RU2739323C1

RU2739323C1 - Lubricating oil for helicopters transmissions and propeller hinges

Info

Publication number: RU2739323C1
Application number: RU2020120144A
Authority: RU
Inventors: Игорь Владимирович Колесников; Александр Павлович Сычев; Михаил Викторович Бойко; Владимир Иванович Колесников; Алексей Александрович Сычев; Татьяна Григорьевна Бойко; Александр Александрович Бичеров; Сергей Федорович Ермаков
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2020-12-22

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to lubricant compositions intended primarily for transmissions, splined joints and high-load bearing assemblies with needle bearings of helicopters operating in low-amplitude swinging motion, that is, conditions of contact fretting corrosion play an important role in mechanism of wear and destruction of rolling bodies. Solution is lubricant oil based on synthetic base oil, which is dioctyl sebacate, which additionally contains cholesteryl oleate ester as an antifriction additive and a sulfur-containing additive as an anti-wear and viscous additive.

EFFECT: technical result consists in development of lubricating composition with increased to required level of tribological properties while maintaining sufficient anti-fretting action when operating in FH and LH of helicopter propellers.

1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к смазочным композициям, предназначенным преимущественно для трансмиссий, шлицевых соединений и высоконагруженных подшипниковых узлов с игольчатыми подшипниками вертолетов, работающих при качательном движении с малыми амплитудами, то есть в условиях, когда в механизме износа и разрушения тел качения значительную роль играют процессы контактной фреттинг-коррозии.The invention relates to lubricating compositions intended mainly for transmissions, spline joints and highly loaded bearing assemblies with needle bearings of helicopters operating in rocking motion with small amplitudes, that is, in conditions when the processes of contact fretting play a significant role in the mechanism of wear and destruction of rolling elements corrosion.

Указанные узлы трения, как известно, работают в специфических условиях колебательного движения и выходят из строя в результате местного износа, приводящего впоследствии к усталостному выкрашиванию контактирующих поверхностей тел.These friction units are known to operate under specific conditions of oscillatory motion and fail as a result of local wear, which subsequently leads to fatigue chipping of the contacting surfaces of the bodies.

К всесезонной смазочной композиции, единой для столь разных по особенностям нагружения и механизма износа областей применения, предъявляются следующие основные требования: по вязкостно-температурным характеристикам - кинематическая вязкость V₁₀₀> 12 мм²/с, температура застывания Т_з< -50°С, по смазывающей способности на ЧМТ - критическая нагрузка Р_к > 1200 Н (или отсутствует), диаметр пятна износа D_и < 0,5 мм, нагрузка сваривания Р_с > 3500 Н, по антифреттинговым качествам - они должны быть достаточны для уменьшения процессов контактной фреттинг-коррозии, инициируемых в шлицевых соединениях приводов хвостового редуктора и игольчатых подшипниках ГШ и ВШ. Требуемый уровень трибологических показателей смазочных композиций достигается с помощью введения противоизносных и противозадирных присадок.The following basic requirements are imposed on an all-season lubricant composition, which is the same for areas of application so different in terms of loading and wear mechanism: viscosity-temperature characteristics - kinematic viscosity V ₁₀₀ > 12 mm ² / s, pour point T _z <-50 ° C, in terms of lubricity at head injury - critical load P _c > 1200 N (or absent), wear scar diameter D _and <0.5 mm, welding load P _c > 3500 N, in terms of anti-fretting qualities, they should be sufficient to reduce contact fretting processes -corrosion initiated in the spline joints of the tail gear drives and the GSh and VSh needle bearings. The required level of tribological indicators of lubricating compositions is achieved by introducing antiwear and extreme pressure additives.

1. Известна смазочная композиция для осевых шарниров винтов вертолетов на основе загущенного маловязкого минерального масла, содержащая диизооктилсебацинат, антиокислительную присадку, полиметакрилатную присадку и дополнительно высоковязкое минеральное масло (Патент РФ №2100424, С10М 169/04, 1997 г.).1. Known lubricant composition for axial hinges of helicopter propellers based on thickened low-viscosity mineral oil, containing diisooctyl sebacate, antioxidant additive, polymethacrylate additive and additionally high-viscosity mineral oil (RF Patent No. 2100424, S10M 169/04, 1997).

2. Известна также смазочная композиция, предназначенная для использования в высоконагруженных подшипниковых узлах с игольчатыми подшипниками, работающими при качательном движении с малыми амплитудами, на основе остаточного минерального масла, содержащая антиокислительные присадки, ариловый эфир фосфорной кислоты, диизооктилсебацинат, полимерный загуститель, серу техническую и маловязкое минеральное или полиальфаолефиновое масло (Патент РФ №2203312, С10М 169/02, 2003 г.).2. There is also known a lubricant composition intended for use in highly loaded bearing assemblies with needle bearings operating during rocking motion with small amplitudes, based on residual mineral oil, containing antioxidant additives, aryl ether of phosphoric acid, diisooctyl sebacate, polymer thickener, technical sulfur and low viscosity mineral or polyalphaolefin oil (RF Patent No. 2203312, S10M 169/02, 2003).

