Studium utváření elastohydrodynamických mazacích filmů u hypoidních převodů

Podobné dokumenty
Studium utváření elastohydrodynamických mazacích filmů u hypoidních převodů. Pojednání ke Státní doktorské zkoušce. M. Omasta

Formování tloušťky filmu v elastohydrodynamicky mazaných poddajných kontaktech

EXPERIMENTÁLNÍ STUDIUM TOKU MAZIVA V BODOVÉM KONTAKTU Kryštof Dočkal

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

Studium utváření elastohydrodynamických mazacích filmů u hypoidních převodů

Vliv povrchových nerovností na vývoj tření a tloušťky mazacího filmu v oblasti přechodu do smíšeného mazání

EXPERIMENTÁLNÍ STUDIUM CHOVÁNÍ MAZACÍCH FILMŮ KONTAMINOVANÝCH VODOU

Vysoké učení technické v Brně Brno University of Technology. Elastohydrodynamické mazání hypoidních převodů

EXPERIMENTÁLNÍ STUDIUM CHOVÁNÍ MAZACÍCH FILMŮ KONTAMINOVANÝCH VODOU

Konstrukce optického mikroviskozimetru

Numerická simulace elastohydrodynamicky mazaného kruhového kontaktu nehladkých povrchů

Aplikace barevného vidění ve studiu elastohydrodynamického mazání

Experimentální studium chování mazacích filmů kontaminovaných vodou

Studium tenkých mazacích filmů spektroskopickou reflektometrií

Problematika dizertační práce a současný stav řešení

TRIBOLOGIE. představení výzkumné skupiny. VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ v BRNĚ

Aplikace spektroskopické reflektometrie při studiu elastohydrodynamického mazání

Konstrukce optického mikroviskozimetru

Problematika disertační práce a současný stav řešení

Vliv složení třecí vrstvy na tribologii kontaktu kola a kolejnice

Experimentální studium utváření mazacích filmů při reverzaci a rozběhu třecích povrchů

EXPERIMENTÁLNÍ STUDIUM UTVÁŘENÍ MAZACÍHO FILMU V SYNOVIÁLNÍM KLOUBU

Experimentální studium chování mazacích filmů kontaminovaných vodou. Ing. Daniel Koutný

Studium přechodových p v mazacích ch filmech vysokorychlostní barevnou kamerou

Metody modifikace topografie strojních prvků

Modifikace tření v kontaktu kola a kolejnice

In-situ studium změny topografie třecích povrchů v elastohydrodynamickém kontaktu

ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ ÚK

Problematika disertační práce a současný stav řešení

Pojednání ke státní doktorské zkoušce. Vliv topografie třecích povrchů na funkci kluzných ložisek

Ozubené tyče / Ozubená kola / Kuželová soukolí Kuželová soukolí s přímým ozubením

Studium smykově namáhaných elastohydrodynamických mazacích filmů za tranzientních podmínek

PŘEVODY S OZUBENÝMI KOLY

TRIBOLOGIE. představení výzkumné skupiny. VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ v BRNĚ FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ

Studium smykově namáhaných elastohydrodynamických mazacích filmů za tranzientních podmínek

Projekt disertační práce

Elastohydrodynamické mazání poddajných třecích povrchů

Obr. 1 Převod třecí. Obr. 2 Variátor s osami kolmými

Profesorská přednáška. Doc. Ing. Martin Hartl, Ph.D.

Kontaktní osoby: Česká republika Ing. Lucie Stavařová Project manager - Optical measurement

Valivé ložisko klíč k vyšší účinnosti

Doktorské studium na Ústavu konstruování v akademickém roku 2010/2011

Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1

Numerická simulace elastohydrodynamicky mazaného kruhového kontaktu nehladkých povrchů

Témata doktorského studia pro akademický rok 2011/2012

Prezentace odboru metodiky konstruování

v akademickém roku 2009/2010 Ústav konstruování, Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně

VLIV POVRCHOVÝCH RÝH NA MAZÁNÍ BODOVÝCH KONTAKTŮ

PŘEVODY S OZUBENÝMI KOLY KUŽELOVÝMI A ŠROUBOVÝMI PLANETOVÝ PŘEVOD

Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost (OPVK)

Snížení tření a opotřebení strojních částí cílenou modifikací třecích povrchů

Tepelně izolační styčník s čelní deskou. Zdeněk Sokol České vysoké učení technické v Praze

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Mechanická modifikace topografie strojních součástí

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

VLIV POVRCHOVÝCH NERONVOSTÍ NA VÝVOJ TŘENÍ A TLOUŠŤKY MAZACÍHO FILMU V OBLASTI PŘECHODU DO SMÍŠENÉHO MAZÁNÍ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta strojního inženýrství Ústav konstruování. Ing. Ivan Křupka, Ph.D.

