TRIBOLOGIA TEORIA I PRAKTYKA v.XXXVIII Nr 1, 2007 (211)



Leszek DĄBROWSKI ①, Piotr PAJĄCZKOWSKI ①, Grzegorz ROTTA ①, Andreas SCHUBERT ①, Michał WASILCZUK ①

KLOCKI SAMOPOMPUJĄCE W ŁOŻYSKACH HYDRODYNAMICZNYCH

SELF-PUMPING PADS IN THE HYDRODYNAMIC BEARINGS

Słowa kluczowe:

łożyska hydrodynamiczne, symulacje, niezawodność, turbiny wodne, mechanika płynów

Key-words:

hydrodynamic bearings, simulations, reliability, water turbines, fluid mechanics
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

We współpracy z firmą ALSTOM HYDRO (Szwajcaria), zespół Katedry Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechniki Gdańskiej przeprowadził symulacje przepływowe kilku rozwiązań konstrukcyjnych mających na celu zwiększenie niezawodności turbin wodnych. W artykule opisano jedno z takich rozwiązań – tak zwane łożysko z klockami samopompującymi.
Głównym celem jest uzyskanie przepływu oleju w układzie smarowania łożyska hydrodynamicznego bez stosowania dodatkowych urządzeń pomocniczych, takich jak na przykład silniki elektryczne i pompy.
Takie podejście pozwala na obniżenie kosztów całego systemu, jak również podnosi stopień jego bezobsługowości.
Klocki samopompujące wykorzystują część ciśnienia hydrodynamicznego wytworzonego w filmie olejowym do pompowania oleju przez układ chłodzenia. Do realizacji tego celu konieczne jest zastosowanie specjalnej konstrukcji klocków łożyskowych, a układ chłodzenia musi zapewniać odpowiednio małe straty hydrauliczne. Celem projektu było opracowanie przepływowych modeli MES łożyska hydrodynamicznego.
Wielokrotne obliczenia miały wskazać optymalne rozwiązania dla określonych zestawów parametrów. Głównym kryterium w tym przypadku było uzyskanie maksymalnego przepływu przez układ chłodzenia. Zasadniczym celem całego projektu było stworzenie prostego w użyciu i szybkiego narzędzia wspomagającego proces projektowania łożysk z klockami samopompującymi, pomagającego określić optymalne warunki pracy oraz szacującego wydajność układu chłodzenia. Metoda Elementów Skończonych (MES) jest doskonałym narzędziem do rozwiązywania takich skomplikowanych zagadnień, ale jest nieefektywna, gdy chodzi o czas obliczeń. Z tego powodu została ona wykorzystana tylko jako pośrednie, pomocnicze narzędzie.

Summary

In cooperation with ALSTOM HYDRO (Switzerland) company, KKiEM team of scientists from Gdańsk University of Technology performed CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations of several oil pumping devices that increase reliability of the water turbines. In the article one of these design solutions has been presented.
These solutions is so called selfpumping pad.
The main purpose is to cause oil flow in the lubricating system of the hydrodynamic bearing with use of no additional devices, like electrical motors and pumps for example. Such an approach is a convenient way of cost reduction and self – operating functions building in.
The selfpumping pad, uses a part of hydrodynamic pressure produced in the oil film to pump oil out to the cooling system. A special design of the bearing pad is necessary. carefully designed to obtain small hydraulic losses. The aim of the project was to develop finite element models of the hydrodynamic bearing. Oil flow simulations should help to find an optimum solution for a specified set of parameters. Optimum here means maximum pumping efficiency (oil flow). Goal of the project was creation of a simple and fast working tool that aids design of self-pumping bearings, helps to get optimal working conditions and estimates performance of the cooling system.
FEM (Finite Element Method) is an excellent way to solve such a complex problems but it is inefficient in the matter of time. This is why FE models for this problem are only an auxiliary tool.
Tribo-07v38n1_p011.pdf (7.18 Mb)


