| |
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 7
KAZIMIERZ FURMANIK*
*University of Mining and Metallurgy, Cracow, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków. Poland.
Problem of resistance to motion of loose materials layer into a pipe of scraper pipe conveyors
Key-words : Friction, scraper pipe conveyors, resistances to materials motion
Słowa kluczowe : Tarcie, przenośniki zgrzeblowe-rurowe, opory ruchu materiału
Summary
In the paper the dependencies defining an influence of basie geometrical parameters of loose materials layer, its kind and pipe inclination angle on resistances to motion as well as power needed for a displacement have been given on the basie of carried out analysis. After an experimental verification these dependencies could be helpful for an efficient designing ofthe scraper pipe conveyors.
Zagadnienie oporów ruchu warstwy materiału sypkiego w rurowej rynnie
Streszczenie
W oparciu o przeprowadzoną analizę wyznaczono zależności ujmujące wpływ podstawowych parametrów geometrycznych warstwy materiału sypkiego, jego rodzaju oraz kąta nachylenia rynny na opory ruchu oraz moc potrzebną do przemieszczania. Zależności te po weryfikacji doświadczalnej mogą być przydatne w racjonalnym projektowaniu przenośników zgrzebłowych rurowych.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 21
TADEUSZ HABDANK-WOJEWÓDZKI*, VSEVOLOD VLADIMIROV**
*Katedra Elektroniki Akademii Gómiczo-Hutniczej, ul. Reymonta 23, 30-059 Kraków.
**Wydział Matematyki Stosowanej Akademii Górniczo-Hutniczej, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków.
Model matematyczny sensorowej pary trącej
Słowa kluczowe : Modelowanie, triboelektronika, milisystemy, para trąca
Key-words : Modelling, triboelectronics, milisystems, pair of friction
Summary
Pary trące z kompozytów żywica-metal funkcjonujące w milisystemach, gdzie pełnią rolę czujników parametrycznych, opierają się na równaniach opisujących ich stany w skali mili. Użyte równania uwzględniają tę skalę szczególnie w aspekcie triboelektroniki ciała stałego, zjawisk transportu i ich dynamiki.
Do określenia podstawowych parametrów takich jak: temperatura, rezystancja i prędkość pary trącej w milisystemach potrzebne jest nowe, dynamiczne podejście do układu, tzn. nowy model fizyczny, w oparciu o który opracowano nowy model matematyczny.
Mathematical model of sensoric pair of friction
Summary
Resin-Metal composite pair of friction working in milisystems, which are as parametric sensors are based on equations described their states in miliscale. Used equations considers this scale mainly in triboelectronics of solids aspect transport of mass and dynamics. For determining basics parameters such as: temperature, resistance and velocity of pair of friction in milisystems are needed new dynamical estimation of it. It means new mathematical model based on physical parameters varying in time.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 29
ANDRZEJ KAŹMIERCZAK*
*Institute of Machine Design and Operation, Wrocław University of Teehnology, Łukasiewicza Str, 50-371 Wrocław, tel. fax +48713477918, e-mail: kazmiera @ ikem.pwr.wroc.pl.
Investigation of titanium nitride coated piston rings
Key-words : Piston ring, antiwear coating, titanium nitrid, wear
Słowa kluczowe : Pierścień tłokowy, powłoka przeciwzużyciowa, azotek tytanu, zużycie
Summary
The ring seal of combustion engine which consists of piston rings assembly, piston and cylinder sleeve, must be able to withstand varied heat and mechanical loads. In order to achieve this, the ring seal has to have a very specific structure. Generally, it means that it is necessary to create conditions for obtaining the nlinimum values of friction forces. It can be done by shaping the ring seal and sleeve's surface in such a way that these properties are guaranted. The most difficult task is to assure, by an appropriate structure and coating technology, that there will be no seizing if the oil film breaks. A new author's own and original technology of combustion engine piston rings and cylinder sleeve has been developed in this paper. The subject's ring seal has come out as a result of the complex research such as the simulation numerical research, introductory quality research involving a real object, comparative research on a tribotester and fundamental research on the real object. Positive results of numerical calculation constituted the base for further research. Introductory quality research on the real object confirmed the usefulness of the ring seal for the combustion engine. The research carried out on the tribotester enabled the development of the outer layer technology of the cylinder sleeve. The layer in co-operation with the titanium nitride coating ring features the least value of wear and friction coficients. Having had a specific composition of materials i.e. the ring with the titanium nitride coating - cylindre sleeve with in the outer layer nitrated in Notrovac technology the essential variant research has begun on the real object. The research resulted in the selection of the construction solution of both the piston ring, so called "undercut", and the cylinder sleeve with the nitrated outer layer.
