PAN

Polskie Towarzystwo Tribologiczne

Instytut Technologii Eksploatacji
ZEM Rok 2003 2004 01 02 03 04

Publikacja dofinasowana przez KBN

ZEM ZEM V 39 NR 1 (137)/2004 dział: Tribologia

 
1-2004 ZEM

Prof. dr hab inż. Jerzy Girtler

- Politechnika Gdańska, Katedra Siłowni Okrętowych, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, tel. (0-58) 347 24 30, fax (0-58) 347 19 81, e-mail:jgitl @ pg.gda.pl

"Operation of slide journal bearings in unsteady energetic description"

"Ocena działania poprzecznych łożysk ślizgowych w ujęciu energetyczno-czasowym"

Key-words: Friction heat, operation, friction energy, slide journal bearing, friction work
Słowa kluczowe: Ciepło tarcia, działanie, energia tarcia, łożysko ślizgowe, praca tarcia

Summary

The paper includes a proposal of interpretation that valuates operations, which (just like operation of Hamilton and Maupertius showed in classical mechanics and operation resulting from changes of body momentum) is considered as a physical quantity with a unit of measure: joule-second (joule x second). Original method of analysis and estimation of slide journal bearing operation has been also presented with regards to its reliability and safety. The homogenous process of Poison has been applied in order to substantiate the usability of such interpreted operation. This process has enabled constructing a model of run of getting-worse bearing operation with the operation time going by. Thus, the model is a random process of homogenous and independent gains in energy lost due to friction and bearing wear.

Streszczenie

W artykule zaproponowano interpretację wartościującą działania, które (podobnie jak przedstawione w mechanice klasycznej działania Hamiltona i Maupertiusa oraz działanie wynikające ze zmiany pędu ciała) jest rozpatrywane jako wielkość fizyczna o jednostce miary zwanej dżulosekundą (dżul x sekunda). Przedstawiono propozycję ilościowej interpretacji działania dowolnego poprzecznego łożyska ślizgowego, w którym zachodzą oddziaływania energetyczne w określonym czasie.Uzasadniono, że w przypadku przyjęcia zaproponowanej interpretacji działania poprzecznych łożysk ślizgowych, w których następują przemiany energetyczne, działanie może być nośnikiem informacji o stanie tych łożysk, a więc - sygnałem diagnostycznym. Przedstawiono oryginalną metodę analizy i oceny działania łożyska ślizgowego z uwzględnieniem jego niezawodności i bezpieczeństwa funkcjonowania . Przedstawione zostały także możliwości zastosowania tej metody w procesie podejmowania decyzji. Do uzasadnienia przydatności tak interpretowanego działania zastosowano jednorodny proces Poissona. Proces ten umożliwił skonstruowanie modelu przebiegu pogarszania się działania łożyska z upływem czasu jego funcjonowania. Modelem tym jest więc proces losowy o jednorodnych i niezależnych przyrostach energii traconej z powodu tarcia oraz wskutek zużycia łożyska.

 

ZEM ZEM V 39 NR 2 (138)/2004 dział: Tribologia

 
2-2004 ZEM

Prof. dr hab. inż. Krzysztof Wierzcholski

Gdańsk Technical University, Faculty of Ocean Engineering, G. Narutowicza Street 11/12, 80-952 Gdańsk, tel. (+58) 348-61-26, e-mail: wierzch @ wsm.gdynia.pl

"Computational studies of friction forces for hard tissue cultivation in bioreactor"

"Studia obliczeniowe sił tarcia dla twardej tkanki hodowanej w bioreaktorze"

Key-words: Friction forces in bioreactors.
Słowa kluczowe:Siły tarcia w bioreaktorach.