Czesław DYMARSKI ①

ANALIZA MOŻLIWOŚCI WPŁYWANIA NA PRACĘ PROMIENIOWEGO USZCZELNIENIA ŚLIZGOWEGO POPRZEZ DEFORMOWANIE JEGO PANWI

ANALYSIS OF POSSIBILITY OF INFLUENCE ON THE RADIAL SLIDING SEALS OPERATING BY DEFORMATION OF THE BEARING SLEEVE

Słowa kluczowe:

uszczelnienia ślizgowe, łożyska ślizgowe, napędy hydrauliczne

Key-words:

silding seals, sliding bearing, hydraulic drives
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

W artykule przedstawiono zasadę działania promieniowych uszczelnień ślizgowych oraz ukazano istotny wpływ podstawowych parametrów konstrukcyjnych na skuteczność i jakość ich pracy. Uszczelnienia te stosowane są w instalacjach okrętowych śrub nastawnych, w turbinach wodnych typu Kaplana i maszynach górniczych do drążenia tuneli. Umożliwiają one wprowadzenie oleju pod ciśnieniem do wnętrza obracającego się wału. Zapewnienie stabilnej i skutecznej pracy uszczelnienia, zwłaszcza przy wyższych ciśnieniach oleju zasilającego, można osiągnąć poprzez celowe deformowania sprężyste panwi w kierunku zmniejszenia luzu promieniowego. Poznanie możliwości i ograniczeń tego typu działania jest niezwykle ważne dla zapewnienia skutecznego i bezpiecznego działania wymienionych urządzeń.

Summary

The paper presents principle of the radial sliding seals action and shows essential influence of the structural parameters on effectiveness and quality of work. This kind of seals a applied to controllable pitch propellers, Kaplan type water turbines and miner’s machines for driving tunnels. Stable and effective performance of the seal, especially during high pressure oil delivery, can be obtained by intentional elastic deforming of the bearing sleeve with the aim of reducing of the radial clearance. A knowledge of possibilities and limits of such action is very important for assurance of effective and safe work of the seals.
① Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, ul. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk – Wrzeszcz.
Tribo-07v38n1_p021.pdf (5.37 Mb)


Czesław DYMARSKI ①, Wojciech LITWIN ①

WPŁYW CHROPOWATOŚCI NA PRACĘ HYDRODYNAMICZNEGO ŁOŻYSKA SMAROWANEGO WODĄ Z POLIMEROWĄ PANWIĄ

INFLUENCE OF SURFACE ROUGHNESS ON WORK OF WATER LUBRICATED MAIN SHAFT BEARING WITH POLYMER BEARING BUSH

Słowa kluczowe:

tribologia, łożyskowanie, wały śrubowe

Key-words:

tribology, bearings, sliding bearings, surface roughness
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

Artykuł dotyczy łożysk z polimerowymi panwiami smarowanymi wodą. Celem realizowanych badań było eksperymentalne zbadanie wpływu wysokości i ułożenia chropowatości na powierzchni panwi na pracę smarowanego wodą łożyska hydrodynamicznego.
Wszystkie badania eksperymentalne zostały wykonane na specjalnym stanowisku badawczym na Wydziale Oceanotechniki i Okrętownictwa Politechniki Gdańskiej.
Podczas badań przetestowano trzy pary materiałów. Każda para miała panew wykonaną z jednakowego materiału, luz średnicowy był prawie taki sam (tabela), a różniły się one ułożeniem nierówności i jej wysokością.
Przeprowadzone badania eksperymentalne wykazały, że ułożenie nierówności ma drugorzędne znaczenie (przedstawiono wykresy trajektorii osi wału i oporów ruchu), większy wpływ na opory ruchu ma wysokość chropowatości.

Summary

The article deals with water lubricated main shaft bearings. The main idea of experimental test made recently was to check influence of roughness height and direction on work of water lubricated hydrodynamic bearing.
All experimental tests were made on special test stand design and built at the Faculty of Ocean Engineering and Ship Technology of the Gdansk University of Technology.
During the tests three pairs of bearings were tested. Every pair has the same bearing bush material and almost the same diameter clearance. The difference was in roughness direction and height.
Conducted measurements proved that roughness direction hasn’t big influence on bearing work (pictures of resistance of movement and shaft center trajectories). Much more important is roughness height especially during run in period.
① Politechnika Gdańska, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa, ul. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, tel. (058) 347-16-08, fax 58-341-47-12, e-mail: , e-mail:
Tribo-07v38n1_p037.pdf (4.52 Mb)