Badania pierścieni tłokowych z powloką z azotku tytanu
Streszczenie
Uszczelnienie pierścieniowe silnika spalinowego składające się z zespołu pierścieni tłokowych, tłoka i tulei cylindrowej musi sprostać zmiennym obciążeniom cieplnym i mechanicznym. W tym celu stosuje się odpowiednią jego konstrukcję. Generalnie dąży się do tego, aby stworzyć warunki minimalnych wartości sił tarcia. Można to osiągnąć na drodze nadania pierścieniowi uszczelniającemu oraz powierzchni tulei kształtu zapewniającego te właściwości. Odpowiednia konstrukcja i technologia powłok ma zagwarantować przy tym brak zatarcia w przypadku przerwania filmu olejowego, co jest zadaniem najtrudniejszym. W ramach prac badawczych opracowano nową, własną technologię pierścieni tłokowych silników spalinowych oraz tulei cylindrowej. Przedmiotowe uszczelnienie pierścieniowe otrzymano w wyniku przeprowadzenia kompleksowych prac koncepcyjno-badawczych. W ich skład weszły symulacyjne badania numeryczne, wstępne badania jakościowe na obiekcie rzeczywistym, porównawcze badania na tribotesterze oraz zasadnicze badania na obiekcie rzeczywistym opisane w tym artykule. Pozytywne wyniki obliczeń numerycznych stanowiły podstawę dalszych prac badawczych. Wstępne badania jakościowe na obiekcie rzeczywistym potwierdziły zdatność opracowanego uszczelnienia pierścieniowego dla silnika spalinowego. Przeprowadzone badania na tribotesterze umożliwiły wyłonienie technologii warstwy wierzchniej tulei cylindrowej, która we współpracy z pierścieniem z powłoką z azotku tytanu cechuje się najmniejszymi wartościami zużycia i współczynnika tarcia. Mając sprecyzowane zestawienie materiałowe pierścień z powłoką z azotku tytanu-tuleja cylindrowa o warstwie wierzchniej azotowanej w technologii Nitrovac, przystąpiono do zasadniczych opisanych wariantowych prac badawczych na obiekcie rzeczywistym. Ich efektem jest wybór rozwiązania konstrukcyjnego pierścienia tłokowego, tzw. ostrokrawędziowego i tulei cylindrowej o warstwie wierzchniej azotowanej.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 41
M. KHEIFETZ1, S. KLIMENKO2, J. GAWLIK3, S. PYTKO4
1 Polotsk State University - Novopolotsk, 211440, Belarus
2Ukraine
3The Technical University in Cracow - Jan Pawła II, Poland
4The Technical University of Mining and Metallurgy Cracow, Poland
Kinetics of chip and surface layer during cutting process
Key-words : Cutting process, chip formation
Słowa kluczowe : Proces skrawania, tworzenie wióra
Summary
On the basis of the characteristics of the strained condition of technological surroundings, the different mechanisms of chip formation and the forming of superficial layer in the machine part and tool during the cutting process were examined.
Kinetyka wióra i warstwy powierzchniowej w procesie skrawania
Streszczenie
Na podstawie charakterystyki warunków obciążenia i technologicznego otoczenia przeprowadzono badania nad różnymi mechanizmami tworzenia wióra oraz warstwy powierzchniowej na elementach maszyn i narzędziach podczas skrawania.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 51
MARCIN KOT*, WIESŁAW RAKOWSKI*
* University of Mining and Metallurgy, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland kotmarc @ imir.agh.edu.pl, rakowski @ agh.edu.pl.
Thermomechanical model for piezoresistivity of tribo-polimers
Key-words : Smart materials, sensors, polymer bearings
Słowa kluczowe : Materiały inteligentne, czujniki, łożyska polimerowe
Summary
Polymer composites on PEI matrix filled with metal powders and lubricant additives have strong sensory properties characterised with resistance changes in external load function and temperature. Thin sliding layers made of such materials put on steel base may be at the same time a sliding layer and a sensor - an element of the measuring system.In this paper, the authors present a model of electric conductivity of such materials which is strongly correlated with a thermal stress model of the composite through thermal stresses originated upon hardening of the composite and their changes upon changes of operation temperature and external load.
Modelowanie piezorezystancyjnych łożysk ślizgowych z warstwą polimerową
Streszczenie
Kompozyty polimerowe na osnowie PEI wypełniane proszkami metali oraz dodatkami smarującymi wykazują silne własności sensorowe objawiające się zmianami rezystancji w funkcji obciążeń zewnętrznych i temperatury. Cienkie warstwy ślizgowe z takich materiałów nakładane na stalowe podłoża mogą pełnić jednocześnie podwójną rolę, będąc zarazem warstwą ślizgową i elementem układu pomiarowego - czujnikiem. W opracowaniu autorzy przedstawiają model przewodnictwa elektrycznego takich materiałów, które jest silnie skorelowane z modelem termonaprężeniowym samego kompozytu poprzez naprężenia termiczne powstające w momencie utwardzania kompozytu i ich zmiany przy zmianach temperatury eksploatacji i przy obciążeniach zewnętrznych.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 63
ZBIGNIEW OLEKSIAK*, KAZIMIERZ FURMANIK*
* University of Mining and Metallurgy, Cracow, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30.
