A thorough comparison of model oils with a mineral, synthetic, white and natural base

Celem prac było sprawdzenie możliwości zastosowania oleju naturalnego i białego jako bazy olejów przekładniowych. Testom poddano cztery modelowe oleje przekładniowe - z bazą mineralną, syntetyczną węglowodorową (PAO), białą i naturalną (olej rzepakowy). Zastosowane oleje bazowe miały zbliżoną lepkość kinematyczną. Do olejów bazowych dodano pakiety dodatków charakterystyczne dla olejów przekładniowych, tj. dodatki smarnościowe typu EP (przeciwzatarciowe), dodatek przeciwpienny oraz inhibitor utleniania. Wykonano testy tribologiczne z użyciem aparatów czterokulowych (pracujących w styku ślizgowym i tocznym) oraz stanowiska przekładniowego. Oznaczono także właściwości fizykochemiczne olejów po procesach starzenia. Stwierdzono, że w porównaniu z olejami "klasycznymi" (mineralny, PAO) olej z bazą białą pozwala polepszyć odporność kół zębatych na mikropitting, wykazuje wyższą odporność na starzenie w czasie długotrwałego magazynowania, daje podobny współczynnik tarcia, zbliżoną odporność kół zębatych na zacieranie w warunkach ekstremalnych nacisków, zbliżoną odporność kół zębatych na pitting, podobny poziom drgań przekładni oraz wykazuje zbliżoną stabilność termooksydacyjną w testach przekładniowych. Ma jednak wadę – znacznie przyspiesza pojawianie się pittingu elementów łożysk tocznych. W porównaniu z olejami "klasycznymi" olej z bazą naturalną (rzepakową) pozwala obniżyć poziom drgań przekładni, daje podobny współczynnik tarcia, zbliżoną odporność kół zębatych na pitting, zbliżoną odporność na starzenie w czasie długotrwałego magazynowania. Wykazuje jednak liczne wady – spadek odporności kół zębatych na zacieranie w warunkach ekstremalnych nacisków, znacznie niższą odporność kół zębatych na mikropitting, znaczne przyspieszenie pojawiania się pittingu elementów łożysk tocznych oraz gorszą stabilność termooksydacyjną w testach przekładniowych. Stwierdzone wady olejów z bazą białą i naturalną, w przypadku braku możliwości ich usunięcia, można skompensować poprzez stosowanie ich do smarowania węzłów tarcia (np. przekładni zębatych) pracujących w warunkach umiarkowanych obciążeń. Dodatkowo dla oleju naturalnego zalecane jest skrócenie okresu eksploatacji.The aim of the work was to assess the possibilities of using natural and white oils as potential bases of gear oils. Four model gear oils were tested – with mineral, synthetic hydrocarbon (PAO), white, and natural (rapeseed) base oil, all of similar viscosity. The oils contained additives typical of gear oils, e.g. EP additives, antifoam additives, and antioxidants. Tribological four-ball tests (with sliding and rolling contact) and gear tests were performed. In addition, physico-chemical analyses of the aged oils were carried out. The results show that, in comparison with "classical" oils, the white oil gives a better resistance of gears to micropitting, more stable physico-chemical characteristics during the long storage, similar antifriction properties, similar resistance of gears to scuffing under extreme conditions, close resistance of gears to pitting, a similar level of gear vibrations, and close thermo-oxidative stability in gear experiments. The white oil also shows a drawback, which is a significant acceleration of the pitting of bearing balls. In comparison with "classical" oils, the natural (rapeseed) oil reduces the level of gear vibrations, gives similar antifriction properties, a similar resistance of gears to pitting, and close stability of physico-chemical characteristics during the long storage. However, the natural oil shows numerous drawbacks, e.g. a lower resistance of gears to scuffing under extreme conditions, a much lower resistance of gears to micropitting, a significant acceleration of pitting of bearing balls, and worse thermo-oxidative stability in gear experiments. When removal of the drawbacks of the white and natural oils appears impossible, they can be partly compensated by using them for the lubrication of machine elements (e.g. gears) working under moderate conditions. Additionally, in case of natural oils, it is recommended that the time of their exploitation should be shortened