Недостатком известных масел на минеральной основе является невысокий уровень антифреттинговых свойств при смазывании колеблющихся подшипников качения, неудовлетворительные низкотемпературные свойства, высокий момент трения при пуске, что не обеспечивает надежную эксплуатацию вертолетов.A disadvantage of the known mineral-based oils is a low level of anti-fretting properties when lubricating vibrating rolling bearings, unsatisfactory low-temperature properties, a high frictional moment during start-up, which does not ensure reliable operation of helicopters.

3. Известно, например, синтетическое масло Б-3В на основе сложных эфиров пентаэритрита и синтетических жирных кислот фракции С₅-С₉, которое содержит антиокислительную присадку - параоксидифениламин и противозадирную - 2-меркаптобензтриазол («Горючесмазочные материалы для авиационных двигателей», изд. «Мастер Лайн», Казань, 2002 г., с. 301-302).3. It is known, for example, a synthetic oil B-3V based on esters of pentaerythritol and synthetic fatty acids of the C ₅ -C ₉ fraction, which contains an antioxidant additive - paraoxydiphenylamine and an extreme pressure - 2-mercaptobenztriazole ("Fuel and lubricants for aircraft engines", ed. "Master Line", Kazan, 2002, p. 301-302).

Масло Б-3В имеет высокую смазывающую способность, однако оно не удовлетворяет современным требованиям к показателю термоокислительной стабильности при 200°С, при пониженных температурах происходит выпадение в осадок компонентов смазочного материала, масло оказывает заметное коррозионное воздействие на цветные металлы.Oil B-3V has a high lubricity, but it does not meet modern requirements for an indicator of thermal-oxidative stability at 200 ° C, at low temperatures the lubricant components precipitate, the oil has a noticeable corrosive effect on non-ferrous metals.

4. Ближайшим аналогом является смазочная композиция для трансмиссий, горизонтальных (ГШ) и вертикальных (ВШ) шарниров втулок винтов вертолетов, содержащая полиальфаолефиновое масло; фенил-α-нафтиламин; 2,6-ди-третбутил-4-метилфенол и диизооктилсебацинат, смесь моно- и алкилпроизводных дифениламина, серу-, фосфор- и азотсодержащую присадки (Патент РФ №2122569, С10М 141/10, 1999 г.).4. The closest analogue is a lubricant composition for transmissions, horizontal (GS) and vertical (VS) hinges of helicopter rotor hubs, containing polyalphaolefin oil; phenyl-α-naphthylamine; 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol and diisooctyl sebacate, a mixture of mono- and alkyl derivatives of diphenylamine, sulfur-, phosphorus- and nitrogen-containing additives (RF Patent No. 2122569, S10M 141/10, 1999).

Однако, будучи всесезонной, она не во всех случаях обеспечивает достаточную работоспособность и не может быть использовано как единое трансмиссионно-шарнирное масло, так как не обладает требуемыми, термоокислительными и трибологическими показателями для использования в тяжелонагруженных трансмиссиях вертолетов. Недостатком данной смазочной композиции является сложность компонентного состава при составлении композиции.However, being all-season, it does not in all cases provide sufficient performance and cannot be used as a single gear-hinge oil, since it does not possess the required thermal oxidative and tribological characteristics for use in heavily loaded helicopter transmissions. The disadvantage of this lubricating composition is the complexity of the component composition when composing the composition.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близка к предлагаемой смазочная композиция для агрегатов вертолетов, содержащая остаточное масло нафтеновых нефтей, маловязкое масло нафтеновых нефтей, техническую серу и ариловый эфир фосфорной кислоты (Патент RU 2303626. 27.07.2007.).The technical essence and the achieved result is closest to the proposed lubricant composition for helicopter units, containing residual oil of naphthenic oils, low-viscosity oil of naphthenic oils, technical sulfur and aryl ether of phosphoric acid (Patent RU 2303626. 27.07.2007.).