The effect of geometrical features of a friction pair on determination of friction coefficient
Key-words : Friction, investigation, friction coefficient
Słowa kluczowe : Tarcie, badania, współczynnik tarcia
Summary
The subject of the analysis is the test stand for friction and wear investigation and the method of friction coefficient determination with its application. In the paper is shown the fact that geometrie features of the friction pair and the measurement method of the friction coefficient could affect significantly the values of the friction coefficient determined in tests. Analytical solutions obtained for analysed designs of the test stand allow for the estimation of errors that are independent on applied measurement sensors but could appear in the determination of the real value of the friction coefficient.
Wpływ cech geometrycznych węzła tarcia na wyznaczane wartości współczynnika tarcia
Streszczenie
Przedmiotem analizy było stanowisko do badania tarcia i zużycia oraz sposób wyznaczania z jego pomocą wartości współczynnika tarcia. W pracy zwrócono uwagę na fakt, że cechy geometryczne węzła tarcia oraz sposób pomiaru oporu tarcia mogą mieć istotny wpływ na wyznaczane w badaniach ważności współczynnika tarcia. Dla analizowanych rozwiązań stanowiska badawczego uzyskano zależności pozwalające szacować błędy, które - niezależnie od stosowanych czujników pomiarowych - można popełnić w ocenie rzeczywistej wartości współczynnika tarcia.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 73
ZBIGNIEW OLEKSIAK*, ZBIGNIEW RUDNICKI*
* Techn. University of Mining and Metallurgy (AGH), Cracow, Poland, e-mail: zbrudnic @ uci.agh.edu.pl.
Computer analysis of images of worn surfaces
Key-words : Image analysis, feature extraction, texture images, texture descriptors, surface wear
Słowa kluczowe : Analiza obrazów, ekstrakcja cech, obrazy teksturowe, deskryptory tekstur, zużycie powierzchni
Summary
Digitized images of tribology surfaces belong to a large class of texture images which are frequently analyzed in many areas, mainly for diagnostic and quality control tasks. The paper describes some methods of texture image analysis, discrimination and numerical description on examples of two classes of worn surface images. The considered problems are dealing with the texture image feature extraction and selection of the best features to describe and to discriminate ciasses of images. The two approaches are presented: (l) extraction of large, redundant feature set and automatic selection of the best features; (2) intuitive feature definition and image processing to enhance the best discriminating features - proposed by authors. The methods were compared by use of Fisher's coefficient.
Komputerowa analiza obrazów zużytych powierzchni
Streszczenie
Cyfrowe obrazy powierzchni badanych w tribologii należą do obszernej klasy obrazów teksturowych analizowanych w wielu dziedzinach, głównie dla celów diagnostyki i kontroli jakości. Artykuł opisuje pewne metody analizy, rozróżniania i opisu liczbowego obrazów teksturowych zrealizowane dla dwu klas obrazów powierzchni o różnym stopniu zużycia. Rozważane są problemy ekstrakcji cech obrazów teksturowych i wyboru najlepszych cech dla opisu i rozróżniania badanych klas obrazów. Zaprezentowano dwa podejścia: (l) automatycznej selekcji najlepszych cech z obszernego zbioru ekstrahowanych cech, (2) intuicyjnego określenia najlepszych cech i odpowiedniego ich uwydatnienia przez przetwarzanie obrazów - wg propozycji autorów. Metody porównano przy użyciu współczynnika Fishera.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 85
WITOLD PIEKOSZEWSKI*
* Instytut Technologii Eksploatacji, Zakład Tribologii, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, e-mail: Witold.Piekoszewski @ itee.radom.pl
Weryfikacja doświadczalna modeli zużycia tribologicznego w styku smarowanym
Słowa kluczowe : Zużycie tribologiczne, modelowanie, modele zużycia, styk smarowany
Key-words : Tribological wear, modelling, wear models, lubricated contact
Streszczenie
W artykule zaprezentowano wyniki weryfikacji eksperymentalnej wybranych modeli prognozowania zużycia tribologicznego w styku smarowanym. W odniesieniu do zużycia w styku rozłożonym uzyskano tylko częściowe potwierdzenie - dla różnych stali - dwrotnie proporcjonalnej zależności zużycia od twardości (co występuje w wielu modelach - Archarda, Rowe'a, Kragielskiego). Dla żeliwa i brązu, mimo ich mniejszej twardości od stali, stwierdzono niższą intensywność zużycia od wartości nawet dla stali łożyskowej. Ten wynik badań eksperymentalnych styku rozłożonego wskazuje na poważne luki w stanie wiedzy dotyczącej procesów tribologicznych zachodzących w obecności środka smarowego.
W przypadku zużycia elementów skojarzonych w smarowanym styku skoncentrowanym liniowym stwierdzono dobrą korelację intensywności zużywania z wartościami bezwymiarowego parametru elastohydrodynamicznej warstwy smarowej. Określono wartości graniczne bezwymiarowego parametru grubości warstwy smarowej, po przekroczeniu którego przestaje on wpływać na zużycie.
