|
2-2006 ZEM
NATALLIA BALABANAVA*, SERGEY CHIZHIK** ZYGMUNT RYMUZA***
* Warsaw University of Technology, Institute of Micromechanics and Photonics, Sw.A.Boboli 8, 02-525 Warsaw, Poland balabanovanata@tut.by.
** National Academy of Sciences of Belarus, Institute of Heat and Mass Transfer, P.Brovki Str. 15, 220072 Minsk, Belarus, chizhik_sa@tut.by .
*** Warsaw University of Technology, Institute of Micromechanics and Photonics, Sw.A.Boboli 8, 02-525 Warsaw, Poland z.rymuza@mchtr.pw.edu.pl
Adhezja i tarcie w styku chropowatych powierzchni lepkosprężystych
Adhesion and friction behaviour in the contact of rough viscoelastic surfaces
Słowa kluczowe:
Adhezja, tarcie, lepkosprężystość, chropowate powierzchnie, cienka warstwa
Key-words:
Adhesion, friction, viscoelastic behavior, rough surfaces, thin film.
Streszczenie Problem mikromontażu i chwytania w obszarze mikrourządzeń staje się obecnie niezwykle ważny w szczególności w przypadku mikrochwytaków. Jednym z głównych problemów jest przylepianie się mikroelementów to powierzchni roboczych mikrochwytaków oraz tarcie tam występujące. Możliwe rozwiązanie polega na zastosowaniu powłok polimerowych różnych materiałów róznymi topografiami powierzchni aby zapobiec adhezji. Aby przewidzieć zachowanie się pokryć można przeprowadzić badania przy użyciu technik AFM. Zwykle do analizy wyników wykorzystuje się teorię Hertza z modelami JKR lub DMT lecz jest to raczej pewna idealizacja . W rzeczywistości polimery wykazują lepkosprężystość oraz mają powierzchnie chropowate, dlatego nie ma zgodności wyników modelowania z wynikami eksperymentu.W artykule chcemy zaprezentować model styku powierzchni chropowatych, które wykazują adhezję i własności lepkosprężyste. Zbadano zależność siły adhezji (pull-off force) od zastosowanego materiału i topografii powierzchni. Zależności te porównano z podobnymi lecz dla styku sprężystego. Wyznaczono też siłę tarcia jako funkcję wielkości obszaru odkształconego. Do opisu matematycznego wykorzystano model Maxwella i ujecie Radoca dla przypadku kontaktu lepkosprężystego oraz model JKR dla opisu efektu adhezji.Wynikiem jest model styku w którym uwzględnia się lepkosprężystość oraz parametry powierzchni. Jednym z wniosków z tej analizy jest to, że przez właściwy dobór materiałów i topografii powierzchni możemy zoptymalizować siłę adhezji przy manipulacji mikroelementami.
Summary The problem of assembly and handling of microdevices is very important nowadays and the microgrippers are widely used in these processes. One of the main problems that can occur is the problem of sticking of microparts to the working arms of microgripper and friction. The possible solution is to use polymeric coatings with different material and topography properties to prevent action of adhesion.
To foresee the behavior of the coatings we use AFM techniques. Usually in the analyses of received data the Hertz theory with JKR or DMT models, that are rather idealized, are used. In reality the polymer coatings perform viscoelastic behavior and have a rough surface, that why the theoretical and experimental data so disagree.
In this paper we would like to present the model of contact of rough surfaces that posses a viscoelastic adhesive behavior. The dependences of pull- off force from different material and topography properties were studied. These dependences were compared with ones for elastic materials contact. The friction force was calculated as a function of contact area during the contact. For mathematical description we used Maxwell model and Radoc approach for calculation of the contact parameters in the case of viscoelasticity and JKR solution to describe adhesion.In the result we received the model of the contact that includes viscoelastic deformation and surface characteristics. One of the conclusions of this work is that by proper selection of materials and topography properties we can optimize value of pull- off force during the manipulation of microparts.
2-2006 ZEM
ZDZISŁAW BRONIEC, JANINA DACA, WŁODZIMIERZ FIGIEL
AGH University of Technology, al. Mickiewicza 3a, 30-054 Kraków.
Metoda rentgenowska w badaniach naprężeń własnych w warstwie wierzchniej oczek ciągadeł
Roentgenography method implementation at intrinsic residual stress measurement in surface layer of drawing die eyelets
Słowa kluczowe:
Pomiary rentgenowskie, analiza naprężeń, naprężenia własne, pomiary dyfrakcji, analiza fazowa.
Key-words:
X-ray stress measurement, stress analysis, residual stress, diffraction measurement, phase analysis.
Streszczenie Wyznaczenie naprężeń I-go rodzaju w warstwie wierzchniej oczek ciągadeł oparto na teoretycznych podstawach metody rentgenowskiej. Z uwagi na geometrię badanych powierzchni opracowano nową metodę określania naprężeń własnych.Uzyskane wyniki badań poddano analizie porównawczej. Porównań dokonano między wynikami poszczególnymi seriami badanych narzędzi oraz skonfrontowano je z wynikami innych badań warstwy wierzchniej oczek ciągadeł.
Summary Object of research was intrinsic residual stress determination in surface layer of drawing die eyelet. Considering Euclid surface specificity it was elaborated new method of measurements. Research measurement data analysis allowed conclude some new wear mechanism ideas.Determination of first type stress value in surface layer of wire - drawing eyelets is based on X-ray radiology principle theory. It was working out new method of the intrinsic stress determination with taking account of the specific surface tool geometry.Acquired research results were processed by comparative analysis. Measurement results of the respective series of investigated tools (eyelets) were compared to each other and later were under confrontation with other research results of the surface layer of wire - drawing eyelets.
