Résultats du coefficient de friction de la graisse

- Dec 03, 2019-

Résultats du coefficient de frottement de la graisse

Les courbes de Stribeck enregistrées pour toutes les graisses testées sont montrées sur les Fig. 2 (a) - (c) à 40 ° C, 60 ° C et 80 ° C respectivement. La caractéristique la plus frappante de la figure 2 est le comportement de frottement très différent des graisses testées: à basse vitesse, les valeurs de frottement couvrent une plage de presque un ordre de grandeur, de moins de 0,01 à presque 0,09. De toute évidence, la courbe de friction de la graisse en fonction de la vitesse à basse vitesse diffère de la forme d'une courbe de Stribeck typique d'une huile [26]. En se concentrant sur la zone à basse vitesse des parcelles, toutes les graisses à base de lithium LiMi, LiMi2, LiEs, LiPAO et LiCPAO affichent un comportement «inverse-Stribeck» [6], c'est-à-dire un frottement relativement faible dans la région à basse vitesse, contrairement à ce qui est que l'on trouve couramment dans les huiles de base qui présentent un frottement plus élevé dans la limite à basse vitesse et les régimes mixtes. À mesure que la vitesse augmente, LiMi2 montre un frottement en constante augmentation tandis que pour LiMi, LiEs, LiPAO et LiCPAO, le coefficient de frottement augmente avec la vitesse, jusqu'à un maximum local (la courbe `` bosse ''), après quoi il commence à descendre. Ce comportement n'apparaît qu'à 60 ° C dans LiEs et LiCPAO. La «bosse» se déplace à une vitesse plus élevée avec l'augmentation des températures. Au contraire, dans les graisses complexes de sulfonate de calcium CaSMi et CaSMix, et dans une moindre mesure les graisses polyurées PoE, la valeur du coefficient de frottement maximal se trouve à la vitesse la plus basse à toutes les températures, et diminue de façon monotone lorsque la vitesse augmente, produisant un Stribeck courbe typique d'une huile lubrifiante. À une vitesse suffisamment élevée, le coefficient de frottement devient «régime permanent», et la vitesse à laquelle ce frottement constant est atteint pour chaque graisse augmente avec la température.

Fig.2

Fig.2 . Coefficient de frottement contre la vitesse d'entraînement à (a) 40 ° C, (b) 60 ° C et (c) 80 ° C.

Il est intéressant de comparer le comportement des deux graisses à faible friction, LiEs et LiPAO. LiPAO affiche clairement le coefficient de frottement le plus bas sur toute la plage de vitesse, tandis que les LiE n'atteignent un coefficient de frottement relativement faible qu'à des vitesses élevées. À des vitesses inférieures, les LiE ont en fait un frottement plus élevé que certaines graisses standard.

Afin d'étudier plus en détail l'effet de la température sur le frottement, la figure 3 montre un graphique à barres du coefficient de frottement aux trois températures et à une vitesse fixe de 1000 mm s -1 . Cette vitesse est suffisamment élevée pour que toutes les graisses développent un film EHL complet (c'est-à-dire Λ > 3, où Λ est l'épaisseur de film spécifique estimée comme le rapport entre l'épaisseur calculée du film d'huile de base centrale et la rugosité RMS composite). Il convient de noter que Λ est basé sur l'épaisseur centrale du film, au lieu de l'épaisseur minimale du film la plus couramment utilisée, car, contrairement aux films d'huile, les films de graisse ne présentent pas toujours des régions de film minimales clairement identifiables, en particulier à basse vitesse. De toute évidence, une augmentation de la température entraîne une diminution de la friction pour chaque graisse individuelle, ce qui suggère que la viscosité de l'huile de base de chaque graisse entraîne son comportement de friction dans ces conditions. Cependant, l'effet de la température sur le frottement est beaucoup moins évident à basse vitesse. La figure 5 montre le graphique à barres équivalent pour le frottement mesuré à 50 mm s -1 . Il est évident qu'à cette vitesse inférieure, le frottement peut soit diminuer avec la température, comme pour LiMi ou LiMi2, ne pas être affecté comme dans le cas du CaSMi, ou même augmenter avec la température comme dans le LiEs et le CaSMix.

Fig. 3

Fig.3 . Influence de la température sur le coefficient de frottement mesuré à 1000 mm s -1 .

Fig. 5

Fig.5 . Influence de la température sur le coefficient de frottement à 50 mm s -1 .