Interní doktorandi. Interní zaměstnanci. Externí doktorandi. Odbor metodiky konstruování. Personální zabezpečení

Tvorba technické dokumentace

Vysoké u ení technické v Brn

Hydromechanické procesy Obtékání těles

133YPNB Požární návrh betonových a zděných konstrukcí. 4. přednáška. prof. Ing. Jaroslav Procházka, CSc.

ρ 490 [lb/ft^3] σ D 133 [ksi] τ D 95 [ksi] Výpočet pružin Informace o projektu ? 1.0 Kapitola vstupních parametrů

VALIVÁ LOŽISKA Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích

NÁVRH A REALIZACE ÚLOH DO FYZIKÁLNÍHO PRAKTIKA Z

Výroba tablet. Lisovací nástroje. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob. Lisování tablet. Horní trn (razidlo) Lisovací matrice (forma, lisovnice)

1 Zatížení konstrukcí teplotou

STROJNICKÉ TABULKY II. POHONY

Bez PTFE a silikonu iglidur C. Suchý provoz Pokud požadujete dobrou otěruvzdornost Bezúdržbovost

ÚVOD DO MODELOVÁNÍ V MECHANICE

Aplikace barevného vidění při studiu elastohydrodynamického mazání

Studium tenkých mazacích filmů spektroskopickou reflektrometrií

1 Úvod do konstruování 3 2 Statistické zpracování dat 37 3 Volba materiálu 75 4 Analýza zatížení a napětí Analýza deformací 185

Cvičební texty 2003 programu celoživotního vzdělávání MŠMT ČR Požární odolnost stavebních konstrukcí podle evropských norem

VLIV ZPŮSOBŮ OHŘEVU NA TEPLOTNÍ DEGRADACI TENKÝCH OTĚRUVZDORNÝCH PVD VRSTEV ZJIŠŤOVANÝCH POMOCÍ VYBRANÝCH METOD

Modelování vázaného šíření teplotněvlhkostního

Obsah. Ozubené hřebeny 239. Čelní kola a hřebeny s šikmým ozubením 241. Čelní ozubená kola. Čelní ozubená kola plastová 254.

Vysoké učení technické v Brně Brno University of Technology

POWER GEAR. Výkonná vysokorychlostní úhlová převodovka.

VLIV REOLOGIE MAZIV NA TLOUŠŤKU MAZACÍHO FILMU

21A412: Optimalizace geometrických parametrů a pevnostních výpočtů ozubených kol automobilních převodovek zahrnující reálné provozní podmínky.

Témata doktorského studia pro akademický rok 2014/2015

iglidur H2 Nízká cena iglidur H2 Může být použit pod vodou Cenově výhodné Vysoká chemická odolnost Pro vysoké teploty

Čelní soukolí s přímými zuby

KLÍČOVÁ SLOVA kontaminace vodou, emulze V/O, tenké mazací filmy, optická interferometrie, tribologické vlastnosti

Posouzení za požární situace

LOGO. Struktura a vlastnosti pevných látek

Ocelobetonové stropní konstrukce vystavené požáru Jednoduchá metoda pro požární návrh

Nelineární problémy a MKP

Hodnocení tribologických vlastností procesních kapalin

Témata doktorského studia pro akademický rok 2014/2015

TA Sanace tunelů - technologie, materiály a metodické postupy Zesilování Optimalizace

Výroba tablet. Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob. Lisování tablet. POMOCNÉ LÁTKY (kluzné látky, rozvolňovadla) LÉČIVÉ LÁTKY

NÁVRHÁŘ. charakteristika materiálu. Numerický experiment Integrovaný model Dynamický materiálový model. kontrolovatelné parametry

Dynamická pevnost a životnost Přednášky

[D] Konstrukční a procesní inženýrství.

