Vliv povrchových nerovností na utváření velmi tenkých mazacích filmů na hranici přechodu do smíšeného mazání

Transkript

1 Vliv povrchových nerovností na utváření velmi tenkých mazacích filmů na hranici přechodu do smíšeného mazání Ing. Tomáš Zapletal Vedoucí práce: Ing. Petr Šperka, PhD. Ústav konstruování Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně

2 Obsah Motivace pro řešení problému Současný stav poznání Cíl práce Vědecké otázky a hypotézy Postup řešení Předpokládané výstupy Projekt disertační práce, / 16

3 Součinitel tření Motivace pro řešení problému. Od zrodu EHL po současnost Zrod EHL (1945) (10-4 až 10-5 ) m Současnost (10-6 až 10-8 ) m Trend poklesu tloušťky mazacího filmu Využití maziv s nízkou viskozitou Náročnější provoz Mezné mazání Smíšené mazání EHD HD snižování tloušťky mazacího filmu Tloušťka mazacího filmu Projekt disertační práce, / 16

4 Motivace pro řešení problému.. Vliv povrchových nerovností Ovlivnění tloušťky mazacího filmu Ovlivnění rozložení tlaku Dopad na tření a opotřebení tloušťka filmu tlakový profil geometrie rýhy potřeba přesné definice vlivu nerovností u 1 mazivo Průchod rýhy kontaktní oblastí u 2 kontakt třecích povrchů Projekt disertační práce, / 16

5 Současný stav poznání. Přístupy k řešení problematiky nerovností Reálná nerovnost Zkoumání izolovaného chování dané nerovnosti Numerické studie popis povrchu jako celku Frézovaný povrch HARTL, M., 2012 popis vlivu jednotlivých nerovností Ukázka reálného inženýrského povrchu, MAINSAH, E., J. et. al., 2001 Modelová nerovnost JACKSON, A., 1976 Projekt disertační práce, / 16

6 Současný stav poznání 40 léta 80 léta 1992 JACKSON, A., a kol., 1976 WEDEVEN, L., D., 1978 skluz valení RÝHY Minimální deformace Negativní dopad na tloušťku filmu Boční výtok maziva EXP. STUDIE IZOLOVANÉ NEROVNOSTI prokluz KANETA, M., a kol., 1992 GUANGTENG, G., a kol., 1997 DŮLKY VÝSTUPKY Negativní / pozitivní dopad na tloušťku filmu Využití v texturování Výrazná deformace Malý dopad na tloušťku filmu RÝHY DŮLKY VÝSTUPKY Projekt disertační práce, / 16

7 Současný stav poznání 40 léta 80 léta JACKSON, A., a kol., 1976 WEDEVEN, L., D., 1978 skluz valení orinetované tření texturování EXP. STUDIE IZOLOVANÉ NEROVNOSTI prokluz NEROVNÉ POVRCHY opotřebení RÝHY DŮLKY VÝSTUPKY KANETA, M., a kol., 1992 GUANGTENG, G., a kol., 1997 obecné tloušťka mazacího filmu porovnání s predikcí Projekt disertační práce, / 16

8 Stěžejní práce Současný stav poznání Orientované povrchy Čisté valení TOUCHE, T., a kol., 2016 GUEGAN, J., a kol., 2015/2016 povrch s rýhami povrch s výstupky Projekt disertační práce, / 16

9 Součinitel tření Současný stav poznání LEIGHTON, M., a kol., 2017 MORALES, G., E. a kol., μ MIX = μ HD + μ BN μ HD 1 + Λ m μ MIX = A % μ BN + (1 A % )μ HD NUM. STUDIE EXP. STUDIE GUEGAN, J., a kol., 2016 TOUCHE, T., a kol., 2016 Kapalinové mazání Mezné mazání Smíšené mazání μ BN shoda s predikcí valení Jiné nerovnosti μ MIX =? μ BN +? μ HD Jiné kinematické podmínky Tloušťka mazacího filmu Projekt disertační práce, / 16

10 Současný stav poznání Cíl disertační práce Objasnění vlivu změny charakteru povrchu na tloušťku filmu Vliv nerovností součinitel tření v oblasti smíšeného mazání Dílčí cíle Vliv procentuálního zastoupení rýh v kontaktní oblasti na utváření mazacího filmu Vliv orientace nerovností vzhledem k unášivé rychlosti maziva Vliv kinematických podmínek Stanovení metodiky hodnocení přírůstku součinitele tření vyvolaného kontaktem povrchových nerovností Studium vlivu geometrie modelových nerovností ohledem na procento nerovností v kontaktní oblasti Projekt disertační práce, / 16