The experimental veriflcation of tribological wear models in lubricated contact
Summary
The problem of experimental verification of wear model prognostic dependences were presented. The sources of problem are: a great number of tribological models and a lack of mathematical friction and wear models commoniy accepted in engineering practice. The investigations were oriented on the most popular lubricated friction pairs i.e. conformal and non-conformal contacts.
The experimental investigations - performed in lubricated conformal contact for various steels - shown the inversely proportional dependence between wear and hardness (it could be met in many models - e.g. in Archard, Rowe or Kragielski model). For specimens made of cast iron and bronze, in spite of their lower hardness than for steel, a lower values of wear intensity were recorded, even lower than for specimens made of bearing steel. The wear problem of lubricated conformal contact needs more detailed investigations - especially the research on synergic action between lubricants and friction couple materials.
In case of friction pairs working in lubricated linear concentrated contact a good correlation between values of the wear intensity and the values of dimensionless EHL film thickness factor were found. The limiting values of dimensionless EHL film thickness factor were determined. For higher values of dimensionless factor the wear intensity is at constant minimal level. The limiting value of dimensionless film thickness factor for elastohydrodynamic film in linear contact is about 1,2.
The main output of performed investigation is indication of dependence between wear intensity of rubbing specimens in lubricated non-conformal contact and lubricating film thickness calculated according to Dowson-Higginson equation. The introduction of dimensionless film thickness factor for calculation of tribological wear to engineering practice has a fundamental importance.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 97
ZBIGNIEW RUDNICKI*, WŁODZIMIERZ FIGIEL*
* Technical University of Mining and Metallurgy (AGH), Cracow, Poland, e-mail: zbrudnic @ uci.agh.edu.pl.
Neural nets applications in tribology research
Key-words : Neural networks, multilayer perceptron, wear prediction, tool wear monitoring
Słowa kluczowe : Sieci neuronowe, perceptron wielowarstwowy, prognozowanie zużycia, monitorowanie zużycia, zużycie narzędzi
Summary
The paper considers the range, efficiency and features of artificial neural networks (NNs) - a supporting tool for tribological research. The fist part gives an introduction to neural nets ideas, parameters and areas of applications. Several examples of NN applications in tribology investigations are described. Summary of used NN-s features and parameters is made. At the end some NN software tools are characterized and benefits of using NN-s are considered.
Zastosowanie sieci neuronowych w badaniach tribologicznych
Streszczenie
Referat ma na celu ocenę przydatności i zakresu zastosowań sztucznych sieci neuronowych (NN) jako narzędzia wspomagającego badania tribologiczne oraz popularyzację tej tematyki. Przedstawiono krótką charakterystykę sieci neuronowych i ich zastosowań ze szczególnym uwzględnieniem najczęściej stosowanego typu sieci oznaczanego jako MLP lub FF-BP. Omówiono najważniejsze problemy związane z uczeniem nadzorowanym sieci typu MLP oraz nienadzorowanym sieci Kohonena SOM. Dokonano przeglądu szeregu zastosowań NN w badaniach tribologicznych z podziałem na kilka kategorii. Podsumowano podstawowe zalety oraz pewne niedogodności stosowania sieci neuronowych w tribologii.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 111
ANNA M. RYNIEWICZ*
* Akademia Gómiczo-Hutnicza w Krakowie, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30, tel. (O 12) 617 35 21, e-mail: ghryniew @ cyf-kr.edu.pl.
The problems of lubrication mechanism of the human joints
Key-words : Lubrication mechanism, hipjoint, geometry, tribology
Słowa kluczowe : Mechanizm smarowania, staw biodrowy, geometria, tribologia
Summary
The main unrolled problem in this work is explanation perfect mechanism of lubrication of human hip joint. This mechanism did not become described so far. Not even reproduced in endoprosthesis or different bearing knots. Justified consideration is base to identirication of condition of friction and lubrication in proper hip joint. Biotribology of joint is cooperation of his structures, but process of wear and disorder of lubricating has mechanical character and begins from changes in joints gristle reach builds surface ofworking bearing.
The purpose of work was to analyse the problems of mechanism of hip joint lubrication. Results of shape measurements, the examinations ofthe cartriage tissue structure enabled to create two-layer vrirtual models of the hip joint head and acetabulum. Virtual model was made on the basis of a 3D multilayer reconstruction. A biological aspect was taken into account in the reliable joint lubrication mechanism. This lubrication mechanism calling bioelastohydrodynamic lubrication.
Zagadnienia mechanizmu smarowania stawu biodrowego człowieka
Streszczenie
Główną problematyką rozwijaną w pracy jest wyjaśnienie doskonałego mechanizmu smarowania stawu biodrowego człowieka. Mechanizm ten do tej pory nie został w pełni opisany ani odtworzony w endoprotezach lub innych węzłach łożyskowych. Osadzenie prowadzonych rozważań opiera się o identyfikację warunków tarcia i smarowania w prawidłowym stawie biodrowym. Biotribologia stawu uwarunkowana jest współdziałaniem jego struktur, ale proces zużycia i zaburzenie smarowania ma charakter mechaniczny i rozpoczyna się od zmian ubytkowych w chrząstce stawowej, która buduje powierzchnie robocze łożyska.