Výpočtové nadstavby pro CAD

Stanovení požární odolnosti. Přestup tepla do konstrukce v ČSN EN

iglidur N54 Biopolymer iglidur N54 Produktová řada Samomazná a bezúdržbová Založen na obnovitelných zdrojích Univerzální použití

Transkript:

Studium utváření elastohydrodynamických mazacích filmů u hypoidních převodů M. Omasta Prezentace k obhajobě doktorské dizertační práce 18. 11. 2013 Institute of Machine and Industrial Design Faculty of Mechanical Engineering Brno University of Technology

Úvod Studium utváření elastohydrodynamických mazacích filmů u hypoidních převodů 1/22 1/22

Úvod Studium utváření elastohydrodynamických mazacích filmů u hypoidních převodů Elastohydrodynamické (EHD) mazání Kapalinné nebo smíšené tření. Významná deformace povrchů vlivem jejich nekonformity. Významná změna viskozity maziva s tlakem. Souč. tření Mezné mazání Smíšené mazání Hydrodynamické mazání Suché tření Elasto-Hydrodynamické mazání (EHD) Charakteristické číslo - µu/p 2/22 2/22

Úvod Studium utváření elastohydrodynamických mazacích filmů u hypoidních převodů Hypoidní ozubení Vychází z kuželového kola s nepřímým ozubením. Osa pastorku je odsazena: různý směr rychlostí povrchů; vyšší ztráty způsobené třením; vyšší únosnost. 3/22 3/22

Úvod Podmínky v hypoidním soukolí eliptický kontakt (zpravidla s velkým poměrem elipticity); směr unášivé rychlosti je různě natočený vůči osám kontaktní elipsy; významná skluzová složka rychlosti; různý směr skluzové a unášivé rychlosti; parametry se během záběru mění. u 1 u s ε θ δ u e 2b u 2 2a 4/22 4/22

Současný stav poznání Analýza záběru zubů v hypoidním soukolí EHD mazání za podmínek v hypoidním soukolí Výkonnové parametry ozubení Vliv sluzové rychlosti Vliv natočení unášivé rychlosti Vliv směru skluzové rychlosti Experimentální studium Numerická analýza + TCA u 2 u e u 1 u s θ 0 0 u s u 2 u e u 1 Mohammadpour, 2012 Jubault, 2003 Chittenden, 1985 5/22 5/22

Současný stav poznání Různý směr skluzové a unášivé rychlosti Způsob dosažení skluzu Cameron, 1952 WAM - Wedeven Associates, Inc. Johnson, 1977 Optický tribometr Foord, 1969 Kuwano, 1985 Twin-disc Hoehn, 2011 Numerický model Liu, 2005 6/22 6/22

Současný stav poznání Závěry Kombinace TCA a EHD numerické analýzy není vhodná pro základní popis mechanizmů utváření mazacího filmu u hypoidních převodů. Vliv skluzové rychlosti byl poměrně dobře popsán, ačkoli různé teorie, které tyto projevy popisují, jsou stále předmětem diskuzí. Vliv směru unášivé rychlosti u eliptického kontaktu byl především numericky poměrně dobře popsán, ovšem experimentálně lze tento případ (bez skluzové složky) je velmi obtížně modelovat. Vliv různého směru unášivé a skluzové rychlosti (u kruhového kontaktu) byl popsán jen velmi stroze a publikovaná zdůvodnění pozorovaných jevů neodpovídají současným poznatkům. 7/22 7/22

Vymezení cílů práce Cíl práce Popsat chování mazacího filmu a mechanizmy jeho utváření za podmínek, které se vyskytují při záběru boků zubů hypoidního soukolí. Důraz je kladen především na vliv různého směru unášivé a skluzové rychlosti u kruhového kontaktu a směru unášivé rychlosti u eliptického kontaktu. Kontakt bude simulován na modifikovaném optickém tribometru a bude použito optické interferenční metody. Vědecká otázka Jaký je vliv různého směru vektorů třecích povrchů resp. různého směru vektorů unášivé a skluzové rychlosti na rozložení tloušťky mazacího filmu? Pracovní hypotéza (paradigma) Na utváření mazacího filmu se podílí unášivá složka rychlosti ve směru valení; složka skluzové rychlosti přispívá naopak k redukci tloušťky mazacího filmu a nezáleží na jejím směru. 8/22 8/22