2-2006 ZEM
SERGEI A. CHIZHIK*, KRZYSZTOF WIERZCHOLSKI **, ANDRZEJ MISZCZAK ***
* National Academy of Sciences of Belarus, Institute of Heat and Mass Transfer, P.Brovki Str. 15, 220072 Minsk, Belarus, chizhik_sa@tut.by .
** Gdansk University of Technology, wierzch@pg.gda.pl
*** Gdynia Maritime University, miszczak@am.gdynia.pl
Teoretyczny opis sił tarcia w stawach jako funkcja chropowatości chrząstki
The theoretical description of friction force in bio-joints as function of cartilage roughness
Słowa kluczowe:
Siły tarcia, współczynnik tarcia, nieustalone smarowanie
Key-words:
Friction forces, friction coefficient, unsteady lubrication
Streszczenie Wartości sił tarcia w naturalnych stawach człowieka a szczególnie w endoprotezach stawu biodrowego rzutują na proces zużywania się powierzchni stawowych. Dlatego problem wyznaczania sił tarcia w biołożyskach jest bardzo istotny. W trakcie chodzenia mamy co najmniej ruch sferycznej powierzchni głowy w dwóch różnych kierunkach dla naturalnych i sztucznych stawów biodrowych człowieka. Dlatego też siły tarcia występują co najmniej w dwóch kierunkach. Na ogół nie zachodzi superpozycja wartości sił tarcia wywołanych ruchem obrotowym sferycznej głowy kostnej w dwóch różnych kierunkach.Autorzy zwracają uwagę na różne wartości sił tarcia w trakcie hydrodynamicznego smarowania stawów człowieka poprzez ruch obrotowy, wyciskanie, wzmożone wyciskanie oraz przesączanie cieczy synowialnej do porów chrząstki stawowej.Siły tarcia zależą od prędkości kątowej od ciśnienia hydrodynamicznego oraz od pola indukcji magnetycznej, jeżeli staw poddany jest magnetoterapii. W przypadku, gdy uwzględniamy wpływ zmiennej wartości lepkości cieczy synowialnej wywołanej jej nienewtonowskimi właściwościami oraz w przypadku, gdy uwzględniamy niestacjonarne warunki pracy biołożyska, to wtedy, uzyskujemy dodatkowe korekty wartości sił nośnych wywołanych prędkościami kątowymi, ciśnieniem i polem magnetycznym. Badania wykazują, że mamy również do czynienia z pewnymi wartościami sił tarcia wywołanych jednoczesnym wpływem ciśnienia hydrodynamicznego i prędkościami kątowymi, ciśnienia hydrodynamicznego oraz pola indukcji magnetycznej oraz prędkości kątowej oraz pola indukcji magnetycznej.
Summary This paper show numerical calculations of the friction forces and friction coefficients in spherical coordinates for hydrodynamic unsymmetrical synovial non-Newtonian fluid flow with variable viscosity and for random changes of human hip joint gap. The numerical calculations are performed with the use of Mathcad 12 Professional Program, by taking into account the Method of Finite Differences. This method ensures stability of numerical solutions of partial differential equations in particular values of friction forces occurring in human joints. Friction forces are calculated for steady and unsteady lubrication. The bone head in human hip joint moves simultaneously not only in one direction. Therefore for each motion the friction forces are calculated in two directions. The friction forces in human joint depend on: synovial fluid velocity, pressure, temperature, load. The analytical derivation of friction forces for human hip joint facilitates and helps performing the further numerical analysis of changes and corrections caused by the pressure, velocities field influencing friction coefficient in real hip joint.Measurements of a roughness of micro- and nano- levels were carried out by atomic force microscopy on large (more then 2 mm) and small (30 mm) areas of scan accordingly. The parameters of a roughness were analyzed on the based of 3D images of cartilage surfaces. Average parameters of height and angels of asperities slop were defined. Also anisotropy of a surface and parameters of a roughness in main directions of anisotropy was determined. Influence of a roughness of a cartilage on force of friction in a joint depending on a direction of friction was estimated. Also influences of a roughness of a surface in a normal and pathological condition are estimated. It is shown, that the roughness increases lead to the decreases of thickness of a layer of a lubricant liquid in a human joint.
2-2006 ZEM
KAZIMIERZ FURMANIK, PIOTR KASZA
Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Mechaniczny, al. Mickiewicza, 30-059 Kraków, (012) 617 3072.
Wpływ wybranych parametrów na opory ruchu przenośnika zgrzebłowego rurowego
Influence of a selected parameters on resistances to motion a scarper pipe conveyor
Słowa kluczowe:
tarcie, opory ruchu, przenośniki zgrzebłowe rurowe.
Key-words:
friction, resistances to motion, scarper pipe conveyors.
Streszczenie Racjonalne projektowanie przenośników zgrzebłowych rurowych wymaga nowego podejścia w ocenie oporów ich ruchu. W pracy zaprezentowano wyniki teoretycznych i doświadczalnych badań tych oporów oraz sprecyzowano wynikające z nich wnioski.
Summary Rational designing of scarper pipe conveyors will demand new approach in evaluation their resistances to motion. In the paper the results of a theoretical and an experimental testing of these resistances and conclusions have been presented.
2-2006 ZEM
MARIAN GRĄDKOWSKI* MONIKA MAKOWSKA* PIOTR GRĄDKOWSKI**
* Instytut Technologii Eksploatacji - Państwowy Instytut Badawczy, ul. K. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. 048 364-42-41.
** Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Zakład Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, Al. Mickiewicza 30 (B-2), 30-059 Kraków, tel. 012 633-0723.
