Во многих стандартах и спецификациях требуется указывать результаты, полученные при испытании масла на четырехшариковой машине трения. По этой причине производители смазочных материалов приводят результаты испытания на VKA (Vier-Kugel-Apparat, или VKA) в листах описания масел промышленного назначения, пластичных смазок, а также масел, используемых для металлообработки.
Данный метод определения применяют, главным образом, для смазочных материалов, которые должны выдерживать большие нагрузки и высокие давления и поэтому содержат определенные добавки (противозадирные (EP) присадки), призванные обеспечить высокое удельное давление в области смешанного трения.
Для величины VKA указывают значение критической нагрузки и нагрузки сваривания шариков в ньютонах (Н). Чем выше значение VKA масла или пластичной смазки, тем лучше смазывающая способность под давлением. Для сравнения: нагрузка сваривания при использовании обычного трансмиссионного масла промышленного назначения марки CLP 320 составляет около 2200 Н, тогда как при использовании высокомощного синтетического трансмиссионного масла, относящегося к тому же классу вязкости, эта величина достигает 3600 Н и более.
При разработке и контроле качества масел и пластичных смазок, от которых требуется высокая устойчивость под давлением, испытание на четырехшариковой машине трения (ЧШМ) является обязательным. Даже если условия, создаваемые в испытательном устройстве, лишь частично соответствуют реальным условиям эксплуатации, испытание на ЧШМ служит одной из важных отправных точек при оценке смазывающей способности масел при больших нагрузках и высоких давлениях. Таким образом, это простое и недорогое испытание позволяет непосредственно судить об эффективности соответствующих противозадирных и противоизносных присадок.
Четырехшариковая машина трения
Испытательное устройство состоит из одного подвижного и трех неподвижных шариков, привода, а также рычага приложения нагрузки, к которому подвешиваются пробные грузы. Материал шариков и их диаметр (12,700 мм) стандартизированы. Неподвижные шарики зажаты держателем в форме чаши. В чашу держателя заливают испытуемый смазочный материал (10 мл) до такого уровня, чтобы он полностью покрыл неподвижные шарики. Над чашей вертикально установлен контрольный шпиндель, который приводится в движение электродвигателем и вращается с частотой 1450 об./мин.
Порядок и результат испытания
При испытании смазочного материала вначале прикладывают нагрузку, которая предположительно соответствует критической нагрузке. При отсутствии данных приблизительное значение критической нагрузки определяют в предварительных экспериментах. Испытание на машине трения длится 1 минуту, если только оно не прерывается из-за сваривания шариков. Если сваривание не наступает, опыт повторяют с новыми шариками и новой порцией смазочного материала, повышая нагрузку.
Максимальная нагрузка, при которой не наблюдается сваривания, называется максимально допустимой, критической нагрузкой, а нагрузка в момент наступления сваривания – нагрузкой сваривания. Оба полученных значения должны быть подтверждены повторными экспериментами.
Результат испытания на четырехшариковой машине трения дается в виде значения нагрузки сваривания VKA или что то же самое, значения VKA по стандарту DIN 51 350. Если, например, для смазывающего вещества приведено значение VKA 2400 Н, это соответствует нагрузке, при которой впервые произошло сваривание шариков. Если определяемое значение оказалось ниже 2000 Н, указывают просто: нагрузка сваривания на VKA, определенная по стандарту DIN 51 350, лежит ниже 2000 Н.
Прикладывая сравнительно невысокую нагрузку, например, 150 Н, подвижный шарик вращают на неподвижных шариках в течение часа. После этого оценивают размеры пятен износа, которые проявляются в виде сферической выемки на трех неподвижных шариках. Находят и указывают средний диаметр пятна износа – скажем, 0,26 мм.