Summary
Aim of this paper is to simulate, control and optimize the culture process of human hard tissue in a bioreactor. The application of theoretical and computational model for culture of tissue in bioreactor under unsteady hydrodynamic conditions of nutrient fluid flow has not yet been established. The aim of present work is to transfer the extensive experience in the field of bioreactor technology to this novel application. Scientific effort of present paper shall contribute to above development process by delivery the data of the hydrodynamic flow characteristic in the culture media using computer optimization. Cells of tissue grow on the scaffold in bioreactor and are perfuse by the notrition liquids and other biologically tolerable media with oxygen carrying fluorocarbons. The friction forces occurring in the thin layer of nutrition liquids resting on the superficial tissue layer are examined by numerical way and are illustrated in the pictures.
The friction forces have important meaning during the growth of tissue.

Streszczenie

Ponieważ wymiana naturalnego stawu człowieka na endoprotezy może być dokonywana dwa lub co najwyżej trzy razy w życiu pacjenta, zatem problem leczenia poprzez transplantacje tkanek, a w szczególności tkanek chrząstek stawowych nabiera dużego znaczenia. Przeszczepów tkanki chrząstki kostnej można dokonywać z sukcesem wiele razy. Bioreaktory służą do hodowli tkanek. Środowisko hydrodynamiczne kształtuje hodowlę tkanek in vitro w obecności sił tarcia poprzez bezpośrednie działanie na morfologię komórek, a także poprzez pośrednie działanie na tkankę za pomocą masowego przekazu substancji odżywczych i metabolitów. Celem niniejszej pracy jest triblogiczny aspekt analitycznego i numerycznego symulowania, sterowanie procesu hodowli tkanki twardej człowieka w bioreaktorze. Rozróżnia się tkanki miękkie oraz twarde. Na szczególną uwaę w procesie hodowli zasługuje chrz astka stawowa z racji na posiadany przez nią nieski potencjał regeneracyjny. Jej uszkodzenia prowadzą do upośłedzenia narządów ruchu. Budowa i skład chrząstki nadają jej specyficzne właściwości mechaniczne, takie jak odporność na obciążenia, twardość, niski współczynnik tarcia oraz dużą trwałość. Do tej pory nie dokonano symulacji hodowli tkanki w bioreaktorze przy niestacjonarnych hydrodynamicznych warunkach podczas opływania warstwy przyściennej tkanki cieczami odżywczymi z uwzględnieniem sił tarcia przy zastosowaniu oipisu teoretycznego i przeprowadzenia procesu obliczeniowego przy użyciu komputera. Jak wykazują badania naukowe, hodowla tkanki w bioraktorze w środowiskach niestacjonarnych daje znacznie lepsze wyniki w porównaniu z wynikami uzyskanymi w stacjonarnych bioreaktorach.
W pracy wyznacza się wartości sił tarcia, które wywołane są lepkimi naprężeniami ścinającymi powiązanymi z gradientami prędkości cieczy odżywczej i profilami prędkości tej cieczy na granicy warstwy przyściennej płynu oraz powierzchni hodowanej tkanki w warunkach ustalonych i nieustalonych. Takie siły tarcia, pomomo że mają bardzo małe wartości, często poniżej 0,1 N, to jednak wywierają decydujące znaczenia w trakcie hodowli. Ze względu na utrudniony omiar tak małych wartości sił tarcia, obliczenia numeryczne ich wartości mają duże znaczenie poznawcze. Doddatkowo uwzględnienie niestacjonarnego przepływu wraz z analizą sił tarcia w bioreaktorze jest zdaniem autora nowym wkładem w dotychczasowych badaniach numerycznych tribologii.

 

2-2004 ZEM

Dr inż Andrzej Miszczak

Akademia Morska w Gdyni, Wydział Mechaniczny, Katedra Podstaw Techniki, ul. Morska 81-87, 81-225 Gdynia, tel (058) 6901348, e-mail: miszczak @ am.gdynia.pl

"Parametry eksploatacyjne poprzecznych łożysk ślizgowych smarowanych ferrosmarami"

"Exploitation parameters for slide journal bearings lubricated with ferrooils"

Key-words: Numerical calculation, capacity, values of capaciti corrections, friction forces, corrections of friction forces, friction coefficient, correction of friction coefficient, ferrolubricants.
Słowa kluczowe: Obliczenia numeryczne, siły nośne, korekty siły nośnej, siły tarcia, korekty siły tarcia, współczynnik tarcia, korekty współczynnika tarcia, ferrosmary.

