Elastohydrodynamické mazání poddajných třecích povrchů

Transkript

1 TRIBOLOGIE Duben 2008 Elastohydrodynamické mazání poddajných třecích povrchů Bc. Tomáš Kutílek

2 Osnova prezentace Jednotlivé části práce a přednášky stručná historie, co je to EHD mazání (základní rozdělení mazání) režimy kapalinového mazání bodových kontaktů nekonformních těles definice problémů EHD mazání poddajných povrchů a jeho porovnání s EHD mazáním tuhých povrchů mapy režimů kapalinového mazání stanovení tloušťky mazacího filmu (Hamrock a Dowson rovnice) Aplikace principů Soft EHD mazání

3 Úvod do problematiky EHD mazání: M. Hartl, Měření a Studium Velmi Tenkých Mazacích Filmu EHD mazání je režim kapalinového mazání, při kterém jsou deformace třecích povrchů řádově stejně velké jako tloušťka hydrodynamického mazacího filmu jehož chování ovlivňují. M. Hartl, Elastohydrodynamické a smíšené mazání, přednáška I. Krupka, Studium elastohydrodynamického mazání bodových kontaktu strojních soustav Podle toho, zda třecí povrchy jsou nekonformně či konformně zakřiveny, lze kapalinové mazání dále rozdělit na mazání elastohydrodynamické a hydrodynamické

4 Režimy kapalinového mazání bodových kontaktů nekonformních těles V závislosti na rozsahu elastických deformací třecích povrchů způsobených zatížením nekonformně zakřivených těles a velikosti změny viskozity maziva s tlakem v kontaktní oblasti lze rozlišit čtyři základní režimy kapalinového mazání: izoviskozně hydrodynamické mazání piezoviskozně hydrodynamické mazání elastohydrodynamické mazání poddajných třecích povrchů elastohydrodynamické mazání tuhých třecích povrchů

5 Definice problémů EHD mazání poddajných povrchů a jeho porovnání s EHD mazáním tuhých povrchů EHD mazání poddajných třecích povrchů: elastická deformace třecích povrchů plně srovnatelná s tloušťkou mazacího filmu výrazný rozdíl v modulech pružnosti třecích povrchů viskozitně-tlakové vlastnosti maziva nemají značný vliv na tloušťku mazacího filmu Zdroj: M. Hartl, Elastohydrodynamické a smíšené mazání,přednáška EHD mazání tuhých třecích povrchů: elastická deformace třecích povrchů plně srovnatelná s tloušťkou mazacího filmu viskozitně-tlakové vlastnosti maziva mají značný vliv na tloušťku mazacího filmu

6 Mapy režimů kapalinového mazání g určit hodnoty minimální tloušťky mazacího filmu. všechny čtyři kapalinové mazání slouží k posouzení, ke kterému režimu kapalinového mazání pro dané provozní podmínky dochází Bezrozměrné parametry: 3 GW v, g 2 E = W 8 / 3 Uη 0, = U =, G = αe, W = 2,,,, U U E R 2 x E R x Příklad map režimů kapalinového mazání W U unášivá rychlost W zátež η dynamická viskozita maziva α tlakový činitel viskozity maziva R redukovaný poloměr v unášivém směru E redukovaný modul pružnosti I. Krupka, Studium elastohydrodynamického mazání bodových kontaktu strojních soustav

7 Stanovení tloušťky mazacího filmu (Hamrock a Dowson rovnice) Pro výpočet tloušťky mazacího filmu v bodovém kontaktu zavedli v roce 1976 D. Dowson a G. R. Higginson soubor pěti bezrozměrných parametrů. h tloušťka mazacího filmu Rx redukovaný poloměr třecích povrchů ve směru osy x u průměrná rychlost ve směru osy x, Η0 dynamická viskozita maziva při nulovém tlaku, E redukovaný modul pružnosti třecích povrchů, F síla působící na třecí vrchy, α viskozitnětlakový koeficient maziva, a délka hlavní poloosy bodového kontaktu a b délka vedlejší poloosy bodového kontaktu h R x = ( U, W, G k ) H = f, f uη 0 F,, E,, 2 α E R E R x x,, a b Pro řešení případů, kde je možné považovat kontaktní tělesa za tuhá a tloušťka filmu h nezávisí na tlaku maziva p je použitelná Reynoldsova rovnice. Vpřípadě EHD mazání tomu tak není a elastické deformace těles mají velký vliv na tloušťku mazacího filmu. Liniový kontakt h Bodový kontakt ( x) = h 0 + g( x) + ( x) h ( x, y) = h0 + g( x, y) + ( x, y) h0 vzdálenost povrchů nedeformovaných kontaktních těles počátku souřadného systému g vyjadřuje geometrickou separaci elastickou deformaci obou těles, která je způsobena rozložením tlaku p(x), případně p(x,y). M. Vrbka, M. Vaverka, R. Polišcuk, I. Krupka, M. Hartl: Pressure Calculation from Experimentally Evaluated Lubricant Thickness within EHL Contacts

