku, který je k dispozici, aby reagoval s molekulami oleje), teplota (rychlost oxidace se přibližně zdvojnásobí, zvýší-li se teplota o 10 C), voda (způsobuje hydrolýzu a podporuje oxidaci), kovové katalyzátory (měď, olovo, železo a další chemicky aktivní kovy podporují oxidaci oleje). Oxidační reakce mění tyto chemické a fyzikální vlastnosti oleje (zvyšují viskozitu, zvyšují kyselost, zvyšují hustotu, ztmavují barvu, narušují povrchy součástí, způsobují vznik nežádoucích látek). Antioxidanty působí buď tak, že rozkládají vzniklé peroxidy, nebo přerušují řetězec radikálových reakcí. Aditiva omezují oxidaci a prodlužují životnost oleje. Oxidaci nelze zcela zabránit, lze pouze oddálit její počátek pomocí antioxydantů, které lze rozdělit na: nízkoteplotní antioxidanty převádějí reaktivní radikály vzniklé oxidací na inertní, a tím zpomalují případně zastavují oxidaci. Působí do teplot kolem 150 C. vysokoteplotní antioxidanty rozšiřují ochranu do teplot nad 150 C. Usměrňují rozklad peroxysloučenin na inertní molekuly místo na katalyticky účinné peroxidy. pasivátory kovů pokrývají kovové třecí povrchy a zabraňují pronikání kovových oxidačně účinných iontů do oleje. Běžnými antioxidanty jsou fenoly, zinečnaté dithiofosfáty (zajišťují ochranu proti opotřebení), aromatické aminy, alkylsulfidy. Dispersanty a detergenty Dispersanty dávají oleji schopnost zabránit tvorbě kalů, které by mohly zamezit cirkulaci oleje v mazacím okruhu motoru. Dalším neméně důležitým úkolem těchto látek je zabránit tvorbě úsad v oblasti pístních kroužků při nadměrné tvorbě úsad by mohlo dojít k tzv. zapečení pístních kroužků. Jsou to molekuly obsahující polární skupiny, které obalují nečistoty a částečky sazí (karbonu), aby zabránily jejich hromadění a usazování na povrchu součástí zvláště v chladnějších místech motorů (olejová vana, víko hlavy válců atd.). Detergenty potlačují tvorbu vysokoteplotních úsad, chrání motor proti korozi a zamezují koroznímu opotřebení, rozptylují studené kaly, které vznikají při nižších pracovních

27 27 teplotách. Běžné dispersanty a detergenty aditivních směsí obsahují sukcinimidy (jsou bezpopelné), vápenaté a barnaté sulfonáty a fenoláty. Protikorozní přísady Chrání součástky motoru ze slitin kovů (hlavně ojniční ložiska z olovnatých bronzů) proti koroznímu působení kyselých produktů oxidace oleje nebo agresivních látek pocházejících z paliva tím, že reagují s barevnými kovy za vzniku ochranného filmu na povrchu součástek, které je chrání proti korozi (tj. proti účinku vlhkosti a vzdušného kyslíku) vytvářením pevně adsorbovaných hydrofobních filmů na povrchu kovu. Aditiva vytvářejí ochrannou vrstvu, aby zabránily styku vody s kovovým povrchem. Oddělením vody od povrchu součásti je potlačen proces koroze. Typickými aditivy zpomalujícími korozi jsou sulfidy, fosfáty, organické kyseliny, sukcinimidy, estery a aminy. Modifikátory viskozity Jsou to dlouhé řetězce polymerů vysokých molekulárních hmotností, které zlepšují viskozitně-teplotní charakteristiku olejů. Modifikátory viskozity se skládají hlavně z polymerů, směsných polymerů a mohou být použity ve většině motorových olejů, hydraulických kapalinách, kapalinách do automatických převodovek a zčásti i v mazivech do převodovek. Používají se na zvýšení vysokoteplotní viskozity a viskozitního