Pour étudier plus en détail la corrélation entre les viscosités de l'huile de base et le frottement mesuré à travers toutes les graisses, la figure 4 trace le coefficient de frottement mesuré à 1000 mm s -1 (c'est-à-dire Λ > 3) et à 40 ° C par rapport à la viscosité cinématique de l'huile de base. Bien qu'aucune corrélation claire ne soit trouvée, les valeurs de coefficient de frottement les plus faibles sont affichées par les graisses à base d'huile synthétique LiEs, LiPAO, PoEs et LiCPAO, comme indiqué sur la Fig.4.

Fig.4

Fig.4 . Coefficient de frottement des graisses d'essai à 1000 mm s -1 contre la viscosité cinématique des huiles de base.

3.2. Résultats du coefficient de frottement de l'huile de purge

Le comportement de friction de l'huile de purge a été étudié dans le but d'établir l'influence relative de l'épaississant et de l'huile de base. Les huiles purgées peuvent être différentes des huiles de base, car elles peuvent contenir des additifs et des particules épaississantes [16], mais les huiles de base de cette large gamme de graisses commerciales ne sont pas facilement disponibles. Cependant, la comparaison entre le comportement au frottement des huiles de purge LiPAO et des huiles de base (la seule disponible pour cette étude) a montré des différences mineures, évidentes uniquement aux vitesses les plus faibles.

Seuls les résultats sélectionnés sont présentés dans cette section, choisis pour couvrir les tendances générales observées lors de la comparaison des performances des graisses d'essai et de leurs huiles purgées respectives. Le coefficient de frottement du LiPAO est représenté sur la figure 6 avec son huile purgée à (a) 40 ° C, (b) 60 ° C et (c) 80 ° C. Il est évident que le frottement du LiPAO est beaucoup plus faible que celui de son huile purgée dans la région à basse vitesse. Cependant, à mesure que la vitesse augmente, un point est atteint d'où les courbes de frottement sont presque identiques. Il est également évident que la vitesse exacte où cela se produit correspond à des conditions de lubrification mixte basée sur l'huile purgée, où le frottement diminue toujours avec la vitesse, et donc cela peut être en partie responsable de l'apparition de la `` bosse '' dans le frottement de la graisse courbe. Cette vitesse augmente également avec la température, c'est-à-dire que le comportement «inverse-Stribeck» du LiPAO à basse vitesse est étendu à une vitesse plus élevée lorsque la température augmente. Le même comportement a été observé dans toutes les autres graisses épaissies au lithium ainsi que la graisse polyurée. Ces graisses ont également montré une diminution du coefficient de frottement avec l'augmentation de la température aux vitesses les plus basses.

Fig.6.

Fig.6 . Coefficient de friction du LiPAO et de son huile de purge à (a) 40 ° C, (b) 60 ° C et (c) 80 ° C.

Les deux graisses complexes au sulfonate de calcium ont montré un comportement contrastant avec celui des graisses au lithium et à la polyurée décrites ci-dessus. Pour illustrer cela, CaSMix et ses coefficients de frottement d'huile purgée sont représentés sur la figure 7 à (a) 40 ° C, (b) 60 ° C et (c) 80 ° C. Bien qu'à la vitesse la plus faible, le frottement CaSMix ne semble pas affecté par la température d'essai, il est évident que cette graisse donne un frottement beaucoup plus élevé que son huile purgée dans la région à faible vitesse, avec une différence relative de frottement qui augmente à des températures plus élevées. La vitesse de transition après laquelle la graisse et l'huile présentent le même frottement est à nouveau identifiée. Comme c'était le cas pour les graisses au lithium, cette vitesse augmente avec la température, mais dans le cas des graisses complexes au sulfonate de calcium, cet effet apparaît plus prononcé, de sorte qu'à la température la plus élevée de 80 ° C, les courbes de friction de la graisse et de l'huile purgée ne commencent même pas fusion dans la plage de vitesses de test indiquée.

Fig. 7

Fig.7 . Coefficient de frottement du CaSMix et de son huile purgée à 40 ° C, 60 ° C et 80 ° C.

3.3. Résultats d'épaisseur de film EHD

Pour faciliter l'interprétation des résultats de frottement, l'épaisseur du film de graisse a été mesurée sur la même plage de vitesse.