8 Stanovení tloušťky mazacího filmu (Hamrock a Dowson rovnice) Dodnes nejpoužívanější vztahy pro vypočet minimální a centrální tloušťky mazacího filmu elastohydrodynamického mazání bodových kontaktů použili B. J.Hamrocka a D. Dowson Pro elastohydrodynamické mazání tuhých třecích povrchů: Minimální tloušťka mazacího filmu: 0,68 0,073 0,49 Hmin = 3,63U W G 1 a centrální tloušťku mazacího filmu H c = 2,69U 0,67 0,68k ( e ) ( ) 0,067 0,53 0,73k a Wcentrální G 1 0,6 tloušťku e mazacího filmu V roce 1978 Hamrock a Dowson představili rovnice pro výpočet minimální a centrální tloušťky mazacího filmu pro EHD mazání poddajných třecích povrchů Minimální tloušťka mazacího filmu: 0,31k ( 1 0, e ) 0,65 0,21 0,49 Hmin = 7,43U W G 85 a centrální tloušťku mazacího filmu Bezrozměrné parametry: U - rychlosti W - zatížení G - materiálu K - elipticity H c 0,28 k 0,64 0, 22 ( 1 0,72e ) U = 7,32 W

9 Stanovení tloušťky mazacího filmu (Hamrock a Dowson rovnice) M. Hartl, Měření a Studium Velmi Tenkých Mazacích Filmu

10 Aplikace principů Soft EHD mazání Vdnešnídobě je rostoucí zájem o režim mazání známé jako EHD mazání poddajných třecích povrchů ( Soft EHD ). Soft EHD mazání se vyskytuje v kontaktu nízkých pružných modulů Režim mazání neodpovídá předpisům kontaktu Elastomery, lidská tkáň, stěrače automobilů, vodní lyže, kontakt mezi pneumatikou a silniční pokrývkou, přírodní lidské spoje Režim mazání je podstatný pro bezbolestnou funkci lidských kloubů nebo pro dlouhodobou bezdotykovou funkci pryžových těsnění Potravinářský průmyslu, inženýrství, biologické systémy M. Hartl, Elastohydrodynamické a smíšené mazání,přednáška Zdroj:

11 Literatura [1] M. Hartl, Měření a Studium Velmi Tenkých Mazacích Filmů, habilitační práce, Vysoké učení technické v Brně, [2] M. Hartl, Elastohydrodynamické a smíšené mazání, přednáška, VUT v Brně, [3] I. Křupka, Studium elastohydrodyna-mického mazání bodových kontaktů strojních soustav, Vysoké učení technické v Brně, [4] HAMROCK, B. J.: Fundamentals of Fluid Film Lubrication. New York, McGraw-Hill, Inc.1994, s. 2. [5] soft EHD [6] HAMROCK, B. J. DOWSON, D.: Minimum Film Thickness in Elliptical Contacts for Different Regimes of Fluid-Film Lubrication. In: Elastohydrodynamics and Related Topics (Proceedings of the 5th Leeds-Lyon Symposium on Tribology). London, Mechanical Engineering Publications Limited. 1979, s [7] ESFAHANIAN, M. HAMROCK, B. J.: Fluid-Film Lubrication Regimes Revisited. Tribology Transactions, 34, 1991, s [8] HAMROCK, B. J. DOWSON, D.: Isothermal Elastohydrodynamic Lubrication of Point Contacts, Part II Ellipticity Parameter Results. Transactions of the ASME (the American Society of Mechanical Engineerings), Journal of Lubrication Technology, 98, 1976, s [9] JOHNSON, K. L.: Regimes of Elastohydrodynamic Lubrication. Journal of Mechanical Engineering Science, 12, 1970, s [10] MOES, H. BOSMA, R.: Film Thickness and Traction in E.H.L. at Point Contact. Proceeding of Elastohydrodynamic Lubrication Symposium, Institution of Mechanical Engineers, London, 1972, s [11] DOWSON, D.: Developments in Lubrication the Thinning Film. Journal of Applied Physics D, 25, 1992, s. A334 A339. [12] REYNOLDS, O.: On the Theory of Lubrication and its Application to Mr. Beauchamp Tower s Experiments, including an Experimental Determination of the Viscosity of Olive Oil. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 177, 1886, s , 18/04/2007

12 Literatura [13] HAMROCK, B. J.: Elastohydrodynamic lubrication of elliptical conjunctions. In:Fundamentals of fluid film lubrication [14] M. Vrbka, M. Vaverka, R. Poliščuk, I. Křupka, M. Hartl: Pressure Calculation from Experimentally Evaluated Lubricant Thickness within EHL Contacts. [15] Lukáš Pečenka: Chování znečisťujících částic v elastohydrodynamických kontaktech (např. valivá ložiska) a jejich vliv na životnost [16] J. DE VICENTE, J. STOKES, H. SPIKES: Soft EHL the tribology of Tyres and tongues. [17] Hydrodynamische smering in het elastische isovisceus regime (Soft EHL). [18] G. K. Nikas, R. Associate: Elastohydrodinamics and Mechanics of Rectangular Elastomeric Sesle for Reciprocating Piston Rods, Journal of Tribology -- January Volume 125, Issue 1, pp [19] D.Shen, R. F. Salant: An unsteady mixed soft EHL model, with application to a rotary lip seal, ageorgia Institute of Technology, George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, Atlanta, GA , USA, Available online 20 February 2006 [20] CARTRIDGE HAVING SELF-ACTUATING SEAL FOR A WETTED LEAD SCREW [21] DE VICENTE J.; STOKES J. R. SPIKES H. A.: Lubrication properties of non-adsorbing polymer solutions in soft elastohydrodynamic (EHD) contacts, Tribology Section, Department of Mechanical Engineering, Imperial College London, London SW7 2BX, ROYAUME-UNI

13 TRIBOLOGIE Děkuji za pozornost!