Основными недостатками данной смазочной композиции являются недостаточно высокие антикоррозионные и низкотемпературные свойства для использования в тяжелонагруженных трансмиссиях и шарнирах вертолетов в широком диапазоне климатических условий.The main disadvantages of this lubricant composition are insufficiently high anti-corrosion and low-temperature properties for use in heavily loaded transmissions and helicopter hinges in a wide range of climatic conditions.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков путем разработки смазочной композиции для трансмиссий и осевых шарниров винтов вертолетов, обладающей низкотемпературными, термоокислительными, трибологическими показателями, противоизносными свойствами и улучшенными эксплуатационными характеристиками, что обеспечит ее использование в тяжелонагруженных узлах вертолетов в широком диапазоне климатических условий. Еще одной отличительной особенностью изобретения является способность к биоразложению.The objective of the present invention is to eliminate these disadvantages by developing a lubricant composition for transmissions and axial hinges of helicopter propellers, having low-temperature, thermo-oxidative, tribological performance, antiwear properties and improved operational characteristics, which will ensure its use in heavily loaded helicopter assemblies in a wide range of climatic conditions. Another distinguishing feature of the invention is the biodegradability.

Ожидаемый технический результат от изобретения состоит в разработке смазочной композиции с повышенными до требуемого уровня трибологическими показателями при сохранении достаточного антифреттингового действия при работе в ГШ и ВШ винтов вертолетов.The expected technical result of the invention consists in the development of a lubricant composition with increased tribological indicators to the required level while maintaining a sufficient anti-fretting action when operating in the main and main shaft of helicopter propellers.

Для достижения указанного технического результата необходимо применять синтетические базовые основы, отличительной особенностью которых являются низкие температуры застывания, особое место среди них занимают масла на основе сложных эфиров, которые за счет полярности молекул хорошо абсорбируются на поверхностях тел трения, чем способствуют минимальному коэффициенту трения.To achieve this technical result, it is necessary to use synthetic base bases, a distinctive feature of which are low pour points, a special place among them is occupied by oils based on esters, which, due to the polarity of the molecules, are well absorbed on the surfaces of the friction bodies, thereby contributing to the minimum coefficient of friction.

Для решения поставленной задачи предлагается смазочное масло на основе синтетического базового масла, которое дополнительно содержит холестериловый эфир олеиновой кислоты в качестве антифреттинговой присадки, а также серосодержащую присадку в качестве противоизносной и вязкостной присадки при следующем соотношении компонентов, мас. %:To solve this problem, a lubricating oil based on a synthetic base oil is proposed, which additionally contains cholesteryl ester of oleic acid as an anti-fretting additive, as well as a sulfur-containing additive as an antiwear and viscosity additive in the following ratio of components, wt. %:

Холестериловый эфир олеиновой кислотыCholesteryl oleic acid ester 1,0-5,01.0-5.0 Серосодержащая присадкаSulfur additive 10,0-20,010.0-20.0 Базовое маслоBase oil До 100Up to 100

Отличиями заявляемого технического решения являются использование в качестве базового масла диоктилсебацината (ДОС) по ГОСТ 8728-88, а также введение в состав масла загущающей присадки - продукта взаимодействия касторового масла с перекристаллизованной серой при температуре 210÷215°С (патент №2702654 14.06.2019) выступающего в качестве противоизносной, противозадирной и вязкостной присадки, в качестве антифреттинговой присадки вносится холестериловый эфир олеиновой кислоты. Холестериловые эфиры способны к плоскостной ориентации на поверхностях трения и образуют слоистые структуры в зоне трибоконтакта, что обеспечивает снижение коэффициента трения и повышение энергосберегающих свойств смазки.The differences of the proposed technical solution are the use of dioctyl sebacate (DOS) as a base oil in accordance with GOST 8728-88, as well as the introduction of a thickening additive into the oil composition - the product of the interaction of castor oil with recrystallized sulfur at a temperature of 210-215 ° C (patent No. 2702654 06/14/2019 ) acting as an antiwear, extreme pressure and viscosity additive, cholesteryl oleic acid ester is introduced as an anti-fretting additive. Cholesteryl ethers are capable of in-plane orientation on friction surfaces and form layered structures in the tribocontact zone, which reduces the friction coefficient and increases the energy-saving properties of the lubricant.

Указанные отличия позволяют получить масло, соответствующее требованиям, предъявляемым к моторно-редукторным маслам для авиационной техники, при этом противоизносная и вязкостная присадка, представляющая собой термически стойкий загуститель, обеспечивает не только требуемую вязкость масла, но одновременно повышает эффективность содержащейся в композиции антифреттинговой присадки - холестерилового эфира олеиновой кислоты.These differences make it possible to obtain an oil that meets the requirements for gear motor oils for aviation equipment, while the antiwear and viscous additive, which is a thermally stable thickener, provides not only the required oil viscosity, but at the same time increases the effectiveness of the anti-fretting additive contained in the composition - cholesterol oleic acid ester.

Благодаря антифреттинговой присадке смазочное масло может успешно работать в высоконагруженных подшипниковых узлах с колеблющимися игольчатыми подшипниками.Thanks to the anti-fretting additive, the lubricating oil can successfully work in highly loaded bearing assemblies with oscillating needle bearings.

