Wiele kół zębatych może być dotkniętych zjawiskiem znanym jako mikropitting. Ten stan występuje, gdy na kołach zębatych tworzą się mikroskopijne pęknięcia, które z czasem i pod wpływem naprężeń powodują mikroskopijne wżery. Te wżery stają się większe i ostatecznie odpadają. Może to być nawet podstawowy tryb awarii kół zębatych.
Mikropitting występuje zazwyczaj w przypadku smarowania elastohydrodynamicznego (EHL). Gdy grubość filmu olejowego w EHL staje się zbyt cienka na linii podziałowej koła zębatego, nierówności powierzchni zaczną się stykać. Gdy nierówności te stykają się ze sobą na przeciwległych powierzchniach i pod dużym obciążeniem, powodują odkształcenia sprężyste lub plastyczne, co prowadzi do mikropittingu.
Zmęczenie powierzchni jest bardzo podobne. W przypadku smarowania elastohydrodynamicznego zmęczenie powierzchni często wynika z wgnieceń na powierzchni spowodowanych przez twarde lub miękkie cząstki. Wgniecenia na powierzchni tworzą to, co jest znane jako nasypy. Z czasem i przy powtarzającym się wysokim obciążeniu, w miejscu, w którym powierzchnia się rozpada, powstają wżery. Przy ciągłym wysokim obciążeniu wżery stają się większe.
Efekty
Zmęczenie powierzchni i mikrowżery zależą od konkretnego stosowanego środka smarnego, w tym oleju bazowego, dodatków, doboru lepkości i zanieczyszczenia cząsteczkami. Podczas gdy mikrowżery lub zmęczenie powierzchni mogą wystąpić w przypadku środków smarnych na bazie oleju syntetycznego lub mineralnego, oleje syntetyczne mogą zapewnić lepszą ochronę w wyższych temperaturach niż oleje mineralne o tym samym stopniu lepkości i pakiecie dodatków. Wynika to z faktu, że oleje syntetyczne mogą mieć wyższy wskaźnik lepkości. Innymi słowy, lepkość olejów syntetycznych może zmieniać się mniej wraz ze wzrostem temperatury.
Chociaż dodatki EP (Extreme Pressure) są często konieczne, w niektórych przypadkach mogą być bardzo agresywne chemicznie dla powierzchni i powodować mikropitting. Tego typu dodatki stają się również bardziej aktywne w wyższych temperaturach. Niektórzy badacze twierdzą, że oleje, które nie zawierają dodatków EP, będą wykazywać maksymalną odporność na mikropitting. Zdolność oleju do ochrony przed mikropittingiem można określić za pomocą testu FZG FVA 54.
Oleje o wysokiej lepkości mają również większą odporność na mikropitting ze względu na grubsze warstwy EHL. Jednak przejście na wyższą lepkość nie zawsze jest najlepszym rozwiązaniem, ponieważ może powodować wyższe temperatury robocze, utratę energii i/lub zwiększoną szybkość utleniania oleju.
Kontakty wysokiego ryzyka
Wszędzie, gdzie występuje kontakt toczny w maszynach, istnieje potencjalne ryzyko mikrowżerów i zmęczenia powierzchni. Dotyczy to łożysk tocznych (wzdłuż podstawy bieżni). Koła zębate również mają kontakt toczny, który zwykle występuje wokół linii podziałowej. Krzywki i rolki to inne przykłady miejsc, w których można zobaczyć kontakt toczny, a zatem możliwe zmęczenie powierzchni i mikrowżery.
Cząsteczki, które są znacznie większe niż grubość filmu EHL, mogą zostać wciągnięte między powierzchnie w wyniku działania toczenia. Gdy te cząstki znajdą się w obszarze styku, są poddawane ogromnemu naciskowi styku. Cząsteczki o niższej wytrzymałości na ściskanie pod wpływem tego nacisku styku mogą rozbić się na mniejsze kawałki, z których niektóre osadzają się w powierzchniach, a inne przechodzą przez strefę styku. Twardsze cząstki, które są większe niż grubość filmu EHL, mogą przejść przez strefę styku, wgniatając bardziej miękką powierzchnię. Jak wspomniano wcześniej, wgniecenia te tworzą nasypy (barki) i z czasem, przy większym nacisku styku, mogą oderwać się od powierzchni.
Kontrola mikrowżerów i zmęczenia powierzchni
Wybór odpowiedniej lepkości jest kluczowy w redukcji mikrowżerów i zmęczenia powierzchni. Większe obciążenia będą wymagały wyższej lepkości, podczas gdy niższe obciążenia umożliwiają niższe lepkości.
Prędkość może również mieć wpływ na mikrowżery i zmęczenie powierzchni. Przy niższych prędkościach grubość filmu zmniejszy się. Podobnie przy wyższych prędkościach grubość filmu może wzrosnąć. Jest to kolejny czynnik, który należy wziąć pod uwagę przy wyborze prawidłowej lepkości do danego zastosowania.
Temperatura robocza również odgrywa rolę w mikrowżerach i zmęczeniu powierzchni. Wraz ze wzrostem temperatury w miejscu styku lepkość oleju staje się niższa, a grubość filmu maleje. Wraz ze wzrostem temperatury smar o zbyt niskiej lepkości stanie się rzadszy i nie zapewni odpowiedniej ochrony, co doprowadzi do zwiększonego tempa mikrowżerów i zmęczenia powierzchni. Jeśli używany jest olej EP, dodatki EP stają się bardziej reaktywne w wyższych temperaturach i mogą zapewnić ochronę przed zużyciem adhezyjnym.
Oczywiście, zbyt wysoka lepkość może również generować nadmierne ciepło. Ciepło to, które powstaje w wyniku zbyt wysokiej lepkości, doprowadzi do przyspieszonego utleniania. Jeśli analiza oleju nie zostanie użyta do określenia pozostałego okresu użytkowania i nie spowoduje konieczności wymiany oleju, olej ulegnie rozkładowi i nie zapewni wystarczającej ochrony.