Paweł FLASZYŃSKI ①, Wojciech LITWIN ①

NUMERYCZNA ANALIZA TRÓJWYMIAROWGO PRZEPŁYWU W POLIMEROWYM ŁOŻYSKU SMAROWANYM WODĄ

NUMERICAL ANALYSIS OF THREE DIMENSIONAL FLOW IN WATER LUBRICATED BEARING WITH POLYMER BEARING BUSH

Słowa kluczowe:

tribologia, łożyskowanie, wały śrubowe

Key-words:

tribology, bearings. Sliping bearings, water lubricated bearings
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

Praca prezentuje wyniki obliczeń przepływu trójwymiarowego w obszarze szczeliny łożyska wraz z komorą zasilającą i spływową. Obliczenia wykonano przy zastosowaniu programu FLUENT. Przedstawiono wartości lokalne w postaci rozkładu ciśnienia i temperatury w łożysku oraz charakterystyki globalne: wartości sił i masowego natężenia przepływu. Wyniki obliczeń przedstawiono na tle danych eksperymentalnych dla jednej z wybranych konfiguracji łożyska.

Summary

The article deals with water lubricated main shaft bearings. The main idea of this article was to check and present the possibilities of modern CFD software - FLUENT 6.2 as a tool for calculation of hydrodynamic bearings. The results of conducted calculations were compared to measurements.
All experimental tests were made on special test stand design and built at the Faculty of Ocean Engineering and Ship Technology of the Gdansk University of Technology.
The results of calculated load capacity are similar. The value difference was about 30%. Bigger difference was in measured and calculated pressure field. Probably problem was in measured values.
① Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny Oceanotechniki i Okrętownictwa, ul. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk – Wrzeszcz, tel. (058) 347-28-44, fax (058) 341-47-12, e-mail:
Tribo-07v38n1_p049.pdf (4.45 Mb)


Rafał GAWARKIEWICZ ①

PROBLEM WYBORU BEZSMAROWEGO MATERIAŁU ŚLIZGOWEGO DLA ŁOŻYSK PRACUJĄCYCH W WARUNKACH MAŁYCH OSCYLACJI

PROBLEM OF SELF LUBRICATING BEARING MATERIAL SELECTION FOR BEARINGS OPERATING WITH SMALL AMPLITUDE OSCILLATIONS

Słowa kluczowe:

bezsmarowe materiały łożyskowe, ekologiczne łożyskowanie, małe oscylacje, zużycie

Key-words:

greaseless bearing materials, ecological bearing, guide vanes, oscillation with small amplitude, wear
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

W pracy omówiono przyczyny przyspieszonego zużywania się elementów węzłów łożyskowych, w których zastosowano ekologiczne materiały bezsmarowe. Wykazano szczególny wpływ oscylacji o małej amplitudzie – najczęściej występujących w sposób niezamierzony w pracy łożyska – na zużywanie się materiałów. Przedstawiono wyniki badań doświadczalnych wybranych materiałów łożyskowych. Podjęto próbę wyjaśnienia, dlaczego w takich warunkach pracy obserwuje się przyśpieszone zużywanie materiału bezsmarowego oraz dlaczego wielkość i rodzaj zużywania się niemetalowych bezsmarowych materiałów może się tak znacząco różnić w porównaniu z materiałami na osnowie stalowej. Dane katalogowe oferowanych przez rynek bezsmarowych materiałów łożyskowych nie zawierają informacji o odporności na zużywanie w tak specyficznych warunkach pracy.