Summary
This paper presents numerical analysis of changes of capacity values, friction forces and friction coefficient for slide cylindrical journal bearings lubricated with non-Newtonian, viscoelastic and ferromagnetic oils in magnetic fields.
Changes of capacities, friction forces and friction coefficients caused by the viscoelastic oil properties are numerically examined for stationary isothermal lubrication. The distribution of above exploitation parameters are determined for slide bearing geometry often occurring in practice i.e. for dimensionless lengths: L1 = 1/4; L1 = 1/2, L1 = 1, L1 = 3/2 , L1 = 2; and for relative eccentricities l = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9. In very much cases occurring in lubrication for example for the ratio b0/a0 = -0,5 of pseudo-viscosity coefficients of viscoelastic oil, the pressure is constant in bearing gap height direction. Additionally this paper presents numerical simulations of some particular cases occurring during the lubrication with viscoelastic oils, where ratio b0/a0 equals -0,4 and especially for short bearing and for high relative eccentricities. For ratio b0/a0 equals -0,4 the pressure changes caused by the viscoelastic properties have some variations in gap height directions. In this cases the changes of exploitation parameters in gap height direction are not constant. Average practical values of these parameters are determined for average value of pressure in gap height direction.
Distribution exploitation parameters for slide journal bearing lubricated with Newtonian oils and corrections of exploitation parameters caused by the influences of temperature on the oil viscosity values are presented in foregoing authors papers.

Streszczenie

Niniejsza praca zawiera analizę numeryczną wartości zmian sił nośnych, sił tarcia i współczynników tarcia w poprzecznych walcowych łożyskach ślizgowych smarowanych nienewtonowskimi, lepkosprężystymi olejami o własnościach ferromagnetycznych w polu magnetycznym. Wartości zmian sił nośnych, sił tarcia i współczynników tarcia, nazywane przez autora " korektami", wyznaczono numerycznie dla stacjonarnego, izotermicznego smarowania uwzględniając warunki brzegowe Gumbela. Korekty te dodaje się od wartości podstawowych po uprzednim przemnożeniu ich wartości przez liczbę Deboraha. Liczba Deboraha w zależności od czynnika smarującego może przyjmować wartości dodatnie i ujemne mniejsze od jedności. W niniejszej pracy autor przedstawia obliczenia numeryczne korekt parametrów eksploatacyjnych dla najczęściej występujących geometrii łożysk, tzn. dla bezwymiarowej długości L1 = 1/4, L1 = 1/2, L1 = 1, L1 = 3/2 , L1 = 2 oraz dla mimośrodowości względnych od l = 0,1 do l = 0,9. W przypadku badania cieczy o własnościach lepkosprężystych, o modelu Rivlina-Ericksena, w korektach ciśnienia pojawiają się człony świadczące o tym, że istnieje ich zmienność po grubości filmu olejowego. Dla większości lepkosprężystych czynników smarujących niewielka jest zmienność korekt ciśnienia po grubości filmu i jest opisywana współczynnikami materiałowymi b0 i a0. Dla przypadków zachodzących podczas smarowania olejami lepkosprężystymi, dla których b0/a0 = -0,5 wartość ciśnienia w ogóle nie ulega zmianie po grubości filmu olejowego. Stacjonarne pole magnetyczne zastosowane w obliczeniach numerycznych zostało wyznaczone z równań Maxwella metodą analityczno-numeryczną. Wpływy ciśnienia i temperatury na zmiany, wartości ciśnienia hydrodynamicznego zaprezentowane zostały we wcześniejszych pracach autora.

 

ZEM V 39 NR 3 (139)/2004 dział: Tribologia
 
3-2004 ZEM

JAN KICIŃSKI

Instytut Maszyn Przepływowych PAN, ul. Fiszera 14, 80-952 Gdańsk, tel. +48 58 3411271.