W pracy przedstawiono zagadnienia dotyczące mechanizmu smarowania stawu biodrowego. Przeprowadzone pomiary kształtu głowy i panewki stawu biodrowego oraz badania struktury tkanki chrzestnej umożliwiły stworzenie dwuwarstwowych wirtualnych modeli głowy i panewki oraz wielowarstwowego modelu 3D stawu biodrowego. W niezawodnym mechanizmie smarowania stawu uwzględniono aspekt biologiczny. Proponuje się określenie - smarowanie bioelastohydrodynamiczne.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 125
ANDRZEJ TYKA*
* Technical University of Mining and Metallurgy, Cracow 30-059, Al. Mickiewicza 30, e-mail: atyka @ galaxy.uci.agh.edu.pl.
Problemy wykorzystania fotometrycznej metody odbiciowej
w badaniach struktury geometrycznej powierzchni obrobionej
Słowa kluczowe : Reflektometria, chropowatość powierzchni
Key-words : Reflectometry, surface roughness
Streszczenie
W referacie omówiono problemy przydatności fotometrycznej metody odbiciowej zastosowanej do nieniszczących badań struktury geometrycznej powierzchni obrobionej. Poruszono problem identyfikacji charakterystyk struktury geometrycznej powierzchni na podstawie analizy promieniowania odbitego od badanej powierzchni. Zamieszczono wyniki własnych badań z zastosowaniem zbudowanej aparatury badawczej. Dokonano krytycznej oceny uzyskanych wyników.
The problems of usefulness of the reflection method
in testing of geometrie structure of machined surface
Summary
The paper discuss the problem of usefulness of reflection photometric method for nondestructive testing of geometrie structure of machined surface. The problem of identification of geometrie structure on the base of analysis of radiation reflected from machined surface has been touched. Results of the original research works were enclosed. The critical discussion of the results of the tests was made.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 135
ROBERT UŚCINOWICZ*
*Białystok Technical University, Chair of Applied Mechanics, 15-351 Białystok, Wiejska 45 C, e-mail: uscinowiczrobert @ hotmail.com
Some aspects of erosion wear of aluminium alloy
in connection with anisotropy of its mechanical properties
Key-words : Erosion wear, anisotropy, mechanical properties
Słowa kluczowe : Zużycie erozyjne, anizotropia, właściwości mechaniczne
Summary
In the work the results of experimental investigations of erosion phenomenon of PA6 aluminium alloy in stream of SiO2 particles were presented. Tests of axial tension were made and mechanical properties of material were determined in longitudinal and transverse directions to geometrical axis of exit bar. Material showed directional diversification of parameters, which describe mechanical properties and energetic process of erosion. Exact relation among erosive wear and anisotropy of mechanical proprieties of alloy PA6 was affirmed.
Niektóre aspekty zużycia erozyjnego stopu aluminium
w powiązaniu z anizotropią jego właściwości mechanicznych
Streszczenie
W pracy przedstawiono wyniki badań doświadczalnych dotyczących zjawiska erozji stopu aluminium PA6 w strumieniu cząstek SiO2. Przeprowadzono testy jednoosiowego rozciągania i wyznaczono właściwości mechaniczne materiału w kierunku osiowym i wzdłużnym do osi geometrycznej pręta wyjściowego. Badany materiał wykazywał kierunkowe zróżnicowanie parametrów opisujących właściwości mechaniczne i energetyczne procesu erozji. Zaobserwowano ścisłą zależność pomiędzy zużyciem erozyjnym i anizotropią właściwości mechanicznych stopu PA6.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 145
ANNA WALICKA, EDWARD WALICKI, PAWEŁ JURCZAK*
*University of Zielona Góra Department of Mechanics, ul. Szafrana 2. P.O. Box 47, 65-016 Zielona Góra, POLAND.
Effect of fluid inertia and wall porosity on parameters of a biobearing with squeeze film
Key-words : Curvilinear bearing, inertia effect, porous wall, squeeze film, Newtonian fluid
Słowa kluczowe : Krzywoliniowe łożysko, wpływ bezwładności, porowata ścianka, ściskany film, ciecz newtonowska
Summary
The flow of a Newtonian fluid in squeeze film of a biological bearing with one porous wall is considered. The bearing is modelled by two curvilinear surfaces and the porous wall 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. Step and spherical bearings are discussed as examples.
