TRIBOLOGIE představení výzkumné skupiny VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ v BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ 3. 2. 2006
Osnova úvod experimentální zařízení měřicí metoda příklady řešených problémů - reologické vlastnosti maziv - mazací filmy v eliptických kontaktech - dimple phenomena -defekty na třecích površích - smíšené mazání průmyslový výzkum projekty složení skupiny 1 2 3 4 5 6 7 8 9 27
Úvod Pojem tribologie se poprvé objevil roku 1965 ve zprávě pracovní skupiny ustanovené britským Ministerstvem školství a vědy, kde byla tribologie definována jako věda a technologie zabývající se vzájemným působením povrchů při jejich relativním pohybu a s tím spojená praxe. Pojmenování má svůj původ v řeckých slovech tribos a logos a lze jej přeložit jako věda o tření. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 27
Mazací filmy Vzájemná interakce povrchů je totiž doprovázena vznikem pasivních odporů proti pohybu, které se označují jako tření. Důsledkem tření je opotřebení, což je degradační proces vedoucí k úbytku materiálu z interagujících povrchů. Tření je spojeno se ztrátou mechanické energie, opotřebení pak se ztrátou materiálu. Tření a opotřebení je možné zmenšit mazáním, jehož úlohou je prostřednictvím maziva zabránit bezprostřednímu styku povrchů. 10-4 velikost, m 10-5 10-6 10-7 10-8 10-9 10-10 10-11 drsnost povrchu monomolekulární mazací film mezný maz. film EHD maz. film HD mazací film 1 µm 1 nm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 27
Mazací filmy v bodových kontaktech mazací film zcela či zčásti oddělující třecí povrchy elastické deformace třecích povrchů řádově srovnatelné s tloušťkou mazacího filmu h c h min tloušťka mazacího filmu, h min 0,001 1 µm EHD tlak Hertzův tlak maximální tlak v kontaktu, p max 0,5 5 GPa vstupní oblast Hertzova oblast výstupní oblast 1 2 3 4 5 6 7 8 9 27
Studium mazacích filmů optickými měřicími metodami materiál třecích těles uspořádání třecích těles pohon třecích těles zatížení způsob mazání teplotní stabilita 1 2 3 4 5 6 7 8 9 27
Experimentální zařízení 3 CCD video kamera mikroskop světelný zdroj servomotor kulička (soudeček) ø 25.4 mm skleněný (safírový) kotouč servomotor 1 2 3 4 5 6 7 8 9 27
Experimentální zařízení 1 2 3 4 5 6 7 8 9 27
Kolorimetrická interferometrie - princip 1 2 3 4 5 6 7 8 9 27
Kolorimetrická interferometrie - software 1 2 3 4 5 6 7 8 9 27
Tvar mazacího filmu tloušťka mazacího filmu, nm 450 400 350 300 250 200 150 100 50-250 -200-150 -100-50 0 50 100 150 200 250 vzdálenost, µm tloušťka mazacího filmu, nm 450 400 350 300 250 200 150 100 50-250 -200-150 -100-50 0 50 100 150 200 250 vzdálenost, µm 10 11 12 13 14 15 16 17 18 27
Tvar mazacího filmu tloušťka mazacího filmu, nm 450 400 350 300 250 200 150 100 50-250 -200-150 -100-50 0 50 100 150 200 250 vzdálenost, µm tloušťka mazacího filmu, nm 450 400 350 300 250 200 150 100 50-250 -200-150 -100-50 0 50 100 150 200 250 vzdálenost, µm KŘUPKA, I. - HARTL, M. POLIŠČUK, R. ČERMÁK, J. LIŠKA, M.: Experimental Evaluation of EHD Film Shape and Its Comparison With Numerical Solution. Journal of Tribology Trans. ASME, 122, 2000, 4, s. 689-696. 10 11 12 13 14 15 16 17 18 27
Mazací filmy v eliptických kontaktech parametr elipticity k = (r y /r x ) 2/ π k = 2.79 rx = 12.7 mm ry = 63.5 mm k = 1.79 rx = 12.7 mm ry = 31.8 mm k = 1.39 rx = 12.7 mm ry = 21.2 mm k = 1 rx = 12.7 mm ry = 12.7 mm k = 0.68 rx = 12.7 mm ry = 7.0 mm k = 0.48 rx = 12.7 mm ry = 4.0 mm KŘUPKA,I. HARTL,M. POLIŠČUK, R. LIŠKA, M.: Experimental study of central and minimum film thickness in elastohydrodynamic elliptic contacts. In: TRIBOLOGY RESEARCH: FROM MODEL EXPERIMENT TO INDUSTRIAL PROBLEM, Elsevier, 2001, s. 495-504. 10 11 12 13 14 15 16 17 18 27
Centrální a minimální tloušťka mazacího filmu centrální tloušťka mazacího filmu h c reologické vlastnosti maziv nárůst teploty v mazacím filmu minimální tloušťka mazacího filmu h min únavové poškození třecích povrchů zadírání třecích povrchů opotřebování třecích povrchů 10 11 12 13 14 15 16 17 18 27
Reologické vlastnosti maziv SUN N 500 - základový naftenický olej MOBIL JET OIL II syntetický olej s přísadami (mazivo pro plynové letecké turbíny) 1000 1000 100 100 hc, nm hc, nm 10 10 1 0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 rychlost třecích povrchů u, m/s 1 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 rychlost třecích povrchů u, m/s 10 11 12 13 14 15 16 17 18 27