Przemiany węglowodorów podczas tarcia mieszanego w różnych temperaturach
Transformations of hydrocarbons under mixed friction conditions at different temperatures
Słowa kluczowe:
Tarcie mieszane, temperatura węzła tarcia, węglowodory, działanie przeciwzużyciowe, produkty tribochemiczne, warstwy graniczne.
Key-words:
Mixed friction, friction couple, temperature, hydrocarbons, antiwear action, tribochemical products, boundry layers.
Streszczenie W pracy zbadano wpływ temperatury na przeciwzużyciowe działanie wybranych węglowodorów w warunkach tarcia mieszanego w węźle kula-tarcza w układzie materiałowym stal-stal oraz dokonano ogólnej identyfikacji produktów tribochemicznych, powstających przy różnych temperaturach węzła tarcia. Stwierdzono, że w przypadku mineralnego oleju hydraulicznego HL-46 najmniejsze zużycie zachodzi w temperaturze 70-80°C, zaś n-heksadekanu w 80-110°C. Zużycie jest tym większe, im bardziej temperatura systemu tribologicznego odbiega od tych zakresów. Na podstawie wyników badania powierzchni za pomocą mikroanalizy rentgenowskiej (SEM/EDS) oraz mikrospektroskopii w podczerwieni (FTIRM) tarcz testowych smarowanych n-heksadekanem stwierdzono, że zarówno w śladzie tarcia, jak i w jego sąsiedztwie w tych temperaturach deponowane są produkty organiczne, powstające w wyniku tribochemicznych przekształceń węglowodorów obecnych w środku smarowym. Na skutek ich chemisorpcji na powierzchni tarcia, lokalnie powstają stałe warstwy graniczne, redukujące zużycie elementów węzła tarcia.
Summary In the work it has been examined the temperature influence on anti-wear action of selected hydrocarbons under mixed friction conditions in a ball - disk couple in a steel - steel material system. Moreover, a general identification of the tribochemical products, forming at different temperatures of the friction couple has been made. It has been stated, that in the case of hydraulic HL-46 mineral oil the least wear takes place at the temperature of 70÷80°C, and the n-hexadecane at 80÷110°C. The more the temperature of the tribological system differs from these ranges, the greater the degree of wear. On the base of results of SEM/EDS and FTIRM of the test disks lubricated wit n-hexadecane, it has been stated, that both in the friction trace and in its surroundings, organic products are deposited at these temperatures. These products form as a result of tribochemical conversions of the hydrocarbons. Due to the chemisorption of these products on the friction surface, stable boundary layers are locally formed, reducing the wear of the friction couple elements.
2-2006 ZEM
PAWEŁ JURCZAK ANNA WALICKA, EDWARD WALICKI, DARIUSZ MICHALSKI
University of Zielona Gora, Department of Mechanics, ul. Szafrana 2. P.O. Box 47, 65-016 Zielona Góra, Poland
Parametry mechaniczne krzywoliniowego łożyska z porowatą wkładką smarowanego płynem potęgowym
Mechanical parameters of a curvilinear bearing with one porous pad lubricated by a power-law fluid
Słowa kluczowe:
Łożysko krzywoliniowe, wyciskany film, efekty bezwładnościowe, wkładka porowata, płyn potęgowy.
Key-words:
Curvilinear bearing, squeeze film, inertia effect, porous pad, power-law fluid.
Streszczenie Rozważono przepływ potęgowego środka smarnego w wyciskanym filmie łożyska z porowatą wkładką. Łożysko jest modelowane dwiema krzywoliniowymi powierzchniami, a porowata wkładka przylega do zakrzywionej nieprzepuszczalnej powierzchni. Przepływ w szczelinie łożyska jest rozważony z uwzględnieniem bezwładności, a równania Naviera-Stokesa i Poissona rozwiązano wykorzystując przybliżenie Morgana-Camerona. Stosując metodę uśrednionej bezwładności uzyskano formuły określające ciśnienie i siłę nośną. Jako przykład rozważono łożysko płytkowe.
Summary The flow of a power-law lubricant in a squeeze film bearing with one porous pad is considered. The bearing is modelled by two curvilinear surfaces and the porous pad is adhered to the curved non-porous surface. The flow in the bearing clearance is considered with inertia and the Navier-Stokes and Poisson equations are uncoupled by using the Morgan-Cameron approximation. Using the averaged inertia method the closed-form solution is obtained. A step bearing is discussed as an example.
2-2006 ZEM
PAWEŁ KRASOWSKI
Maritime University, 81-225 Gdynia, Morska St. 81-87, e-mail: pawkras@wsm.gdynia.pl
Nośność i ciśnienie w łożysku ślizgowym przy niestacjonarnym, laminarnym smarowaniu
Capacity forces and pressure in slide journal bearing with unsteady laminar lubrication
Słowa kluczowe:
Łożysko ślizgowe, niestacjonarne laminarne smarowanie, ciśnienie i nośność.
Key-words:
Journal bearing, unsteady laminar lubrication, pressure and capacity forces.
Streszczenie
Summary This paper presents the results of numerical solutions modified by the Reynolds equation of laminar unsteady lubrication of a cylindrical slide journal bearing. The particular solutions are limited to isothermal models of bearing with infinite length, lubricated by Newtonian oil with the dynamic viscosity dependent on pressure. The disturbances are related with unsteady velocity of oil flow on the sleeve and on the journal. The results are shown in the diagram of hydrodynamic pressure and capacity forces in the dimensionless form in time intervals of displacement duration.
