Pojednání ke státní doktorské zkoušce Vliv topografie třecích povrchů na funkci kluzných ložisek Topography effect of frictional surfaces of sliding bearings Martin Repka Vedoucí práce: Prof. Ivan Křupka Ústav konstruování Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Pojednání ke státní doktorské zkoušce 5. 6. 2017
Obsah prezentace 1. Motivace 2. Shrnutí současného stavu poznání 3. Analýza a zhodnocení poznatků 4. Vymezení cílů dizertační práce 5. Vědecká otázka a pracovní hypotézy 6. Současný stav řešení dizertační práce 7. Závěr 2 / 20
Motivace 70% veškerých přesunů je prováděno auty Auta jsou číslo 1 v mobilitě s průměrem 13000 km za rok 3 / 20
Motivace Světová výroba osobních aut 2015: 73 637 407 2016: 77 706 150 5,5 % nárůst Pozemní doprava přispívá v EU celkovými emisemi CO 2 17% 4 / 20
Fuel Consumption l / 100 km g CO 2 / km Motivace 160 140 120 100 80 60 40 20 0 6 5 4 3 2 1 135.7 g CO 2 /km Average in 2011 5.6l/ 100km 4.1/ 100km 130 g CO 2 /km Target in 2015 4.9l/ 100km 95 g CO 2 /km Target in 2020 3.6l/ 100km Start/stop systémy Hybridní motory Hmotnost dílů Downsizing aj. 0 2015 petrol 2020 petrol 2015 diesel 2020 diesel 5 / 20
Motivace Engine Friction Losses Rozvržení energetické spotřeby paliva u osobního vozu piston assembly valve train bearings, seals pumping and hydraulics 10% 15% 45% 30% K. Holmberg et al. / Tribology International 47 (2012) 221 234 6 / 20
Úvod do problematiky Oblasti vývoje: Mazání Materiály Povrchové úpravy 7 / 20
Shrnutí současného stavu poznání 1966 1986 1996 Hamilton et al. - mikronerovnosti na povrchu hřídelových těsnících kroužků jsou schopny produkovat hydrodynamický tlak a tím zvýšit únosnost materiálu Honování válců spalovacích motorů mikrodrážky jsou schopny zachycovat opotřebené částice v kontaktu Etsion et al. simulační matematický výpočet sférických důlků - nárůst únosnosti je díky lokální kavitaci a vhodná velikost a hustota textur je kritická Gropper et. al: Hydrodynamic lubrication of textured surfaces: A review of modeling techniques and key findings 8 / 20
Shrnutí současného stavu poznání Teoretické studie 2010 2012 Základní modely aplikované pro konformní kontakty - neuvažují změny ve viskozitě, hustotě a teplotě, 2015 Han et al. Effects of shaft axial motion and misalignment on the lubrication performance of journal bearings via a fast mixed EHL computing technology Kango et al: Thermal analysis of microtextured journal bearing using non-newtonian rheology of lubricant and JFO boundary conditions. Zakomponování kavitačního algoritmu, uvažování povrchové drsnosti 9 / 20
Shrnutí současného stavu poznání Experimentální studie pin-on-disc, ball-on-disc, reciproční testovací konfigurace Dadouche et al: Reflections on Journal Bearings Performance with Surface Texturing. Lu X, Khonsari MM. An experimental investigation of dimple effect on the stribeck curve of journal bearings Wang et al. Design principles for the area density of dimple patterns. Optimální hustota textur povrchu dle teoretických výpočtů vyšší ve srovnání s experimentálními závěry 10 / 20
Shrnutí současného stavu poznání IMAI et al. The effect of groove texture patterns on piston-ring pack friction. ADATEPE. investigation of tribological behaviors of dynamically loaded non-grooved and micro-grooved journal bearings 11 / 20
Shrnutí současného stavu poznání DAIDO METAL CO LTD. Shaft bearing member FEDERAL MOGUL WIESBADEN GMBH Plain bearing shell for use in hydrodynamic sliding bearing for supporting counter-rotor Transport opotřebených částic z kontaktu Rychlejší tvorba olejového filmu 12 / 20
Analýza a zhodnocení výsledků Geometrie (tvar, hustota, hloubka, patern ) Provozní podmínky Režimy mazání Reálné aplikační testy na kluzných ložiscích Numerická analýza Geometrie Umístění Hustota Experimentální Laboratorní ověření Potvrzení vlivu tření, opotřebení a maximální únosnosti materiálu na konvenvčních tribometrech. Nedostatek experimentů na dělených ojničních a klikových ložiscích. Není vyvinuta metoda k pozorování vlivu textury v reálných podmínkách v kluzném kontaktu a nejsou experimentálně ověřeny mechanismy vlivu textury Není zajištěna povrchová úprava chránící opotřebení textury v reálných zatěžovacích podmínkách Výrobní technologie 13 / 20
Vymezení cílů dizertační práce Cíl dizertační práce Objasnit vliv šípovitého tvaru mikrodrážek na funkci kluzného ložiska 1. Vyvinout experimentální metodologii k pozorováni texturovaného povrchu 2. Stanovit vhodnou geometrii mikrodrážek a popsat mechanismy vlivu na tribologické vlastnosti 3. Navrhnout potenciální výrobní technologii 14 / 20
Vědecká otázka a pracovní hypotézy Jaký je vliv šípovitého tvaru mikrodrážek na tribologické vlastnosti kluzného ložiska? Pracovní hypotézy 1. Drážky mají tendenci udržovat mazivo v centrální časti ložiska, tloušťka maziva je vyšší, zvyšují maximální únosnost 2. Abrazivní částice jsou směrovány do drážek a vytlačeny z kontaktu 15 / 20
Současný stav řešení dizertační práce Ad 1: Vyvoj experimentální metodologie k pozorováni texturovaného povrchu Instalace optického modulu 16 / 20
Současný stav řešení dizertační práce Ad 2: Geometrie textury 17 / 20
CoF Současný stav řešení dizertační práce Ad 2: Geometrie textury 0,17 0,16 0,15 0,14 0,13 0,12 0,11 0,1 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 Čistá hliníková slitina Texturovaná hliníková slitina 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 RPM Rozměry Jednotky Vzorek Al-Sn-Si, V9xŠ5xT1.5 mm Protikus disk, uhlíková ocel µm Rz 0.09 Zatížení 4 Kg Rychlost 10-1500 ot./min Doba testování 7 min Mazání VG22 Teplota oleje 20 C 18 / 20
Současný stav řešení dizertační práce Ad 2: Tribologické vlastnosti textury Texturovaný ložiskový materiál Netexturovaný ložiskový materiál Opotřebení: 7.2 µm Opotřebení: 4.8 µm 19 / 20
Současný stav řešení dizertační práce 1. Ad 3: Navrhnout potenciální výrobní technologii Leptání LST Pískování RAPIDSURF H2020 FoF-06-2017 20 / 20
Závěr Rok 2017 Dokončení instalace a validace optického modulu. Prezentace výsledků na WTC2017. Aplikace textury na povrch kluzného ložiska a validace jejího vlivu Rok 2018 Publikace výsledků Sepsání dizertační práce Presentation IMID Seminar 21 / 20
Děkuji za pozornost Martin Repka repka@daidometal.com http://uk.fme.vutbr.cz/