Studium propagacji wirów i bicia olejowego w łożyskach ślizgowych

The study of oil whirl and oil whip propagation in journal bearings

Key-words: Journal bearings, hydrodynamic instability, rotor dynamics.
Słowa kluczowe: Łożyska ślizgowe, niestabilność hydrodynamiczna, dynamika wirników.

Summary
Presented in the paper considerations relate to the one of the most impressive phenomena namely to the oil whirl and oil whip propagation in journal bearing. Despite the numerous investigations carried out in the scientific centers in the whole world the nature of these phenomena is not sufficient recognized. Presented have been the particular phases of hydrodynamic instability propagations and the diagnostic determinants of such states. The investigations have been performed for journal bearings with hybrid lubrication and siphon pockets in oil gap. The answer has been acquired whether by means of siphon oil there is the possibility to avoid or to limit selfexciting vibrations.

Streszczenie

Przedstawione w niniejszej pracy rozważania odnoszą się do jednego z najbardziej frapujących problemów tribologicznych, a mianowicie rozwoju wirów i bicia olejowego w łożyskach ślizgowych. Pomimo iż procesy te były i są nadal przedmiotem badań w wielu ośrodkach na całym świecie ich fizyka nie została wyczerpująco rozpoznana. Przedstawione zostały poszczególne fazy rozwoju niestabilności hydrodynamicznej i zaproponowano ich wyróżniki diagnostyczne. Badania przeprowadzono też dla łożysk ze smarowaniem hybrydowym i łożysk z kieszeniami lewarowymi w szczelinie smarowej. Uzyskaną została w ten sposób odpowiedź na pytanie, czy za pomocą oleju lewarowego można ograniczyć, lub wyeliminować, samowzbudne drgania olejowe.

 

3-2004 ZEM

JÓZEF SALWINSKI*, DARIUSZ LEPIARCZYK*

*Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, 30-059 Kraków, al. Mickiewicza 30, tel./fax:+48126330723 e-mail: jsalwin @ uci.agh.edu.pl

New design for self-acting oil lubrication of the toothed gear with vertical shafts

Nowy układ do samoczynnego smarowania olejem przekładni zębatych z pionowo usytuowanymi wałami

Key-words: Lubrication, oil lubrication, toothed gear, vertical shafts.
Słowa kluczowe: Smarowanie, smarowanie olejem, przekładnia zębata, wały pionowe.

Summary
Effective lubrication is an essential problem for reliability and durability of machines. Its solutions is particularly important for toothed gears operation. As much as possible the bearings and toothed wheels are lubricated by the same oil. Oil bath is sufficient when wheels rotate at rather low velocities and pressure lubrication is applied for high speeds.
The problem is significantly more complex for gears with vertical position of shafts. The simple bath lubrication is poorly efficient. Known technological solutions are based on special pumps to force the oil circulation or external lubrication systems are used for this aim. Another solution are bearings of closed structure.
One of methods to solve this problem is the rotorless pump embedded into the shaft. This design has been developed in the Department of Machine Design and Terotechnology in the University of Mining and Metallurgy. The behaviour of oil been observed in the rotating cylinder and it was stated that centrifugal forces cause convection of oil particles along the internal surface of the cylinder The new lubrication system has to provoke continuous flow of oil the gear is filled, up to the upper bearings then to the area of teeth cooperation.
The example system applied in the single gear with vertical shafts, type IP 150 presents the design and operation of the new lubrication system.
The model of oil convection in the cylindrical chamber made in the shaft has been developed to describe the oil convection height in the new self-lubricating system. Mathematical relations have been formulated for determination the basic dimensions and parameters of the new system.
The model and bench tests of this system are presented with application of mineral oils VG 46 and VG 220 used in lubrication of the light, medium and heavy loaded toothed gears.
The results of tests confirm that the new self-lubrication oil system efficiently lubricates the upper bearings of toothed gear with vertical shafts. Oil transported in this way may be also used for the gear mesh lubrication.