Les résultats d'épaisseur de film pour (a) LiPAO, (b) LiEs et (c) les graisses CaSMix sont affichés sur la figure 8 comme une sélection représentative de toutes les mesures de film effectuées. A titre de comparaison, les valeurs théoriques d'épaisseur de film pour toutes les huiles de base correspondantes sont également indiquées. Un film plus épais à basse vitesse, comparé aux huiles de base, a été observé pour toutes les graisses, mais d'importantes différences de comportement sont évidentes. Le LiPAO présente l'épaisseur de film la plus élevée de toutes les graisses testées, malgré la plus faible viscosité de l'huile de base. Elle a l'épaisseur de film la plus élevée à la vitesse la plus basse de 10 mm s -1 , où elle est plus de 5000% plus grande que celle de l'huile de base correspondante. À mesure que la vitesse augmente, le film diminue et le minimum est atteint à une vitesse d'environ 300 mm s -1 , après quoi l'épaisseur du film recommence à augmenter. L'épaisseur du film de LiPAO reste supérieure à celle de son huile de base sur toute la plage de vitesse testée ici. L'épaisseur du film de graisse LiEs est bien inférieure à celle de la graisse LiPAO à toutes les vitesses. Les tendances générales sont les mêmes, l'épaisseur du film de graisse LiE étant beaucoup plus grande que celle de son huile de base à basse vitesse, et diminuant progressivement à mesure que la vitesse augmente. Cependant, dans les LiE, la vitesse de transition vers le comportement de type EHL que l'on peut attendre de sa seule huile de base est déjà atteinte à environ 10 mm s -1 . Cette courbe d'épaisseur de film en "V" en fonction de la vitesse a été observée dans des études antérieures sur les graisses [27], [23]. Contrairement aux graisses à base de lithium, l'épaisseur du film de CaSMix ne présente pas le comportement en "V". Au lieu de cela, son épaisseur de film augmente constamment avec la vitesse dans la plage de vitesse de test. Un comportement similaire a été observé avec l'autre graisse complexe de sulfonate de calcium, CaSMi, testée ici. Encore une fois, l'épaisseur du film de graisse est supérieure à celle attendue de l'huile de base correspondante dans la plage de faible vitesse, en dessous d'environ 200 mm s -1 .

Fig. 8

Fig.8 . Les prévisions d'épaisseur de film LiPAO (a), LiEs (b) et CaSMix (c) et l'épaisseur du film d'huile de base (ligne continue) sont tracées en fonction de la vitesse d'entraînement.

3.4. Corrélation entre le coefficient de frottement et l'épaisseur du film

La relation entre l'épaisseur du film et la friction a été étudiée en se concentrant sur les deux cas extrêmes de graisses CasMix et LiPAO, ayant respectivement les coefficients de friction les plus élevés et les plus faibles.

Les valeurs mesurées de l'épaisseur du film et du frottement pour la graisse CaSMix et son huile purgée sont toutes les deux représentées en fonction de la vitesse d'entraînement sur la figure 9 (a). Un tracé similaire pour LiPAO est présenté sur la figure 9 (b). Les deux lignes horizontales en pointillés marquent les limites approximatives entre les trois régimes de lubrification: film complet ( Λ > 3), mixte (1 <>Λ <3) et="" lubrification="" aux="" limites="" (="">Λ <> Des parallèles clairs entre le frottement et le comportement de l'épaisseur du film pour la graisse CaSMix sont évidents sur la figure 9 (a). Les courbes de friction et d'épaisseur de film pour la graisse et l'huile purgée / de base commencent à se chevaucher à la même vitesse d'entraînement d'environ 200 mm s -1 . La graisse CaSMix forme un film suffisamment épais pour que les surfaces soient complètement séparées, même aux vitesses les plus basses, contrairement à son huile de base. Cependant, la région où la graisse produit ce film relativement épais coïncide avec la région où le frottement de la graisse est significativement plus élevé que celui de l'huile purgée. Cela suggère clairement que la composition et la morphologie du film épais à basse vitesse sont responsables de la friction plus élevée.

Fig. 9

Fig.9 . Corrélation du frottement et de l'épaisseur du film pour CaSMix (a) et LiPAO (b) et leurs huiles de base et purgées.

Un comportement quelque peu contrasté de la graisse LiPAO est évident sur la figure 9 (b). L'épaisseur du film de graisse est à nouveau suffisamment élevée, même à basse vitesse et malgré la très faible viscosité de son huile de base, pour maintenir le contact en régime de film complet sur toute la plage de vitesse. Cependant, contrairement à la graisse CaSMix, le film de graisse anormalement épais à basse vitesse entraîne un coefficient de frottement bien inférieur à celui de l'huile purgée dans la même plage de basse vitesse. De plus, l'épaisseur du film et les courbes de friction pour la graisse et l'huile purgée ne se chevauchent plus à la même vitesse d'entraînement contrairement à la graisse CaSMix. Au lieu de cela, à la vitesse à laquelle les courbes de friction de la graisse et de l'huile saignée commencent à fusionner (250 mm s -1 ), l'épaisseur du film de LiPAO est encore beaucoup plus élevée que celle de son huile de base. Fait intéressant, bien que toujours plus élevée que pour l'huile de base, l'épaisseur du film de graisse passe par un point d'inflexion à cette vitesse, ce qui suggère un changement dans le mécanisme de lubrification de la graisse.

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