Антифреттинговая эффективность заявляемой смазочной композиции в этом специфическом случае обусловлена рядом факторов. Во-первых, при трибоактивации из молекул ДОС формируются прочные химически связанные с поверхностью металла граничные пленки, разделяющие контактирующие поверхности, в том числе в зонах контактной деформации, где при остановках и в моменты изменения направления движения зарождаются усталостные дефекты. Во-вторых, холестериловый эфир олеиновой кислоты, содержащийся в смазочной композиции, тормозит окислительные процессы за счет способности образовывать стабильные свободные радикалы. В-третьих, развитие контактной фреттинг-коррозии в колеблющихся игольчатых подшипниках, смазываемых предлагаемой композицией, за счет образования серосодержащих граничных слоев происходит медленней, чем в случае применения смазки ТСгип.The anti-fretting efficiency of the claimed lubricating composition in this specific case is due to a number of factors. First, during triboactivation, strong boundary films chemically bonded to the metal surface are formed from DOS molecules, separating the contacting surfaces, including in the contact deformation zones, where fatigue defects arise at stops and at moments of movement direction change. Secondly, the oleic acid cholesteryl ester contained in the lubricant composition inhibits oxidative processes due to its ability to form stable free radicals. Thirdly, the development of contact fretting corrosion in oscillating needle bearings lubricated by the proposed composition, due to the formation of sulfur-containing boundary layers, is slower than in the case of using TSgip grease.

Технология изготовления предлагаемой композиции предусматривает смешение при постоянном перемешивании компонентов: базовой основы (ДОС) разогретой до 50-60°C с последовательно добавляемыми серосодержащей присадки и холестериловым эфиром олеиновой кислоты в качестве антифреттинговой присадки. Полученную смесь перемешивают в течение 30 минут, после чего охлаждают до комнатной температуры и разливают по товарным емкостям.The manufacturing technology of the proposed composition provides for mixing with constant stirring of the components: a base base (DOS) heated to 50-60 ° C with successively added sulfur-containing additives and cholesterol oleic acid ester as an anti-fretting additive. The resulting mixture is stirred for 30 minutes, then cooled to room temperature and poured into commercial containers.

По описанной технологии изготовлены масла, составы которых приведены в табл. 1.According to the described technology, oils were made, the compositions of which are given in table. one.

Предлагаемое масло способно заменить в трансмиссиях и ГШ, ВШ применяемые в настоящее время в вертолетных агрегатах трансмиссионное масло для гипоидных передач ТСгип ТУ 38.1011332-90, а также низкозастывающие маслосмеси ТСгип/АМГ-10 [В.М. Школьников. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Справочник, М.: Техинформ, 1999, с. 174-175].The proposed oil is capable of replacing in transmissions and GSh, VSh, currently used in helicopter units, transmission oil for hypoid gears TSgip TU 38.1011332-90, as well as low-solidifying oil mixtures TSgip / AMG-10 [V.M. Schoolchildren. Fuels, lubricants, technical fluids. Handbook, M .: Tekhinform, 1999, p. 174-175].

Лабораторные испытания приготовленных образцов масла проводились принятыми для моторно-редукторных масел квалификационными методами. Результаты определения вязкостно-температурных показателей, трибологических свойств на ЧМТ (ГОСТ 9490-75) в сравнении с результатами испытаний масла ТСгип и прототипа приведены в таблице 2.Laboratory tests of the prepared oil samples were carried out using the qualification methods adopted for motor-gear oils. The results of determining the viscosity-temperature indicators, tribological properties for TBI (GOST 9490-75) in comparison with the test results of the TSgip oil and the prototype are shown in Table 2.

Данные, приведенные в таблице 2, подтверждают высокую эффективность предлагаемого масла. Предлагаемое масло представляет собой современное авиационное универсальное смазочное масло, которое может заменить такие масла, как ТСгип, СМ-9, ВО-12 и, не имея присущих этим маслам недостатков (узкий диапазон температур эксплуатации, плохие антифреттинговые свойства), полностью соответствует современным требованиям.The data given in table 2 confirm the high efficiency of the proposed oil. The proposed oil is a modern aviation universal lubricating oil that can replace oils such as TSgip, SM-9, VO-12 and, without the disadvantages inherent in these oils (narrow operating temperature range, poor antifretting properties), fully meets modern requirements.

Claims

Lubricating oil for transmissions and hinges of helicopters propellers based on synthetic base oil, containing the product of interaction of castor oil with recrystallized sulfur at a temperature of 210-215 ° C, characterized in that it contains dioctyl sebacate as a base oil and additionally contains cholesteryl ether as an anti-fretting additive oleic acid with the following ratio of components, wt. %:

Cholesteryl oleic acid ester 1.0-5.0 Sulfur additive 10.0-20.0 Base oil Up to 100