Wpływ bezwładności cieczy oraz porowatości ścianki na parametry biołożysk ze ściskanym filmem smarowym
Streszczenie
Rozważono przepływ cieczy newtonowskiej w ściskanym filmie biologicznego łożyska z jedną porowatą ścianką. Łożysko jest modelowane przez dwie krzywoliniowe powierzchnie. Porowata ścianka przylega do krzywoliniowej nieporowatej powierzchni. Rozważony jest przepływ cieczy w przestrzeni łożyska w uwzględnieniem bezwładności. Równania Naviera-Stokesa i Poissona są rozwiązane z zastosowaniem przybliżenia Morgana-Camerona. Z wykorzystaniem metody uśredniania bezwładności zostało uzyskane rozwiązanie w formie zamkniętej. Przykładowo zostały rozpatrzone łożyska stopowe i sferyczne.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 157
EDWARD WALICKI, ANNA WALICKA*
*University of Zielona Góra Department of Mechanics, ul. Szafrana 2. P.O. Box 47, 65-016 Zielona Góra, POLAND.
Surface roughness effect on the pressure distribution in curvilinear thrust bearings
Key-words : Christensen stochastic model, surface roughness, curvilinear surfaces, thrust bearings
Słowa kluczowe : Stochastyczny model Christensena, chropowatość powierzchni, krzywoliniowe powierzchnie, łożysko wzdłużne
Summary
On the basis of Christensen's stochastic model of rough surfaces, different forms of Reynolds equation with rotational inertia effect are obtained for various types of surface roughness pattern and for Newtonian lubricant. As results one obtained the formulae expressing the mean film pressure distribution for externally pressurized bearings and for bearings with a squeeze film. A spherical squeeze film bearing is discussed as an example.
Wpływ chropowatości powierzchni na nośność krzywoliniowych łożysk wzdłużnych
Streszczenie
Bazując na modelu stochastycznym Christensena dla powierzchni chropowatych, uzyskano różne postacie równania Reynoldsa uwzględniającego bezwładność w ruchu obrotowym dla różnych tekstur chropowatości powierzchni oraz cieczy newtonowskiej. Uzyskano wzory wyrażające rozkład średniego ciśnienia w filmie smarowym zewnętrznie obciążonego łożyska ze ściskanym filmem smarowym. Przykładowo zostało rozpatrzone łożysko ze ściskanym filmem smarowym.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 169
KRZYSZTOF WIERZCHOLSKI*
*Base Technique Department, Maritime Academy of Gdynia PL-81-225 Gdynia Morska str 83, Tel.: 058-690-1348, e-mail: wierzch @ wsm.gdynia.pl
Capacity force for synovial unsymmetrical flow in human hip joint with changeable gap
Key-words : Carrying capacity, lubrication, human hip joint
Słowa kluczowe : Siła nośna, smarowanie, staw biodrowy człowieka
Summary
Calculations of pressure distriburions, carrying capacity and compressiye stresses for synovial unsymmetrical fluid flow in human joint gap especially in hip joint is presented in this paper. We assume: stationary, isothermal and incompressible synovial unsymmetrical fluid flow in magnetic field, rotational motion of bone head, squeeze of synovial fluid in human joint gap, changeable synovial non-Newtonian fluid viscosity, changeable gap height in human joint, and constant synovial fluid density.
Obtained formulae for values of capacity forces in foregoing papers allow to performing its numerical analysis, which may be very useful for medical diagnosis.
A new elements occurring in present paper are pressure calculations, carrying capacity and compressive stresses calculations for various geometrical and physica] parameters of human hip joint for two bone surfaces and for hydrodynamic lubrication causing by rotation and squeezing. Magnetic fieid and its influence on therapy of joint are taking into account. Numerical calculations are performed in Mathcad 2000 Professional Program, taking into account the method of Finite Differences. This method satisfies stability of numerical solutions of partial differential equations and values of capacity forces occurring in human joints.
Siła nośna dla niesymetrycznego przepływu cieczy synowialnej w zmiennej szczelinie stawu biodrowego człowieka
Streszczenie
Praca przedstawia obliczenia rozkładu ciśnienia, nośności, naprężeń ściskających w szczelinie stawu biodrowego człowieka dla hydrodynamicznego smarowania stawu biodrowego poprzez obrót głowy kostnej stawu i wyciskanie. W obliczeniach uwzględnia się zmienną wysokość szczeliny, izotermiczny, niesymetryczny przepływ stacjonarny nienewtonowskiej cieczy synowialnej zmieniającej wartość lepkości dynamicznej w zależności od zmian prędkości deformacji w trakcie smarowania. Zgodnie z praktyką ortopedyczną, w przypadku obrotu i wyciskania przyjęto różne obszary powierzchni kostnej podlegające smarowaniu.