Mazací filmy za vysokých kontaktních tlaků 1000 0.512 GPa Experiment EHD teorie 0.979 GPa centrální tloušťka filmu, nm 100 10 Zhu Dong 1.517 GPa 1 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 rychlost, m/s KŘUPKA, I. - HARTL, M. - ZHU, D.: EHL film thickness behaviour under high pressure - comparison between numerical and experimental results, In: Proceedings of the IUTAM Symposium on Elastohydrodynamics and Microelastohydrodynamics, Springer, 2006, s. 217-228 10 11 12 13 14 15 16 17 18 27
Dimple Phenomena M. Kaneta, H. Nishikawa, K. Matsuda Kyushu Institute of Technology, Kitakyushu 10 11 12 13 14 15 16 17 18 27
Vliv defektů na třecích površích u kotouč < u kulička u kotouč =u kulička u kotouč > u kulička GAČR 101/03/0525: Studium únavového poškození elastohydrodynamicky mazaných třecích povrchů narušených vtiskem cizí částice 10 11 12 13 14 15 16 17 18 27
Vliv defektů na třecích površích URBANEC, L. ČERMÁK, J. - HARTL, M. - KŘUPKA, I.: Numerical Solution of EHL Point Contact with Single Real Dent and Comparison withexperimentalmeasurement, D-42, In: International Tribology Conference, Kobe, 2005, s. 343 10 11 12 13 14 15 16 17 18 27
Studium smíšeného mazání 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Studium smíšeného mazání Interferometrie s řízenou změnou fáze Kolorimetrická interferometrie Mirau interferenční objektiv PZT posuv objektiv 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Studium smíšeného mazání 140 120 0.00443 m/s 0.00886 m/s PSI profile film thickness, nm 100 80 60 40 20 0-200 -180-160 -140-120 -100-80 -60-40 -20 0 distance, µ m 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Studium smíšeného mazání u kotouč < u kulička u kotouč =u kulička u kotouč > u kulička 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Studium smíšeného mazání 60 Σ = 0 film thickness, nm 50 40 30 20 10 0-200 -150-100 -50 0 50 100 150 200 Σ = 0.5 film thickness, nm 60 50 40 30 20 10 0-200 -150-100 -50 0 50 100 150 200 Σ = 1 film thickness, nm 60 50 40 30 20 10 0-200 -150-100 -50 0 50 100 150 200 distance, µm 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Studium smíšeného mazání HARTL, M. - KŘUPKA, I. - FUIS, V. - LIŠKA, M.: Experimental study of lubricant film thickness behavior in the vicinity of real asperities passing through lubricated contact, TRIBOLOGY TRANSACTIONS, 47 (3), 2004, s. 376-385. HARTL, M. - KŘUPKA, I. - LIŠKA, M.: Direct observation of the behaviour of the real surface roughness passing through EHD point contact. In: Transient Processes in Tribology, Elsevier, 2004, s. 419-428. KŘUPKA, I. - HARTL, M. - LIŠKA, M.: Experimental Study of Real Roughness Features Within EHD Point Contacts, 3rd World Tribology Congress, Washington, 2005, s. 1-2 KŘUPKA, I. - HARTL, M. - LIŠKA, M.: The Influence of Slide-to-Roll Ratio on Lubricant Film Thickness Distribution in the Vicinity of Real Roughness Features Passing Through EHD Point Contact, In: Life Cycle Tribology, Elsevier, 2005, s. 48-56 KŘUPKA, I. - HARTL, M.: Behaviour of Roughness Features Passing Through EHD Point Contact, In: COST 532 Conference + NIST Conference, Porto, 2005, s. 45-51. 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Průmyslový výzkum doplňková činnost Posouzení reologických vlastností maziv Novibra Boskovice (vřetena textilních strojů) Torrington Česká republika (maziva pro průmyslové aplikace, plastická maziva) Eaton Corp. (chování maziv za vysokých kontaktních tlaků) Aplikace v oblasti vývoje valivých ložisek defekty na třecích površích neustálené provozní podmínky nestandardní maziva 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Projekty Vliv povrchových nerovností na chování mazacích filmů COST 532, Mezinárodní projekt EU, 2005-2007 Studium vlivu povrchových nerovností na utváření velmi tenkých mazacích filmů, Česko-čínská spolupráce, Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy, 2005-2006 Experimentální studium chování mazacích filmů při nestacionárních provozních podmínkách Grantová agentura České republiky, 2005-2007 Anorganické nanomateriály a nanostruktury: vytváření, analýza, vlastnosti, Výzkumný záměr, Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy, 2005-2010 Studium vlivu defektů na rozložení tlaku v mazacích filmech Postdoktorský projekt, Grantová agentura České republiky, 2006-2008 Experimentální studium mazacích filmů za podmínek smíšeného mazání Postdoktorský projekt, Grantová agentura České republiky, 2006-2008 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Výzkumný tým Akademičtí pracovníci Martin Hartl Ivan Křupka Radek Poliščuk (ÚAI) Michal Vaverka Martin Vrbka Externí pracovníci Postgraduální studenti Petr Svoboda (1. ročník) Martin Švestka (1. ročník) Michal Švehlák (2. ročník) Student Jan Medlík (5. ročník) Jan Čermák (Timken) Libor Urbanec (Timken) 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Děkuji za pozornost