Summary

In the paper the causes of accelerated wear are described in ecological bearing units made from lubrication free bearing materials. In particular the influence of small amplitude oscillations on wear of material was indicated – being most often an unintentional interference into the bearing operation. Research results for selected materials were presented. In the article it is attempted to explain why, in such working conditions, the amount and type of wear of non-metal self lubricating materials can be significantly different as compared with materials with steel based. Catalogue data of commercial dry-bearing materials does not contain information about wear resistance in such specific operating conditions.
① Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, Wydział Mechaniczny, Politechnika Gdańska, ul. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, tel. (58) 347-19-37.
Tribo-07v38n1_p057.pdf (3.97 Mb)


Andrzej MŁYNARCZAK ①, Jan Kazimierz WŁODARSKI ①

ZMIANY LEPKOŚCI OLEJÓW SMAROWYCH UŻYTKOWANYCH W BEZWODZIKOWYCH SILNIKACH OKRĘTOWYCH

CHANGES OF LUBRICATING OILS VISCOSITY IN TRUNK PISTON MARINE DIESEL ENGINES

Słowa kluczowe:

bezwodzikowy silnik okrętowy, oleje smarowe, lepkość, łożyska ślizgowe, wartości graniczne

Key-words:

trunk piston marine diesel engine, lubricating oils, viscosity, journal bearings, limit values
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań eksploatacyjnych zmiany lepkości olejów smarowych użytkowanych w bezwodzikowych silnikach okrętowych. Przeanalizowano czynniki mające wpływ na zmiany lepkości oleju smarowego w eksploatacji oraz wpływ tych zmian na pracę łożysk ślizgowych silnika. Przeprowadzono dyskusję wartości granicznych dotyczących lepkości olejów smarowych zalecanych przez producentów, rozpatrywanych w artykule silników okrętowych. Niektóre z tych wartości (dotyczące maksymalnego dopuszczalnego spadku lepkości oleju) budzą pewne wątpliwości i powinny być traktowane z rezerwą. Przy ocenie tych wartości powinno się uwzględniać stan techniczny silnika (zużycie łożysk).

Summary

The paper presents research results of lubricating oils viscosity changes in trunk piston marine diesel engines in real operation. The analysis of factors having influence on marine engines journal bearings work was executed. Discussion of lubricating oils limit values recommended by engines makers was carried out. Some of these values related to maximum fall of lubricating oil viscosity are doubtful and should be treated with reserve. Estimating these values we should take into consideration engine technical condition (wear of journal bearings).
① Akademia Morska w Gdyni, ul. Morska 81-87, 81-225 Gdynia, tel. (058) 69-01-319, e-mail: tel. (058) 690-13-24, fax. (058) 620-67-01, e-mail: ,
Tribo-07v38n1_p071.pdf (3.71 Mb)


Antoni NEYMAN ①

MATERIAŁY CERAMICZNE W ŁOŻYSKACH ŚLIZGOWYCH

CERAMIC MATERIALS FOR SLIDING BEARINGS

Słowa kluczowe:

ceramika, łożyska ślizgowe, tribologia

Key-words:

ceramics, sliding bearings, tribology
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

Ceramika maszynowa jest szeroko stosowana w węzłach tribologicznych. Można wymienić 5 zasadniczych obszarów jej stosowania. Łożyska smarowane wodą i cieczami na bazie wody, łożyska działające w wysokich temperaturach, łożyska smarowane cieczami agresywnymi chemicznie i zawierającymi ścierne zanieczyszczenia, łożyska w precyzyjnych urządzeniach, zapewniające dużą trwałość i małe opory ruchu oraz biołożyska. Ceramiczne łożyska poprzeczne i wzdłużne oraz elementy, uszczelnień produkowane są przez wiele wytwórni jako lite elementy, a także z powłokami nakładanymi w zróżnicowany sposób. Bardzo szybki rozwój obserwować można szczególnie w badaniach i stosowaniu cienkich powłok nakładanych metodami PVD i CVD. Zawansowane technologie inżynierii materiałowej stosowane dla polepszenia odporności na pękanie i kruchości ceramiki.