Obliczenia numeryczne zostały przeprowadzone w programie Mathcad 2000 z wykorzystaniem metody różnic skończonych podczas całkowania równań różniczkowych cząstkowych w obszarach smarowania stawu cieczą synowialną z uwzględnieniem stabilności rozwiązań. Uzyskane wyniki numeryczne wartości ciśnienia i sił nośnych występujących w szczelinie zdrowego i chorego stawu biodrowego człowieka zostały porównane z wynikami uzyskanymi przez innych autorów dla cieczy synowialnej o własnościach newtonowskich oraz znalazły zastosowanie w ortopedycznej terapii.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 181
KRZYSZTOF WIERZCHOLSKI*
* Base Technique Department, Maritime Academy of Gdynia, PL-81-225 Gdynia Morska str 83, Tel.:058-690-1348, e-mail: wierzch @ wsm.gdynia.pl
Friction coefficient for synovial fluid unsymmetrical flow in human hip joint
Key-words : friction coefficient, human hip joint
Słowa kluczowe : współczynnik tarcia, staw biodrowy człowieka
Summary
Analysis of the friction coefficient for synovial unsymmetrical fluid flow in human hip joint is presented in this paper. We assume: stationary, isothermal and incompressible synovial unsymmetrical fluid flow, rotational motion of human bone head, changeable synovial non-Newtonian fluid viscosity, changeable gap height in human joint, and constant synovial fluid density. A new element of this paper are analytical formulae for friction coefficient and numerical values, which contain changeable synovial fluid viscosity and changeable height of bearing gap for unsymmetrical flow of synovial fluid. The main aim of this paper is to calculate a formula for friction coefficient in hip joint for changeable gap height and for hydrodynamic lubrication taking into account rotation of bone head in unsymmetrical flow.
Numerical calculations are performed in Mathcad 2000 Professional Program, taking into account the method of Finite Differences. This method satisfies stability for numerical solutions of partial differential equations and for values of friction coefficients occurring in human joints.
Obtained numerical results of friction coefficients have applications in medicine.
Współczynnik tarcia dla niesymetrycznego przepływu cieczy synowialnej w stawie biodrowym człowieka
Streszczenie
Analiza numeryczna współczynnika tarcia została wykonana dla niesymetrycznego, izotermicznego stacjonarnego przepływu nienewtonowskiej cieczy synowialnej w stawie biodrowym człowieka z uwzględnieniem zmiennej lepkości zależnej od zmian prędkości deformacji w trakcie smarowania. Takie rozwiązania nie były przedmiotem badań w dotychczasowych pracach autora.
Nowym wynikiem uzyskanym w niniejszej pracy są numeryczne wartości współczynników tarcia w stawie biodrowym człowieka uzyskane dla rzeczywistych warunków pracy z uwzględnieniem niekonwencjonalnych warunków smarowania.
Obliczenia numeryczne zostały przeprowadzone w programie Mathcad 2000 z wykorzystaniem metody różnic skończonych podczas całkowania równań różniczkowych cząstkowych w obszarach smarowania stawu cieczą synowialną. Uzyskane wyniki numeryczne wartości współczynników tarcia występujących w szczelinie stawu biodrowego człowieka zostały porównane z wynikami uzyskanymi przez innych autorów dla cieczy synowialnej o własnościach newtonowskich oraz znalazły zastosowanie w ortopedycznej terapii.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 191
KRZYSZTOF WIERZCHOLSKI*, ANDRZEJ MISZCZAK*
* Base Technique Department, Maritime Academy of Gdynia, PL-81-225 Gdynia Morska str 83, e-mail: wierzch @ wsm.gdynia.pl, miszczak @ wsm.gdynia.pl.
Pressure distributions for turbulent lubrication in ferrohydrodynamic bearings gap
Key-words : numerical values of pressure, turbulent flow, magnetic fieid, slide joumal bearing
Słowa kluczowe : numeryczne wartości ciśnienia, przepływ turbulentny, pole magnetyczne łożysko ślizgowe
Summary
A turbulent oil flow is applied in practical calculations of load carrying capacity of slide journal bearing occurring in case of height speed for Taylor Number greater than 41,2 or for modified Reynolds Number Rey » 2. Results show in an effect of bearing pressure and capacity increases when turbulent lubricant flow is taking into account in magnetic field. In present considerations an attempt is made to indicate some results of numerical solutions of Reynolds Equation and pressure distribution for unsymmetrical, isothemial lubrication in magnetic induction field in radial joumal bearing gap.
Numerical calculations are performed in Mathcad 2000 Professional Program, taking into account the method of Finite Differences. This method satisfies stability of numerical solutions of partial differential equations and values of capacity forces occurring in slide joumal bearing.
The values of pressure distributions for turbulent flow of non-magnetic oil obtained by the Tipei, are compared with the values of pressure for turbulent flow of ferro-oil. It is easy to see that turbulent ferro-oil flow significantly increases the values of pressure distributions in cylindrical slide joumal bearings.
Rozkład ciśnienia dla turbulentnego ferrohydrodynamicznego smarowania łożyska ślizgowego
Streszczenie
Przepływ turbulentny ma zastosowanie w obliczeniach praktycznych siły nośnej poprzecznego łożyska ślizgowego dla wysokich prędkości obrotowych przy liczbach Taylora przekraczających wartość 41,2 względnie przy zmodyfikowanych liczbach Reynoldsa o wartościach Rey » 2. Główne wyniki pracy koncentrują się na wykazaniu wzrostu wartości ciśnienia i siły nośnej poprzecznego łożyska ślizgowego w przypadku turbulentnego, izotennicznego przepływu oleju z uwzględnieniem pola magnetycznego.