indexu oleje. Výhody oleje s vysokým viskozitním indexem spočívají v menším tření při nízkých teplotách a sníženém otěru a nižších ztrátách oleje při vysokých teplotách. V následující tabulce jsou uvedeny hlavní zušlechťující přísady olejů. Tab č. 1: Hlavní přísady a jejich použití v olejích [3]. ADITIVA MO PO ADITIVA MO OP NÍZKOTEPLOTNÍ (+) - MODIFIKÁTORY TŘENÍ + - ANTIOXIDANTY VYSOKOTEPLOTNÍ + + PROTIZADÍRACÍ PŘÍSADY + + DETERGENTY + - VYSOKOTLAKÉ PŘÍSADY - + DISPERSANTY + - PROTIPĚNIVOSTNÍ PŘÍSADY + (+) INHIBITORY KOROZE + + ODLUČOVAČE VODY - + MODIFIKÁTORY VISKOZITY + (+) MAZIVOSTNÍ PŘÍSADY (+) (+) DEPRESANTY + + PROTIODĚROVÉ PŘÍSADY + + Legenda: + používané, - nepoužívané, (+) používané v některých druzích. Oleje: OM motorové, OP převodové.

28 Převodové oleje Čas ke studiu: 2 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět vysvětlit funkci maziva v motoru vysvětlit základní režimy mazání popsat složení mazacích olejů Výklad Požadavky na kvalitu olejů pro automobilové převody jsou velmi vysoké, zejména proto, že jde o převody v poměru k přenášenému výkonu rozměrově malé, s velkými tlaky na plochách zubů. Kontaktní plochy zubů jsou navíc často vystaveny chvění a rázům, přenášeným od motoru a od hnacích kol. Vzhledem k velkým obvodovým rychlostem a požadavku zabezpečení pracovních schopností i za nízkých teplot nemohou být použity oleje s většími viskozitami a tím s větší únosností mazacího filmu. Používají se proto převážně oleje s vysokotlakými přísadami, ale mohou to být i oleje plně syntetické nebo nepatrně rafinované čistě minerální oleje. Pro převodové oleje jsou všeobecně důležité následující vlastnosti. Pro různé použití na ně může být kladen různě velký důraz. Jsou to: Přilnavost maziva ke kovovému povrchu Tato vlastnost zajišťuje, že mazivo zůstává na zubech i přes působení odstředivých sil. Přilnavost závisí na obsahu polárních sloučenin a látek s velkou molekulou. Únosnost mazacího filmu Schopnost vytvářet dostatečně únosný mazací film mezi kovovými povrchy, odolávající přetížení za velkých tlaků. Mazivost Vlastnost působící na snížení koeficientu tření nebo vytvářející vhodnou třecí charakteristiku maziva a zvětšující jeho odolnost proti odstranění při smyku zubů. Vhodná viskozitně-teplotní charakteristika Požadována je dostatečně velká viskozita při nejvyšších pracovních teplotách a dobrá tekutost při nejnižších pracovních teplotách. Oxidační stálost za tepla Deemulgační schopnost

29 29 oleje. Odlučování přítomné vody a zabránění tvorby emulze zmenšující funkční schopnost Velká pevnost ve smyku při náhlém zatížení Malá pěnivost Pěněním oleje dochází k jeho úniku z převodové skříně. Zmenšuje se pevnost mazacího filmu a dochází ke zhoršení mazacích schopností. Antikorozní ochrana Oleje nesmí korodovat kovové povrchy. Musí je chránit před korozívně působícími látkami během provozu i v době klidu. Netečnost k jiným materiálům Oleje nesmí narušovat těsnicí materiály, musí se snášet s jinými oleji a dobře rozpouštět přísady Viskozita převodového oleje Viskozita převodového oleje je obdobně jako u motorových olejů charakterizována třídami SAE. Za vysokých teplot se měří kinematická viskozita pro všechny třídy SAE při 100 C a pro měření se používají kapilární viskozimetry. Oleje, pro které je předepsána mezní