Summary

Ceramics are widely used in tribological applications. There are five areas of the applications: water and water based fluids lubricated bearings, hot temperatures bearings, highly corrosive and abrasive fluids lubricated bearings, precise wear resistant sliding couples and biobearings. Journal and thrust bearings and sealing elements are manufactured in many factories as bulk elements or coatings. Rapid development is observed in coating technology achievement as well as in research works to improve tribological performances of ceramics. Some advanced techniques are used to improve fracture toughness, ductility and impact resistance of ceramics closing the gap between metals and ceramics. Intensive developments are observed in tribological properties of coatings deposited using CVD and PVD especially in composite ceramic coatings.
① Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, ul. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, tel. (058) 347-19-37, e-mail:
Tribo-07v38n1_p081.pdf (3.66 Mb)


Artur OLSZEWSKI ①, Michał WODTKE ①, Piotr HRYNIEWICZ ②

POWŁOKI FLUOROPOLIMEROWE ORAZ PRZECIWTARCIOWE W ŁOŻYSKACH

FOLIOWYCH SMAROWANYCH WODĄ FLUOROPOLYMER AND ANTI-FRICTION COATINGS FOR WATER-LUBRICATED FOIL BEARINGS

Słowa kluczowe:

powłoki przeciwtarciowe, powłoki fluoropolimerowe, łożysko foliowe, smarowanie wodą, badania doświadczalne

Key-words:

anti-friction coatings, fluoropolymer coatings, foil bearing, water lubrication, laboratory tests
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

W artykule przedstawiono krótką charakterystykę oraz wyniki badań tribologicznych wybranych powłok fluoropolimerowych oraz przeciwtarciowych dostępnych na polskim rynku. Badania zużycia powłok przeprowadzono pod kątem ich zastosowania w oryginalnym łożysku foliowym smarowanym wodą. Testy wykonano w skojarzeniu płaskim z przeciwpróbkami stalowymi, na tribometrze PT-3 znajdującym się w laboratorium Katedry Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechniki Gdańskiej. W celu porównania właściwości badanych powłok w stosunku do innych materiałów wykonano również testy typowej taśmy teflonowej i materiału Thortape firmy Thordon. Próby prowadzono w warunkach smarowania wodą oraz na sucho. Na podstawie analizy wyników wyłoniono trzy powłoki do potencjalnego zastosowania w łożyskach foliowych smarowanych wodą.

Summary

This paper presents the results of wear testing of several commercially available fluoropolymer and anti-friction coatings with the potential application in water-lubricated foil bearings. The tests were performed in a flat conformal configuration against steel counterparts in the PT-3 tribometer available at the Machine Design And Maintenance Technology Department, Gdańsk University of Technology. In order to compare the tested coatings with other more common materials the tests were also conducted using a typical Teflon tape as well as Thortape made by Thordon. The tests were conducted in dry and in water environments. Three coatings were chosen for potential application in water-lubricated foil bearings.
① Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, ul. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, tel.: (058) 347 26 93, fax.: (058) 347 27 42, e-mail: , tel. (058) 347 25 84, fax.: (058) 347 27 42, e-mail:mwodtke@pg.gda.pl
② Instytut Maszyn Przepływowych Polskiej Akademii Nauk, ul. Fiszera 14, 80-952 Gdańsk, tel.: (058) 346 08 81, fax: (058) 341 61 44, e-mail:
Tribo-07v38n1_p093.pdf (3.07 Mb)


Artur OLSZEWSKI ①, Michał WODTKE ①, Piotr HRYNIEWICZ ②

EKOLOGICZNE ŁOŻYSKO FOLIOWE SMAROWANE WODĄ – BUDOWA I ANALIZA WPŁYWU WYBRANYCH PARAMETRÓW KONSTRUCYJNYCH NA SZTYWNOŚĆ PODPARCIA ŁOŻYSKA

ENVIRONMENTALY FRIENDLY WATER LUBRICATED FOIL BRAING – DESIGN AND INFLUENCE ANALYSIS OF SELECTED DESIGN PARAMETERS ON BEARING SUPPORT STIFFNESS

Słowa kluczowe:

łożysko foliowe, łożysko ślizgowe poprzeczne, symulacja komputerowa, metoda elementów skończonych

Key-words:

foil bearing, hydrodynamic journal bearing, computer simulation, FEM method
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