2-2006 ZEM
MICHAŁ LIBERA, WŁODZIMIERZ WALIGÓRA
Politechnika Poznańska, Instytut Maszyn Roboczych i Pojazdów Samochodowych, 60-965 Poznań, ul. Piotrowo 3 michal.libera@put.poznan.pl, wlodzimierz.waligora@put.poznan.pl
Zastosowanie teorii zbiorów przybliżonych do analizy czynników wpływających na powierzchniową trwałość zmęczeniową
The application of the rough sets theory for the analysis of factors influencing the surface fatigue life
Słowa kluczowe:
Powierzchniowa trwałość zmęczeniowa, łożyska toczne, teoria zbiorów przybliżonych, reguły decyzyjne, metody uczenia maszynowego.
Key-words:
Surface fatigue life, roller bearings, rough sets theory, decision rules, machine learning.
Streszczenie Teoria zbiorów przybliżonych jest aktualnie jednym z najnowocześniejszych narzędzi służących do analizy wyników badań szczególnie obarczonych znacznymi błędami. Do takich wyników zaliczyć należy rezultaty badań powierzchniowej trwałości zmęczeniowej zarówno elementów maszyn (np. łożysk tocznych), jak i ich części składowych czy specjalnie wykonywanych próbek.W prezentowanym artykule zamieszczono analizę wpływu różnych parametrów warstwy wierzchniej walcowych elementów tocznych na rozrzut ich powierzchniowej trwałości zmęczeniowej. Analizy dokonano z wykorzystaniem teorii zbiorów przybliżonych.
Summary The rough sets theory is at present one of the most modern tools used for the analysis of tests results being specially loaded with considerable errors. The tests results of the surface fatigue life both the machines elements (e.g. rolling bearings) and their parts or specially made samples can be regarded as such results.The presented paper includes the analysis of the influence of different parameters of the surface layer of cylindrical rolling elements on their surface fatigue life spread. The analysis was made with the use of the rough sets theory.
2-2006 ZEM
REMIGIUSZ MICHALCZEWSKI, WITOLD PIEKOSZEWSKI, MARIAN SZCZEREK, JAN WULCZYŃSKI
Instytut Technologii Eksploatacji - Państwowy Instytut Badawczy (ITeE - PIB), ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Poland.
Nowa metoda badania trwałości zmęczeniowej elementów z powło-kami PVD/CVD
The new method for investigation of rolling contact fatigue of PVD/CVD coated elements
Słowa kluczowe:
Powierzchniowa trwałość zmęczeniowa, pitting, środek smarowy, powłoka przeciwzużyciowa, aparat czterokulowy.
Key-words:
Rolling contact fatigue, pitting, lubricant, antiwear coating, four-ball apparatus.
Streszczenie W artykule przedstawiono metodę oceny powierzchniowej trwałości zmęczeniowej elementów z powłokami przeciwzużyciowymi. Jest to modyfikacja istniejącej metody znormalizowanej (IP 300/82), realizowanej z wykorzystaniem aparatu czterokulowego. Modyfikacja obejmuje zmianę geometrii węzła tarcia. Dzięki zastosowaniu próbki w kształcie stożka możliwe jest wykonanie elementu testowego z dowolnego materiału.Metoda umożliwia zbadanie wpływu materiału i technologii konstytuowania warstwy wierzchniej na pitting oraz na ocenę oddziaływania środków smarowych na zmodyfikowaną warstwą wierzchnią.Metodę zastosowano do porównania powierzchniowej trwałości zmęczeniowej powłok typu duplex.
Summary Rolling contact fatigue (pitting) is a phenomenon of great practical significance in many engineering applications involving concentrated contacts. It is one of the dominating forms of wear of components in transmissions like toothed gears and rolling bearings. The authors elaborated a method for investigation of rolling contact fatigue (pitting) of coated elements in point contact. The method is realised with modified four ball testing machine. The modification embraces the replacement of testing specimens. The upper ball is replaced with a cone that could be made of various materials. The method enables to perform investigations aimed at determination of influence of material, modification of surface layer and assessment of lubricant action on pitting. The method exhibits good resolution and is time and cost effective. The method was successfully applied to investigate various types of surface coatings among other single, multilayer and duplex ones.
2-2006 ZEM
REMIGIUSZ MICHALCZEWSKI
Instytut Technologii Eksploatacji - Państwowy Instytut Badawczy (ITeE - PIB), ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom.
Charakterystyki tribologiczne cienkich powłok niskotarciowych typu DLC i MoS2 w warunkach tarcia suchego
The tribological characteristics of DLC and MoS2 low friction coatings in dry conditions
Słowa kluczowe:
Powłoki niskotarciowe, tarcie suche, charakterystyki tribologiczne.
Key-words:
Low friction coatings, dry friction, tribological characteristics.