Streszczenie

W pracy przedstawiono konstrukcję, działanie i badania nowego układu do samoczynnego smarowania olejem górnych łożysk w przekładniach zębatych z pionowo usytuowanymi wałami. Sformułowano zależności matematyczne do określenia podstawowych wymiarów i parametrów nowego układu. Przedstawiono metodę i wyniki wykonanych badań modelowych i aplikacyjnych nowego układu.

 

3-2004 ZEM

ZYGMUNT RYMUZA*

* Instytut Mikromechaniki i Fotoniki Politechniki Warszawskiej, ul. Św. Andrzeja Boboli 8, 02-525 Warszawa, e-mail z.rymuza @ mchtr.pw.cdu.pl, tcl. (0-22) 660 8540.

Nanotribology - a look into future

Nanotribologia - spojrzenie w przyszłość

Key-words: Nanotribology, MEMS, NEMS, nanotechnology.
Słowa kluczowe: MEMS, NEMS, nanomechanika, nanotechnika.

Summary
Nanotrihology is an exciting area of tribology science. It is rather short history of this important branch of tribology. The starting point was the invention of Atomic Force Microscopy (AFM) which was very sensitive instrument to investigate friction on atomic scale. Tlie wide area of AFMs family enables nowadays to perform complete interdisciplinary research on atomic and nanometer scale to understand tribological, mechanical and other physical and chemical phenomena occuring on sliding interface. The adhesion, friction, wear and mechanical studies became common in many tribological labs in the world.The understanding of surface phenomena is important to investigate the tribological behaviour of micro- and nano-tribosystems. The use of such powerful instrument like AFM is together with other devices like Scanning Tunneling Microscope (STM) and Surface Force Apparatus (SFA) enables to study topography, adhesion, friction, wear and other properties. The rheological phenomena on nanoscale in particular in lubricating nanosystems are of great interest of tribologists to understand in particular transition from static to kinetic friction on atomic and nanometer scale. Many applications of nanotribology in magnetic recording technology, Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) and Nano Electro Mechanical Systems (NEMS) technology and in nanoimprinting technology are now of subject of many projects in the world.
Future trends in nanotribology relate mainly to understand the process of energy and matter dissipation on atomic scale. The final aim of nanotribological research is to construct frictionless and wear less tribosystems in nanotechnology. Nanoimprinting technology except MEMS/NEMS technology are in particular very interesting area of the nanotribological studies.
Very important is to understand friction in biological systems. The studies of flagellum motor or/and ATF - phase in biological molecular systems can lead us towards the biomitecis and adaptronics i.e. construction of ideal nanosystems.
The relationships between friction and wear on atomic scale is of great importance to be understood. The possible way is molecular dynamics modeling by increase of the number of atoms involved in the process. The time scale in such modeling should be as much as possible wide. The application of effective supercomputers in such study is necessary. Tribochemistry and thermodynamics are important approaches to be taken into consideration in the studies of atomic and nanometer scale tribosystems.
The rapid progress in nanotribology is necessary for the development of nanoscience and nanotechnology. The anotechnology enables to construct ideal systems on any scale. Probably the way proposed by K.E. Drexler by the use of mechanosynthesis and single atoms as "bricks" in construction of technical systems is the best way which is opening before us.

Streszczenie

W opracowaniu przedstawiono aktualny stan wiedzy i nakreślono kierunki rozwoju nanotribologii. Wzakres badań tego obszaru tribologii wchodzą badania podstawowe prowadzone w skali atomowej dotyczące zjawisk w obszarze kontaktu dwóch powierzchni trących, badania zachowania się ultracienkich (o nanometrowych grubościach) warstw, struktur trących MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) i NEMS (Nano Electro Mechanical Systems), budowy urządzeń magnetycznego i igłowego zapisu informacji o dużej i bardzo dużej gęstości zapisu, procesy nanoimprintingu i inne z obszaru dynamicznie rozwijającej się nanotechniki. Zdefiniowano problemy badawcze. których rozwiązanie jest istotne dla postępu w zakresie szeroko rozumianej nanotechniki/nanotechnologii.

 

ZEM V 39 NR 4 (140)/2004 dział: Tribologia