W artykule przedstawiono budowę prototypu ekologicznego łożyska foliowego smarowanego wodą ze szczególnym uwzględnieniem wpływu geometrii elementów podatnych łożyska na jego sztywność. Znane z literatury badania łożysk foliowych prowadzone były do tej pory z wykorzystaniem efektu aerodynamicznego. Przedstawiony oryginalny prototyp jest wg wiedzy autorów pierwszym łożyskiem foliowym zaprojektowanym z założeniem wykorzystania wody jako czynnika smarującego. Poprawna praca łożysk foliowych jest bardzo silnie uwarunkowana zapewnieniem odpowiedniej sztywności elementów podpierających i folii ślizgowej, ponieważ deformacje tych elementów wpływają bezpośrednio na kształt szczeliny smarowej, a tym samym na własności łożyska. Dlatego też, dla ułatwienia doboru właściwej geometrii elementów podatnych łożyska zbudowano model pojedynczego segmentu podatnego z użyciem Metody Elementów Skończonych. Przeanalizowano wpływ wybranych parametrów konstrukcyjnych folii falistej (takich jak rozpiętość wypukłości, wysokość wypukłości, grubość folii, liczby wypukłości w segmencie i współczynnik tarcia) na jej sztywność oraz na wielkość maksymalnych naprężeń w folii falistej.

Summary

This paper presents a design of a prototype environmentally-friendly water-lubricated foil bearing, with a special attention to the influence of bump foil geometry on bearing stiffness. Published research on foil bearings focused mostly on aerodynamic bearings. To the authors' knowledge, the presented bearing prototype is the first foil bearing designed for water lubrication. Because the deformation of the bearing structure directly influences the bearing clearance and hence the bearing operational characteristics, it is critical that the bearing stiffness is carefully designed. To this end, an FEM model of a single bump foil was built and a parametric study investigating the bearing stiffness was conducted. The study investigated the influence of bump length, bump height, foil thickness, number of bumps in a bump foil segment and the coefficient of friction between bearing elements on the bearing deflection and on the stress levels in the bump foil.
① Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, ul. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, tel.: (058) 347 26 93, fax.: (058) 347 27 42, e-mail: , tel. (058) 347 25 84, fax.: (058) 347 27 42, e-mail:mwodtke@pg.gda.pl
② Instytut Maszyn Przepływowych Polskiej Akademii Nauk, ul. Fiszera 14, 80-952 Gdańsk, tel.: (058) 346 08 81, fax: (058) 341 61 44, e-mail:
Tribo-07v38n1_p105.pdf (2.73 Mb)


Ewa PAWELEC ①,Jolanta DRABIK ①

ZMIANY TRWAŁOŚCI ZMĘCZENIOWEJ ŁOŻYSK TOCZNYCH JAKO EFEKT INTERAKCJI SKŁADNIKÓW SMARU PLASTYCZNEGO I MATERIAŁU WĘZŁA TARCIA

THE CHANGE OF FATIGUE LIFE OF ROLLING BEARINGS AS EFFECT OF AN INTERACTION BETWEEN GREASE COMPONENTS AND FRICTION ELEMENTS SURFACE

Słowa kluczowe:

trwałość zmęczeniowa, łożysko toczne, smar plastyczny, dodatek nieorganiczny

Key-words:

fatigue life, rolling bearing, grease, inorganic additive
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badania grupy ekologicznych smarów plastycznych o zróżnicowanym składzie jakościowym. Przygotowane kompozycje smarowe zawierały w składzie ten sam rodzaj fazy dyspergującej i dodatków modyfikujących właściwości smarne a różny rodzaj zagęszczacza.
Badania trwałości zmęczeniowej przeprowadzono z zastosowaniem aparatu czterokulowego – tester T-03. Oceniono wpływ składników kompozycji smarowych na zmianę trwałości zmęczeniowej łożysk pracujących w skojarzeniu smarowanym ekologicznymi smarami plastycznymi.
Stwierdzono wzrost trwałości zmęczeniowej łożysk tocznych testowanych w obecności kompozycji smarowych na zagęszczaczu nieorganicznym zawierających dodatki smarne. Stosowanie tego samego rodzaju dodatku w kompozycji na zagęszczaczu organicznym skutkuje spadkiem trwałości zmęczeniowej.
Uzyskane wyniki badań tribologicznych zinterpretowano w oparciu o analizę powierzchni śladu tarcia wykonaną z wykorzystaniem skaningowego mikroskopu elektronowego sprzężonego z mikroanalizatorem rentgenowskim. Do identyfikacji struktury powstających w śladzie tarcia produktów zastosowano mikrospektrofotometrię w podczerwieni.