Streszczenie Niski współczynnik tarcia oraz wysoka odporność na zużycie są cechami, dla których cienkie powłoki niskotarciowe uzyskiwane technikami PVD/CVD są obecnie przedmiotem licznych badań nad ich zastosowaniem do zwiększenia trwałości wysokoobciążonych elementów maszyn, np. kół zębatych i łożysk tocznych. W pracy zaprezentowano charakterystyki tarciowe i zużyciowe wybranych powłok DLC (typu α-C:H:W, α-C:Cr i α-C:H) oraz zawierających dwusiarczek molibdenu (typu MoS2 I MoS2/Me). Badaniom poddano powłoki handlowe WC/C, Graphit-iC, Dymon-iC oraz Movic i MoST. Wszystkie powłoki osadzono na stali WCL.Badania tribologiczne zostały przeprowadzone w warunkach tarcia suchego w pomieszczeniu klimatyzowanym (wilgotność względna 50%, w temperaturze 23°C) za pomocą urządzenia typu kula-tarcza (T-10). Jako przeciwpróbki zastosowano kulkę ceramiczną (Al2O3) o wysokiej odporności na zużycie oraz kulkę ze stali łożyskowej (ŁH15). Ślady tarcia analizowano technikami SEM, EDS i AFM . W skojarzeniach z kulką ceramiczną dla wszystkich badanych powłok uzyskano współczynniki tarcia poniżej 0,12 - najmniejszą wartość dla powłoki typu Dymon-iC, najwyższą dla powłoki Movic. Zużycie powłok zawierających dwusiarczek molibdenu było wielokrotnie większe niż powłok DLC, aczkolwiek mniejsze niż dla elementu bez powłoki.W skojarzeniu z kulką stalową najmniejszy współczynnik tarcia i najmniejsze zużycie obu elementów uzyskano dla powłoki Dymon-iC. Podobnie jak w testach z kulką ceramiczną powłoki zawierające dwusiarczek molibdenu charakteryzowały się większym zużyciem niż powłoki DLC. Zaobserwowano, że bardzo korzystne właściwości tribologiczne powłok DLC związane są prawdopodobnie z efektem grafityzacji i utleniania. Obserwacje AFM wskazują, że dla powłok DLC o dużej twardości (Graphit-iC) nie następuje dotarcie powierzchni, co w następstwie powoduje znaczne zużycie współpracującego elementu stalowego. Stwierdzono także, że w skojarzeniach z powłokami zawierającymi MoS2 niski współczynnik tarcia wynika z wprowadzenia w strefę tarcia dwusiarczku molibdenu, który pełnił funkcję smaru stałego. Przeprowadzone badania wskazują, że powłoki DLC w warunkach tarcia suchego mają korzystniejsze charakterystyki tribologiczne niż powłoki bazowane na MoS2. Spośród powłok węglowych najkorzystniejsze charakterystyki tribologiczne uzyskano dla uwodornionych powłok DLC domieszkowanych metalami (Dymon-iC i WC/C).
Summary A low friction coefficient and high resistance to wear are features that low friction coatings deposited by PVD/CVD method are predominant candidates for improving performance of heavy-loaded machine components like gears and rolling bearings.The paper presents wear and friction characteristics for various DLC coatings (α-C:H:W, α-C:Cr, and α-C:H) and containing molybdenum disulfide (MoS2 and MoS2/Me). The tests were performed employing commercially available coatings denoted as: WC/C, Graphit-iC, Dymon-iC, Movic, MoST respectively. The coatings were deposited on WCL steel.The tribological tests employing ball-on-disk tribosystem were performed in dry friction conditions in air conditioned room (RH 50%, 23°C). The balls were made of alumina (Al2O3) and of bearing steel (100Cr6). The wear scar and track were observed using optical and electron microscopy as well as atomic force microscopy. The wear debris was analysed using X-ray analysis.In all tests of alumina ball - low friction coating the friction coefficient did not exceed 0,12. The lowest value was obtained for Dymon-iC coating. The wear of coating containing molybdenum disulfide was several time bigger than for DLC coatings, but was also less than for uncoated disk.When steel balls were used, the lowest friction coefficient and wear rate were obtained for Dymon-iC coating. Similarly, like in tests with alumina ball, the wear for molybdenum disulphide coating was several times bigger than for DLC coatings.It was observed that the beneficial friction and wear characteristics of DLC coatings resulted probably from graphitisation and oxidation processes. Furthermore it was stated that too high hardness of DLC coatings stimulates a high friction and an intensive wear of steel ball. In case of MoS2 coatings the low friction coefficient results from the presence of molybdenum disulphide in the contact zone.The performed tests indicate that hydrogenated metal doped DLC coatings (Dymon-iC and WC/C coatings) are the best candidates for application for heavy-loaded machine components.
2-2006 ZEM
WITOLD PIEKOSZEWSKI* MARIAN SZCZEREK**, JACEK PRZEPIÓRKA**
* Instytut Technologii Eksploatacji - Państwowy Instytut Badawczy (ITeE - PIB), ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom.
** Politechnika Radomska, Wydział Materiałoznawstwa i Technologii Obuwia, ul. Chrobrego 24, 26-600 Radom.
Fizyczne uwarunkowania doboru materiałów tarciowych skojarzeń metalowo-polimerowych
Physical aspects of materials selection for metal-polymer friction pairs
Słowa kluczowe:
Polimer, metal, tarcie , zużywanie.
Key-words:
Polimer, metal, friction, wear.
Streszczenie Autorzy dowiedli, że długotrwała selekcja doboru materiałów na polimerowo-metalowe węzły tarcia może być znacząco uproszczona i efektywniejsza. Sformułowali zasady doboru materiałów i jego optymalizacji z wykorzystaniem wyników pomiaru swobodnej energii powierzchniowej.
Summary A proper selection of materials for metal-polymer friction pairs to obtain desired tribological properties is a long and arduous process due to time-consuming tribological tests, big influence of test and environment conditions, as well as measurement difficulties. So, it was desirable to elaborate a method for selection of materials for metal-polymer friction pairs.A very helpful for elaboration of the method may be a relationship between wear, friction coefficient and sum of polar components of surface free energy (SFE) of the mating materials. The performed research enabled the authors to formulate the rules for selection of materials in the context of adhesive wear reduction. Improvement of tribological properties of metal-polymer friction pairs, particularly by reduction of wear, can be realised not only through today's used modification of the polymer, but also through changing of the properties of the metal by deposition of a coating on the surface. Furthermore, selection of the material of the coating should be correlated with selection of the polymer modifier. The optimisation of the selection of the coating and modifier can be realised through determination of the parameters of SFE instead of time-consuming tribological tests.