11 Vědecké otázky a pracovní hypotézy Vědecká otázka č. 1 Je známo, že u rýh dochází k velmi malé deformaci, avšak výraznému negativnímu ovlivnění tloušťky mazacího filmu, zatímco u výstupků je deformace znatelnější, čímž je jejich negativní vliv na tloušťku filmu značně eliminován. Jaký dopad bude mít změna procentuálního zastoupení rýh, případně výstupků, tj. změna charakteru nerovností na dané ploše na tloušťku mazacího filmu? Pracovní hypotéza č. 1 Pracovní hypotéza č. 2 Nárůst procentuálního zastoupení rýh v kontaktní oblasti od určité hodnoty způsobí přesun nosné plochy, což se projeví tak, že mechanismus ovlivnění mazacího filmu bude odpovídat spíše povrchu s výstupky. Změna orientace nerovností vzhledem k unášivé rychlosti maziva může za podmínek prokluzu vyvolat odlišné deformace a tudíž působit odlišně na utváření mazacího filmu. Projekt disertační práce, / 16

12 Vědecké otázky a pracovní hypotézy Vědecká otázka č. 2 Režim smíšeného mazání lze chápat jako kombinaci kapalinového a menzého mazání. Lze definovat průběh součinitele tření v oblasti smíšeného pro jednotlivé modelové nerovnosti na základě superpozice těchto dvou třecích složek, při zohlednění jejich příspěvku na základě velikosti plochy v přímém kontaktu? Pracovní hypotéza Porovnáním experimentálních dat s predikcí založenou na předpokladu nezávislého přispění jednotlivých složek tření definujících jeho celkovou hodnotu v oblasti smíšeného mazání, lze potvrdit vhodnost tohoto přístupu pro jednotlivé modelové nerovnosti. Projekt disertační práce, / 16

13 Negativní opad na tloušťku mazacího filmu Deformace nerovnosti Způsob řešení Metodický postup řešení Změna zastoupení rýh Změna nosné plochy Negativní dopad na tloušťku Deformace 30 % 40 % 50 % Nosná plocha 30 % 40 % 50 % % výstupků v kontaktní oblasti % rýh v kontaktní oblasti 50 % 40 % 30 % Projekt disertační práce, / 16

14 Součinitel tření Způsob řešení Metodický postup řešení Ověření platnosti pro jednotlivé nerovnosti μ BN A %BN A %HD μ MIX = A %BN μ BN + A %HD μ HD A %HD A %BN Kontaktní oblast Tloušťka mazacího filmu Projekt disertační práce, / 16

15 Proces realizace UMT TriboLab BRUKER ContourGT-X Optický tribometr Achilles/MatLab Tvorba modelových nerovností Studium geometrie nerovností Experimenty Vyhodnocení Indentor Kamera Snímač kroutícího momentu Objektiv Zdroj světla Skleněný disk Kulička Kulička s modelovými nerovnostmi Pohon disku Závaží Řemenový převod Projekt disertační práce, / 16

16 Analýza / vyhodnocení Vliv změny charakteru povrchu Experimentální křivky popisující závislost kinematických podmínek na deformaci nerovností, dopad na tloušťku mazacího filmu, součinitel tření. Cíl = definovat při jaké hodnotě procentuálního zastoupením nerovností dochází ke změně charakteru povrchu a jaký má tato změna vliv na deformaci nerovností a součinitel tření (je nežádoucí spíše povrch rýhovaný nebo povrch s výstupky?) Tření v oblasti smíšeného mazání Porovnání experimentálních Stribeckových křivek s predikcí Cíl = ověřit platnost predikce pomocí procentuální hodnoty nerovností v přímém kontaktu pro jednotlivé modelové nerovnosti. Projekt disertační práce, / 16

17 Časový rozvrh a předpokládané výstupy Etapy řešení Doktorské studium Pedagogická činnost Povinné předměty Studium odborné literatury Sepsání pojednání k SDZ SDZ Sepsání disertační práce Obhajoba DP Prezentace výsledků na (mezi)národní konferenci Prezentace výsledků na mezinárodní konferenci Definice cílů DP Tvorba přípravku v rámci BP Odlazení tvorby modelových rýh Tvorba modelových rýh Tvorba dalších typů modelových nerovností Příprava experimentů Prvotní experimenty Experimentální studium Experimentální studium Experimentální studium Stanovení metodiky vyhodnocování Interpretace výsledků Interpretace výsledků Interpretace výsledků Tvorba publikace Tvorba publikace Tvorba publikace vycházející z DP Tvorba publikace Současný stav Wear (IF 2,323), Tribology International (IF 2,259), Tribology Letters (IF 1,758) Projekt disertační práce, / 16

18 Děkuji Vám za pozornost Ing. Tomáš Zapletal