Summary

This paper presents the results of research of ecological greases with different qualitative compositions. The prepared greases contained the same dispersing phases and lubricating modifier but different kind of a thickener.
The fatigue life tests were carried out using T-03 four-ball tester. The influence of grease components on the rolling bearings fatigue life was estimated.
Tribological tests were performed for these elaborated greases which showed the best antiwear and anti seizure properties. The investigations of AW and EP properties were carried out using T-02 four-ball tester.
It has been stated that inorganic thickener has a beneficial influence on the fatigue life of elements lubricated with grease with lubricating additive. The organic thickener caused the decrease of fatigue life of elements lubricated with grease which contains an identical lubricating additive.
The obtain results of tribological tests were compared with results of wear scar surface analyses.
The surface analyses were performed using scanning electron microscopy and energy dispersive spectrometry. The analyses of wear scar were performed with use of IR microspectrophotometry.
① Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel.: (048) 364-39-03, e-mail:
Tribo-07v38n1_p115.pdf (2.25 Mb)


Witold PIEKOSZEWSKI ①, Marian SZCZEREK ①

WPŁYW OLEJÓW SMAROWYCH POCHODZENIA ROŚLINNEGO NA POWIERZCHNIOWĄ TRWAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWĄ

AN INFLUENCE OF LUBRICANTS ON THE BASE OF VEGETABLE OILS ON SURFACE FATIGUE LIFE

Słowa kluczowe:

pitting, oleje roślinne, powłoki PVD

Key-words:

pitting, vegetable oils, PVD coatings
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

W pracy opisano wyniki badań wpływu ekologicznych olejów smarowych pochodzenia roślinnego na powierzchniową trwałość zmęczeniową (pitting) skojarzeń materiałowych wysokoobciążonych, tocznych węzłów tarcia. Przebadano różne oleje pochodzenia roślinnego (rzepakowy, sojowy, słonecznikowy, rycynowy oraz kompozycję na bazie oleju rzepakowego) oraz różne skojarzenia materiałowe (stal-stal oraz stal skojarzona ze stalą pokrytą powłokami PVD). W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono negatywny wpływ olejów roślinnych na trwałość zmęczeniową stalowych węzłów tarcia. Pokrycie stali typowymi powłokami PVD (TiN, CrN, WC/C, MoS2) nie umożliwia poprawy sytuacji (co ma miejsce w przypadku zacierania).

Summary

Dependences of surface fatigue life (pitting) on kind of an environmentally friendly lubricants on the base of vegetable oils for high loaded, rolling friction pairs have been described. There were different vegetable oils tested (rapeseed, soybean, sunflower and composition on the base of rapeseed oil) as well as different materials of friction pairs (mating materials: steel – steel and steel – steel covered with typical PVD coatings). As an effect of experiments performed the negative influence of vegetable oils on surface fatigue life was stated. Covering steel elements with typical PVD coatings (TiN, CrN, WC/C, MoS2), otherwise to scuffing, do not allow for improving this situation.
① Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (048) 364-42-41, fax: (048) 364-47-65, e-mail: , e-mail: .
Tribo-07v38n1_p127.pdf (2.04 Mb)


Elżbieta ROGOŚ ①

EFEKTYWNOŚĆ DZIAŁANIA DODATKÓW EP i AW W ROŚLINNYCH BAZACH OLEJOWYCH

EFFECTIVENESS OF EP AND AW ADDITIVES IN VEGETABLE OILS

Słowa kluczowe:

oleje roślinne, dodatki smarne, właściwości przeciwzużyciowe, właściwości przeciwzatarciowe

Key-words:

vegetable oils, lubricating additives, antiwear properties, antiseizure properties
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