2-2006 ZEM
MAŁGORZATA RATAJCZAK, ANNA WALICKA,EDWARD WALICKI, PIOTR RATAJCZAK
University of Zielona Gora, Department of Mechanics, ul. Szafrana 2. P.O. Box 47, 65-016 Zielona Góra, POLAND, e-mail m.ratajczak@ibem.uz.zgora.pl
Reodynamika smarowania krzywopowierzchniowych łożysk wzdłużnych płynem pseudoplastycznym ellisa
Reodynamics of lubricating curvilinear thrust bearings with Ellis pseudo-plastic fluid
Słowa kluczowe:
Płyn pseudoplastyczny, model Ellisa, równanie Reynoldsa, łożysko krzywoliniowe.
Key-words:
Pseudo-plastic fluid, Ellis model, Reynolds equation, curvilinear bearing.
Streszczenie
Summary The paper addresses the problems of flow of Ellis pseudo-plastic fluid in the clearance of thrust bearing with curved surfaces. On the basis of analytic solutions to the equations of motion - presented in the orthogonal curvilinear coordinates system - formulae for pressure distribution are given. The research focuses on the determination of the effect of inertia components (suitably simplified equations of motion) on the flow area. The solutions obtained are illustrated with examples of flows in flat and spherical bearings
2-2006 ZEM
MAŁGORZATA RATAJCZAK, ANNA WALICKA,EDWARD WALICKI, PIOTR RATAJCZAK
University of Zielona Gora, Department of Mechanics, ul. Szafrana 2. P.O. Box 47, 65-016 Zielona Góra, POLAND, e-mail m.ratajczak@ibem.uz.zgora.pl
Efekty bezwładnościowe w krzywoliniowym łożysku wzdłużnym smarowanym płynem pseudoplastycznym Rotema-Shinnara
Inertia effects in the curvilinear thrust bearing lubricated by a pseudo-plastic fluid of rotem-shinnar
Słowa kluczowe:
Płyn pseudoplastyczny, model Rotema-Shinnara, łożysko krzywoliniowe, efekty bezwładnościowe.
Key-words:
Pseudo-plastic fluid, Rotem-Shinnar model, curvilinear bearing, inertia effect.
Streszczenie W artykule autorzy omawiają wpływ efektów bezwładnościowych na rozkład ciśnienia w łożysku wzdłużnym o krzywoliniowym zarysie powierzchni roboczych. Do rozwiązania zagadnienia użyto quasiliniowych równań ruchu, zawierających składniki bezwładności przepływu obwodowego płynu pseudoplastycznego. Analityczne rozwiązania równań ruchu pozwoliły na wyznaczenie formuły określającej rozkład ciśnienia. Jako przykład rozpatrzono łożysko wzdłużne płaskie i kuliste.
Summary In the paper, the influence of inertial effects on pressure distribution in a thrust bearing having the curvilinear outline of working spaces is discussed. Quasi-linear equations of motion incorporating inertia elements of circumferential flow of a pseudo-elastic fluid are used to solve the problem. An analytical solution of the equations of motion rendered it possible to work out a formula for the determination of pressure distribution. A flat and spherical thrust bearing is considered as an example.
2-2006 ZEM
ZBIGNIEW RUDNICKI, WŁODZIMIERZ FIGIEL
AGH WIMiR, Zakład Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków.
Computer analysis and disturbance compensation of sliding friction surface images
Komputerowa analiza i kompensacja zakłóceń obrazów powierzchni tarcia ślizgowego
Słowa kluczowe:
Tarcie ślizgowe, kompozyty PTFE, analiza obrazów, cechy obrazów, filtracja zakłóceń obrazów, film transferowy.
Key-words:
Sliding friction, PTFE composites, image analyse, image features, image noise filtration, transfer film.
Streszczenie W artykule przedstawiono metody analizy sekwencji obrazów mikroskopowych powierzchni stalowej tarczy, rejestrowanych w procesie tarcia ślizgowego próbek kompozytów PTFE w tribotesterze typu trzpień-tarcza. Przedstawiono zastosowane metody oceny i filtracji szumu, wyznaczania progu binaryzacji na podstawie percentyli obrazów oraz wyznaczono cechy obrazów binarnych pozwalające odzwierciedlić charakter zmian filmu transferowego. Zdefiniowano funkcję opisującą otrzymane przebiegi. Sformułowano wnioski co do dalszych badań.
Summary In the paper, some methods of analysis of microscopic image sequences of steel countersample disk are presented. These images were recorded during sliding of the samples of PTFE composites in pin-on-disk tribotester. The sequences show variations of thin layer of transferred composite material - "transfer film", important in sliding friction process. The applied methods of noise evaluation and filtration and the method of binarization threshold calculation - based on image percentiles are described. Binary image features - showing transfer film changes - are defined and extracted. The approximation functions of experimental data are made. Conclusions and postulations of further research are formulated.
2-2006 ZEM
KRZYSZTOF WIERZCHOLSKI*, ANDRZEJ MISZCZAK**
* Gdansk University of Technology, wierzch@pg.gda.pl
** Gdynia Maritime University, miszczak@am.gdynia.pl
Przepływ cieczy odżywczej pomiędzy potencjalnym przepływem a powierzchnią chrząstki w bioreaktorze
About nutrient liquid flow between potential flow and cartilage surface in bioreactor
Słowa kluczowe:
Bioreaktor, siły tarcia, warunki brzegowe.
Key-words:
Bioreactor, friction forces, boundary conditions.