hodnota viskozity při nízkých teplotách, mají k číselné hodnotě příslušné třídy SAE připojeno písmeno W. Výkonnostní standard převodových olejů je předepsán třídami API, popř. specifikacemi americké armády MIL, ACEA (CCMC), ale nemá pro převodové oleje srovnatelné všeobecně závazné výkonnostní předpisy. Existují však různé firemní specifikace převodových olejů např. výrobců vozidel MAN, Volkswagen aj. Výkonnostní specifikace podle SAE a související firemní klasifikace je uvedena v tab. 8. Pro automatické převodovky jsou celosvětově uznávány pouze firemní specifikace Ford (MERCON) a General Motors (DEXRON). Otázky Vysvětlete funkci oleje v motoru. 2. Jaké procesy narušují hydrodynamické mazání? 3. Proč se přidávají k základovému oleji aditiva? 4. Proč musí mít olej dobré detergentně-disperzní vlastnosti? 5. Vysvětlete funkci antioxidantů v motorových olejích. 6. Které sloučeniny se používají jako protikorozní přísady? 7. Jaké vlastnosti jsou důležité pro převodové oleje?

30 30 3 OPOTŘEBENÍ OLEJŮ V PROVOZU Čas ke studiu: 2,5 hodiny Cíl: Po prostudování této kapitoly budete umět popsat příčiny opotřebení olejů vysvětlit faktory, které mohou negativně ovlivňovat funkci oleje v motoru definovat parametry, které se u motorových olejů sledují postup odběru vzorků k analýzám Výklad 3.1 Kontaminace Ačkoliv je míra znečištění olejů pevnými nečistotami jedním z nejdůležitějších ukazatelů jejich stavu, neexistuje jednoznačně použitelný přípustný limit obsahu pevných nečistot v oleji. Důvodem je poměrně velké množství hodnotících technik založených na různých principech a z toho vyplývající široké spektrum výsledků stanovení. Výrobci olejů zpravidla preferují svoje ověřené metody stanovení obsahu pevných nečistot ve svých produktech a určují limity znečištění, které vycházejí z jejich vlastních zkušeností. Nejčastěji se u olejů používá stanovení obsahu nerozpustných látek v HEO-směsi (n-hexan, ethanol, kyselina olejová) a denzimetrické stanovení. Opotřebení se projevuje rovněž přítomností otěrových kovů, jejichž celkový obsah se stanovuje atomovou absorpční či emisní spektroskopií nebo polarograficky. Velmi dobře lze přítomnost otěrových částic sledovat laserovou analýzou částic či ferrografickou analýzou. Tyto částice jsou charakteristické pro určitý režim opotřebení. Cílem částicové analýzy je jednotlivé typy částic separovat, identifikovat a popisovat jejich vlastnosti a parametry. Každá tribologická jednotka produkuje při daném režimu otěrové částice určitého tvaru a velikosti. Se stoupající intenzitou opotřebení roste velikost a počet otěrových částic a mění se jejich morfologie. Kontaminující kapaliny Palivo přítomné v oleji snižuje jeho viskozitu a v krajním případě může zmenšit tloušťku olejového mazacího filmu pod kritickou mez. Pomocí FTIR spektrometrie se monitorují olejové náplně také z hlediska přítomnosti paliva v oleji. Přítomnost paliva lze zjistit i v rámci měření jiných parametrů, především viskozity a bodu vzplanutí. Bod vzplanutí bývá považován za kritický, klesne-li pod hodnotu C. Voda v motorovém oleji má korozivní účinky a může způsobit i zadření motoru. Kromě toho vyvolává také rozklad aditiv, neboť omezuje jejich rozpustnost v oleji a podporuje jejich vysrážení z olejové fáze. Obecně přijímanou hranicí, udávající maximální