Metody 9/22 9/22

Metody Vektory rychlostí v kontaktu u d δ u s u e ε u b Unášivá rychlost Skluzová rychlost u1 + u e = 2 u = u u u 2 s 1 2 Vstupní parametry ӏu b ӏ ӏu d ӏ δ Výsledné parametry ӏu e ӏ ӏu s ӏ ε Rozsah podmínek δ = 0 45, 135 180 ε = 0 180 u u 0.83; 4.83 s e = Podmínky mírného skluzu vs. podmínky vysokého skluzu 10/22 10/22

Metody Kruhový kontakt h = f (SRR e ) h = f (δ) h = f (ε) SRR e = {0 4} δ = {0 45 ; 135 } ε = {0 90 } ε = 0 ; δ = 0 ε = 90 δ 45 δ 135 u s / u e = 0.83 u s / u e = 4.83 u e u s ε = 90 δ δ 45 ε δ 135 ε x u d u e θ δ u b ε Eliptický kontakt y u s h = f (δ) h = f (θ) h = f (u e ) h = f (ε) δ = {0 45 } θ = {0 90} - ε = {45 ; 90 } SRR y = konst. u s konst. ε = 90 ; δ = 45 δ 45 δ 135 u s / u e = 0.83 u s / u e = 0.83 u s / u e = 4.83 θ = 67.5 θ = 22.5 θ = 67.5 11/22 11/22

Metody Kruhový kontakt h = f (SRR e ) h = f (δ) h = f (ε) SRR e = {0 4} δ = {0 45 ; 135 } ε = {0 90 } ε = 0 ; δ = 0 ε = 90 δ 45 δ 135 u s / u e = 0.83 u s / u e = 4.83 u e u s ε = 90 δ δ 45 ε δ 135 ε x u d u e θ δ u b ε Eliptický kontakt y u s h = f (δ) h = f (θ) h = f (u e ) h = f (ε) δ = {0 45 } θ = {0 90} - ε = {45 ; 90 } SRR y = konst. u s konst. ε = 90 ; δ = 45 δ 45 δ 135 u s / u e = 0.83 u s / u e = 0.83 u s / u e = 4.83 θ = 67.5 θ = 22.5 θ = 67.5 12/22 12/22

Materiál Mechanické a fyzikální vlastnosti Sklo BK7 Safír Ocel Modul pružnosti v tahu (GPa) Poissonův poměr (-) Měrná tepelná kapacita (J*kg -1* K -1 ) Tepelná vodivost (W*m -1* K -1 ) 81 0.208 858 1.114 420 0.29 761 30 210 0.3 490 43 Mazivo 500N FVA3 Glycerol Typ oleje Další vlastnosti Viskozita η 0 (Pa*s) Při teplotě ( C) Tlakově-viskózní koeficient α (GPa -1 ) naftenický - 0.32 25 31 minerální ISO VG 100 0.23 25 19.4-99.5% GC 1.41 20 5.4 13/22 13/22

Výsledky kruhový kontakt h = f (δ); u e = 0.12 ms -1 ; p H = 0.71 GPa; sklo δ = 0 δ = 15 δ = 30 δ = 45 δ = 135 Film thickness (nm) Vertical film thickness profile, u e =0.12ms -1 450 400 350 300 250 0 200 15 30 150 45 135 h = f(δ) 100-300 -200-100 0 100 200 300 Vertical (y-axis) position (µm) Film thickness (nm) Horizontal film thickness profile, u e =0.12ms -1 450 h = f(δ) 0 400 15 30 350 45 135 300 250 200 150 100-300 -200-100 0 100 200 300 Horizontal (x-axis) position (µm) 14/22 14/22

Výsledky kruhový kontakt h = f (ε); u e = 0.12 ms -1 ; p H = 0.71 GPa; u s / u e = 0.83; sklo ε = 0 ε = 10 ε = 30 ε = 60 ε = 90 Film thickness (nm) Vertical film thickness profile, u e =0.12ms -1 450 400 350 300 250 0 200 10 30 150 60 90 h = f(ε) 100-300 -200-100 0 100 200 300 Vertical (y-axis) position (µm) Film thickness (nm) Horizontal film thickness profile, u e =0.12ms -1 450 0 400 10 30 350 60 90 300 250 200 150 100-300 -200-100 0 100 200 300 Horizontal (x-axis) position (µm) 15/22 15/22