Streszczenie W niniejszej pracy wyznaczony został przepływ cieczy odżywczej o właściwościach nienewtonowskich w cienkiej warstwie granicznej w pobliżu powierzchni komórek chrząstki (chondrocytu) podczas hodowli w bioreaktorze. Ruch cieczy w warstwie granicznej jest wywołany wydatkiem przepływu dostarczanej cieczy do bioreaktora. Ponadto prędkość przepływu cieczy w warstwie granicznej wokół hodowanych komórek chrząstki stawowej jest uzależniona od prędkości przepływu potencjalnego cieczy znajdującej się w bezpośrednim kontakcie z warstwą graniczną komórek. W pracy wyprowadzone zostały składowe wektora prędkości cieczy odżywczej w cienkiej warstewce granicznej, a także siły tarcia występujące na powierzchni komórek chrząstki (chondrocytu) podczas hodowli. Uzyskane rozwiązania wyrażono w członach reprezentujących oddzielne wpływy cieczy newtonowskiej i nienewtonowskiej na wyznaczane w pracy wartości.Symulacja analityczna i numeryczna podana w niniejszej pracy jest dostosowywana do bioreaktorów pracujących w Instytucie Badawczym Cienkich Biologicznych Warstw Granicznych w Karlsruhe (Niemcy).
Summary In this paper is presented the nutrient liquid flow of non-Newtonian properties in boundary thin layer near to the cartilage surface during the cultivation in bioreactor. Nutrient liquid is contacting with the non viscous potential flow, while the cartilage sample is permanent perfused by the nutrient liquid. The liquid motion inside the boundary layer is caused by the flow rate of the perfusion (i.e. by the velocity and pressure occurring in the potential flow region). The velocity components of nutrient liquid inside the thin layer are derived. Afterwards are presented the formulae for friction forces occurring on the cartilage surfaces during the cultivation in bioreactor. In obtained solutions are indicated the parts presenting the Newtonian and non-Newtonian terms.
2-2006 ZEM
KRZYSZTOF WIERZCHOLSKI*, ANDRZEJ MISZCZAK**
* Gdansk University of Technology, wierzch@pg.gda.pl
** Gdynia Maritime University, miszczak@am.gdynia.pl
Przepływ i tarcie wokół wzrastających komórek chrząstki
Flow and friction around the growing cartilage cells
Słowa kluczowe:
Chondrocyty, wzrost komórek chrząstki, siły tarcia, histo-tribologia.
Key-words:
Chondrocytes, growth of cartilage cells, friction forces, histo-tribology.
Streszczenie Inżynieria tkankowa jest jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin biotechnologii stosowanej. Nowe metody badawcze tej nauki mogą być rozwiązane jedynie przy wzajemnej współpracy biologów, tribologów, mechaników, ortopedów klinicystów.Schorzenia chrząstki stawowej dotyczą milionów ludzi na świecie, często nawet w młodym wieku.Od kilkunastu lat z powodzeniem prowadzone są próby rekonstrukcji chrząstki stawowej oparte na dwóch różnych koncepcjach. Pierwsza z nich polega na przeszczepianiu chrząstki pobranej z innego stawu lub z nieobciążonego miejsca tego samego stawu. Druga opiera się na wykorzystaniu możliwości mnożenia się chondrocytów chrząstki w bioreaktorach i wszczepianiu ich do ubytków chrząstki (pod łatę okostnową). Jednym z licznych rezultatów badań autorów jest tribologiczny model obliczeniowy sił tarcia w tym lepkich naprężeń ścinających wywołanych gradientem profili prędkości na granicy pomiędzy powierzchną chondrocytu a nawet większych części chrząstek stawowych a cieczą biologiczną, co umożliwia symulację i określenie procesu wzrostu komórek w bioreaktorze jak również sterowanie oraz optymalizację sił tarcia występujących na kontaktujących się powierzchniach w trakcie hodowli. Rozpatruje się opory tarcia przepływu lepkiej cieczy poprzez porowatą strukturę warstwy wierzchniej tkanki. Opisany równaniami hydrodynamiki proces odżywiania chrząstek stawowych, odbywa się dzięki wnikaniu do nich płynu z jamy stawowej, spowodowanym naciskiem na chrząstkę i jej odprężaniem zachodzącym w trakcie ruchów wykonywanych w stawie.Tak więc aby wypełnić niedostatek wiedzy teoretycznej i technologicznej w zakresie hodowli tkanek, pożądane są liczne przybliżenia wsparte interdyscyplinarnymi i wielodziedzinowymi badaniami zawierającymi analityczne rozwiązania, numeryczne obliczenia oraz eksperymentalne pomiary. W pracy przedstawiono prototyp bioreaktora pracującego w Instytucie Badawczym Cienkich Biologicznych Warstw Granicznych w Karlsruhe.
Summary The aim of this paper is viscous biological fluid flow in boundary layer direct near the cartilage cells surface. Presented flow is caused by the perfusion and diffusion and growth of superficial layer surface of chondrocytes in bioreactor. Analytical considerations performed in this paper are presented flow parameter such as velocity components of the fluid and friction forces arise during the flow. Results of this paper are need to the optimisation of cartilage cultivation in bioreactor and to optimise the growth of cells.
2-2006 ZEM
KRZYSZTOF WIERZCHOLSKI
Gdynia Maritime University and Technical University Gdansk, wierzch@am.gdynia.pl, wierzch@pg.gda.pl
Smarowanie stawu biodrowego człowieka dla przepuszczalnej chrząstki
Human hip joint lubrication for permeable cartilage
Słowa kluczowe:
Hydrodynamiczne smarowanie, rotacja, wyciskanie, przesączanie.
Key-words:
Hydrodynamic lubrication, rotation, squeezing, weeping.