Obliczenia numeryczne zostały przeprowadzone w programie Mathcad 2000 z wykorzystaniem metody różnic skończonych podczas całkowania równań różniczkowych cząstkowych w obszarach smarowania z jednoczesnym uwzględnieniem stabilności rozwiązań. Uzyskane wyniki numeryczne wartości ciśnienia i sił nośnych dla turbulentnego przepływu występującego w szczelinie poprzecznego, cylindrycznego łożyska ślizgowego były porównane z wynikami wartości ciśnienia uzyskanymi przez innych autorów dla czynników smarujących o własnościach newtonowskich. Uzyskane wyniki znalazły zastosowanie w praktyce inżynierskiej.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 201
HANNA WRZESINSKA*, ZYGMUNT RYMUZA** MACIEJ MISIAK**, PIOTR GRABIEC*
* Institute of Electron Technology, Al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa, Poland, e-mail: wws @ ite.waw.pl (H. Wrzesińska).
** Warsaw University of Technology, Department of Mechatronics, Institute of Micromechanics and Photonics, Chodkiewicza 8, 02-525 Warszawa, Poland.
Effect of material on nanomechanical behaviour
of TiN/NbN, CrN/NbN and TiN/CrN superlattices deposited on silicon
Key-words : nanoindentation, nanohardness, Young`s modulus, superlattices TiN/NbN, CrN/NbN, TiN/CrN, MEMS
Słowa kluczowe : nanoindentacja, nanotwardość moduł Younga, supersieci TiN/NbN, CrN/NbN, TiN/CrN, MEMS
Summary
In the paper are presented the results of tests of nanomechanical behaviour of ultrathin (200 nm) multilayers films (superlattices) deposited by PVD technique on the single crystal Si, Si3N4 and SiO2 substrates. The superlattices were produced by various combinations of ultrathin single layers of NbN, TiN and CrN. The evaluation of the effect of the material (and the substrate) on the nanohardness and modulus of elasticity was found from the nanoindentation studies. It was observed that TiN/CrN superlattices deposited on Si demonstrates the best mechanical properties (nanohardness over 21 GPa). The best uniformity of the films was found for the TiN/CrN superlattices deposited on Si3N4.
Wpływ materiału na nanomechaniczne zachowanie się supersieci TiN/NbN i TiN/NbN nałożonych na krzem
Streszczenie
W pracy przedstawiono wyniki badań nanomechanicznego zachowania się ultracienkich (200 nm) powłok wielowarstwowych (supersieci) nanoszonych metodą PVD na podłoża Si, Si3N4 i SiO2. Supersieci wykonywano z kombinacji warstw azotków NbN, TiN i CrN. Oceniono wpływ materiału na uzyskiwane wartości nanotwardości i modułu sprężystości, wyznaczone metodą nanoindentacji. Zaobserwowano, że najlepsze właściwości mechaniczne (twardość powyżej 21GPa) wykazują supersieci TiN/CrN na podłożu Si, natomiast najlepszą jednorodnością charakteryzują się supersieci TiN/CrN na podłożu Si3N4.
ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN Zeszyt 3 (131) 2002 p. 211
JAN ZWOLAK*, PAWEŁ MAŁOTA*
* Akademia Rolnicza im. H. Kołłątaja, al. 29 Listopada 46, 31-425 Kraków, Polska.
Technologia obróbki powierzchniowej zębów kół zębatych w aspekcie zużywania tribologicznego
Słowa kluczowe : obróbka powierzchniowa, warstwa wierzchnia, pitting
Key-words : surface treatment, surface layer, pitting
Streszczenie
W pracy przedstawiono zagadnienia związane z kształtowaniem charakterystyki stanu warstwy wierzchniej roboczej części zębów kół zębatych. Charakterystyka stanu warstwy wierzchniej obejmuje te cechy wewnętrzne, na które składają się naprężenia własne, zawartość austenitu szczątkowego i rozkład mikrotwardości na przekroju poprzecznym, jak również cechy zewnętrzne, które ujęte są w geometrycznej strukturze powierzchni. Rozpatruje się warstwę wierzchnią zarysu ewolwentowego zębów, ukonstytuowaną według dwóch wariantów technologicznych oraz jej odporność na zużywanie tribologiczne.
Technology of surface treatment of teeth of the toothed wheels in the aspect of tribological wear
Summary
In the dissertation, the questions referring to the shaping of the condition characteristic for the surface layer of working parts of toothed wheels are concemed. The condition characteristic for the surface layer includes intemal features which consists of self-stresses, the content of remaining austenite and the distribution of microhardness in cross-section, as well as external features which can be described by using geometrical surface structure. Also, this work deals with the surface layer of involution profile of teeth, constituted according to two technological variants and its resistance to tribological wear.
|