Výsledky kruhový kontakt h = f (ε); u e = 0.2 ms -1 ; u s / u e = 4.83 u b > u d u b < u d ε = 0 ε = 30 ε = 60 ε = 90 ε = 120 ε = 150 ε = 180 Skleněný disk Safírový disk 16/22 16/22

Výsledky kruhový kontakt h = f (p); u e = 0.2 ms -1 ; u s / u e = 4.83; ε = 90 p h = 0.57 GPa p h = 0.76 GPa p h = 0.95 GPa p h = 1.11 GPa p h = 1.50 GPa Film thickness (nm) 800 700 600 500 400 Vertical film thickness profile, u e =0.24ms -1 300 0.57 GPa 200 0.76 GPa 0.95GPa 100 1.11 GPa 1.50 GPa 0-300 -200-100 0 100 200 300 Vertical (y-axis) position (µm) Film thickness (nm) Horizontal film thickness profile, u e =0.24ms -1 600 0.57 GPa 0.76 GPa 500 0.95GPa 1.11 GPa 400 1.50 GPa 300 200 100 0-300 -200-100 0 100 200 300 Horizontal (x-axis) position (µm) 17/22 17/22

Diskuze u e = 0.12 ms -1 u e = 0.16 ms -1 u e = 0.20 ms -1 u e = 0.24 ms -1 Opačný skluz Valení + skluz Čisté valení 18/22 18/22

Diskuze Mechanizmus teplotně-viskozitního klínu Teplo generované v kontaktu je vedeno kontaktními tělesy; vzhledem k relativnímu pohybu těles je profil teploty a viskozity napříč filmem axisymetrický; interakce protisměrných toků maziva o různé viskozitě vytváří nárůst tlaku a formování důlku v tloušťce mazacího filmu. 19/22 19/22

Výsledky eliptický kontakt h = f (ε); u s / u e = 4.83 ε = 90 u e = 0.025 ms -1 u e = 0.05 ms -1 u e = 0.1 ms -1 ε = 45 u e = 0.2 ms -1 u e = 0.3 ms -1 20/22 20/22

Závěry Vědecká otázka Jaký je vliv různého směru vektorů třecích povrchů resp. různého směru vektorů unášivé a skluzové rychlosti na rozložení tloušťky mazacího filmu? Pracovní hypotéza (paradigma) Na utváření mazacího filmu se podílí unášivá složka rychlosti ve směru valení; složka skluzové rychlostipřispívá naopak k redukci tloušťky mazacího filmu a nezáleží na jejím směru. Závěr Hypotéza může být potvrzena nebo falzifikována v závislosti na rozsahu podmínek, ve kterých ji uvažujeme. Část hypotézy (o funkci unášivé složky rychlosti) je pravdivá, stejně jako funkce skluzové složky v podobě redukce tloušťky mazacího filmu. Tato funkce je však mnohem komplexnější. Obecně lze tvrdit že: Pracovní hypotéza je falzifikována 21/22 21/22

Závěry Význam práce pro teorii Nově bylo prokázáno, že nejen velikost, ale také směr skluzové rychlosti má vliv na tvar mazacího filmu. Tato skutečnost nebyla dosud v publikacích diskutována. Kromě zvýšení smykového napětí, které vede k celkovému poklesu tloušťky filmu, je významný i tepelný tok kontaktem, který různý směr pohybu vektorů rychlostí povrchů způsobuje. Pro numerické ověření je nezbytné zohlednění termálních jevů v EHD modelu. Různý směr vektorů rychlostí umožňuje pozorovat a částečně odlišit jevy, které v případě pohybu ve stejném směru splývají: např.: nikoli směr skluzové rychlosti, ale směr pohybu disku s nízkou tepelnou vodivostí ovlivňuje tvar mazacího filmu v centrální oblasti kontaktu. Práce poskytuje experimentální základ pro rozšíření obecné teorie EHD mazání. Význam práce pro praxi Při běžných podmínek, které se vyskytují v hypoidních ozubeních (poměr rychlostí, materiály, úhly) lze akceptovat současný způsob predikce tloušťky filmu. Existují aplikace, kde je situace odlišná. Šnekové ozubení. 22/22 22/22

M. Omasta