Streszczenie Praca przedstawia pewien model obliczeń wartości sił tarcia zapisany w ortogonalnych sferycznych i innych krzywoliniowych układach współrzędnych dla hydrodynamicznego, niesymetrycznego przepływu cieczy synowialnej o własnościach nienewtonowskich i zmiennej lepkości w szczelinie stawu biodrowego człowieka z uwzględnieniem zmian losowych. Według informacji autora tak przedstawiony model nie był do tej pory rozpatrywany w pracach naukowych w problemach niestacjonarnego smarowania stawów człowieka.W pracy zostały zastosowane warunki brzegowe Beaversa dla przepływu cieczy synowialnej w szczelinie stawu biodrowego człowieka przy uwzględnieniu miękkiej porowatej chrząstki stawowej. Warunki Beaversa w nowym zastosowaniu pozwalają uwzględnić dodatkową wartość prędkości stycznej na powierzchni chrząstki w trakcie smarowania. Ta wartość prędkości ma istotny wpływ na powstające siły tarcia w trakcie smarowania.
Summary This paper shows numerical calculations of the friction forces in spherical and other curvilinear orthogonal coordinates for hydrodynamic unsymmetrical synovial non-Newtonian fluid flow with variable viscosity and for random changes of human hip joint gap. According to the author's knowledge the problem of human joint lubrication in unsteady motion has not been hitherto considered in the scientific papers on biotribology.
2-2006 ZEM
MAREK WIŚNIEWSKI
Institute for Terotechnology, Poland, e-mail: marek_wisniewski_pl@poczta.fm
Prognozowanie odkształcenia i czasu trwania mikrostyków nierówności dla kontaktu EHD
Prognosis of the deformation and duration of microcontacts of asperities for partial EHD lubrication
Słowa kluczowe:
Smarowanie EHD, tarcie mieszane, chropowatość powierzchni, mikrostyk.
Key-words:
EHD lubrication, mixed friction, surface roughness, microcontact.
Streszczenie Przeprowadzono analizę styku chropowatych elementów skojarzonych w styku EHD, przy czym zastosowano dwuwymiarowe rozkłady prawdopodobieństwa dla kontaktowania się ciał chropowatych. Przedstawiono warunkowe wartości oczekiwane dla wysokości wierzchołków oraz rzędnych profilu współpracującego i na ich podstawie określono wartość oczekiwaną ugięcia wierzchołka nierówności powierzchni. Przeprowadzono obliczenia numeryczne dla modelu styku dwu powierzchni chropowatych. Wartości oczekiwane bezwymiarowego odkształcenia wierzchołka nierówności powierzchni oraz czasu trwania mikrostyku przedstawiono w funkcji bezwymiarowej grubości warstwy EHD. Wyznaczone odkształcenia okazały się wyraźnie mniejsze niż dla modelu styku elementu chropowatego z idealnie gładkim. Wyznaczony czas trwania mikrostyku zmienia się w szerokim zakresie (trzy rzędy wielkości), podczas gdy dla styku ciała chropowatego i idealnie gładkiego mikrostyk jest nieprzerwany.
Summary An analysis of the contact of rough bodies taken as a stochastic process with the two-dimensional probability distributions has been carried out. The conditional expected values of the peak heights of one body and profile ordinates of the second one have been obtained. The expected value of the deflection of an asperity has been determined from these expectations. The numerical calculations for this model of two rough bodies have been carried out. The expectation for dimensionless deflection has been presented as a function of the dimensionless EHD film thickness. This deflection for the model of two rough bodies is evidently less than in the case of a rough body contacting a perfectly smooth one. The dimensionless microcontact duration in the presented model depends on a dimensionless contact length parameter while for the model rough-smooth the microcontact is non-intermitting.
2-2006 ZEM
ERWIN V. ZARETSKY
National Aeronautics and Space Administration, Glenn Research Center, 21000 Brookpark Rd., Cleveland, Ohio 44135, Erwin.V.Zaretsky@nasa.gov
Projektowanie smarowanych elementów maszyn w kontekście zużycia i niezawodności
Design of oil lubricated machine components for life and reliability
Słowa kluczowe:
Probabilistyczne przywrócenie trwałości, łożyska toczne, przekładnie zębate, turbośmigłowa skrzynia biegów, elastohydrodynamiczne smarowanie.
Key-words:
Probabilistic life prediction, rolling-element bearings, gears, turboprop gearbox, elastohydrodynamic lubrication.
Streszczenie Zaprezentowana praca przedstawia sposób wykorzystania laboratoryjnych danych eksperymentalnych, dotyczących zużycia zmęczeniowego łożysk i kół zębatych w połączeniu z probabilistycznym szacowaniem trwałości i teoriami smarowania EHD w celu ocenienia trwałości i niezawodoności handlowej skrzyni biegów silnika turbośmigłowego oraz porównuje uzyskaną trwałość do trwałości wyznaczonej w testach polowych.
Summary In the post World War II era the major technology drivers for improving the life and reliability, and performance of rolling-element bearings and gears have been the jet engine and the helicopter. By the late 1950s most of the materials used for bearings and gears in the aerospace industry were introduced into use. By the early 1960s the life of most steels was increased over that experienced in the early 1940s primarily by the introduction of vacuum degassing and vacuum melting processes in the late 1950s. The development of elastohydrodynamic (EHD) theory showed that most rolling bearings and gears have a thin film separating the contacting bodies during motion that affect their lives. Computer programs modeling bearing and gear dynamics that incorporate probabilistic life prediction methods and EHD theory enable optimization of rotating machinery based on life and reliability. With improved manufacturing and processing, the potential improvement in bearing and gear life can be as much as 80 times that attainable in the early 1950s. The work presented summarizes the use of laboratory fatigue data for bearings and gears coupled with probabilistic life prediction and EHD theories to predict the life and reliability of a commercial turboprop gearbox and compares the resulting prediction to field data.
| 