Przedstawiono wyniki badań modyfikowania właściwości przeciwzatarciowych i przeciwzużyciowych roślinnych baz olejowych o różnej klasie lepkości, wytworzonych jako mieszaniny różnych produktów roślinnych. Jako dodatki przeciwzatarciowe stosowano siarkowane oleje roślinne i komercyjny dodatek zawierający siarkę. Dodatki przeciwzużyciowe były komercyjnymi dodatkami opartymi na dialkiloditiofosforanie cynku. Testy tribologiczne prowadzono za pomocą klasycznego i zmodyfikowanego aparatu czterokulowego dla skojarzenia stal-stal.
Stwierdzono, że każdy z badanych dodatków miał korzystny wpływ na właściwości przeciwzużyciowe i przeciwzatarciowe olejów roślinnych. Wykazano, że najkorzystniejsze działanie przeciwzatarciowe miały oleje siarkowane: słonecznikowy i sojowy. Zapewniały one także porównywalną do dodatków przeciwzużyciowych ochronę węzła tarcia przed zużyciem. Stwierdzono, że kompozycje zawierające siarkowane oleje roślinne charakteryzowały się wyższą trwałością filmu smarnego od komercyjnego dodatku zawierającego siarkę i zapewniały porównywalną z nim ochronę węzła tarcia przed zużyciem w warunkach zacierania.

Summary

This paper presents results of research on modification of antiwear and antiseizure properties of vegetable oil bases. There were tested mixtures of various vegetable oils of various viscosity grade. There were used as additives sulphuric vegetable oils and commercial additives containing sulphur. As antiwear additives commercial additives based on zinc diaktylodithiophosphate were used. Tribological tests were conducted with standard and modified four-ball machine for steel-steel tribosystem.
It has been stated that each of tested additives proved a positive effect on antiwear and antiseizure properties of vegetable oils. There were showed that sulphuric oils: soya and sunflower assured protection of tribosystem against wearing which can be compared to antiwear additives effect. They also have the highest antiseizure effectiveness. It has been proved that compounds which contained sulphuric vegetable oils had better load carrying capacity of lubricating film than compound with commercial additive containing sulphur.
That also assured protection of tribosystem against wearing in conditions of high loads which can be compared commercial additive effect.
① Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (048) 364-39-03, e-mail: elzbieta.rogos.itee.radom.pl
Tribo-07v38n1_p137.pdf (1.50 Mb)


Grzegorz ROTTA ①

ANALIZA PRZEPŁYWU OLEJU PRZEZ ROWEK SMAROWY WZDŁUŻNEGO ŁOŻYSKA ŚLIZGOWEGO Z WYKORZYSTANIEM KOMPUTEROWEJ DYNAMIKI PŁYNÓW (CFD)

ANALYSIS OF THE LUBRICANT FLOW THROUGH THE HYDRODYNAMIC THRUST BEARINGS GROOVE WITH THE USE OF COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC

Słowa kluczowe:

łożyska wzdłużne, smarowanie hydrodynamiczne, temperatura wlotowa, obliczenia MES

Key-words:

thrust bearings, hydrodynamic lubrication, inlet temperature, FEM calculations
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

Smarowanie zanurzeniowe jest tradycyjnym sposobem smarowania wzdłużnych łożysk ślizgowych. Jednak rozwiązanie to wykazuje umiarkowaną skuteczność w zapewnieniu optymalnie niskich temperatur w filmie smarowym, a ponadto jest przyczyną strat mocy związanych z mieszaniem oleju w obudowie łożyska, co jest szczególnie widoczne w łożyskach szybkoobrotowych. Wymagania stawiane nowym konstrukcjom łożysk ślizgowych to zwiększanie nośności łożyska, które następuje po obniżeniu temperatury maksymalnej w filmie smarowym i jednocześnie zmniejszanie strat mocy spowodowanych tarciem w filmie i mieszaniem oleju w obudowie łożyska. Często wymaga się, aby powyższe cele uzyskać przy zmniejszeniu strumienia oleju zasilającego. Jednym z rozwiązań konstrukcyjnych, które pozwala na realizację tak postawionego celu jest rowek w krawędzi wlotowej (LEG). W pracy przedstawiono wykorzystanie komputerowej dynamiki płynów (CFD) do analizy ruchu oleju zasilającego w łożysku dla dwóch sposobów smarowania: zanurzeniowego i poprzez rowek w krawędzi wlotowej. Przedstawione wyniki pokazują możliwości prostego i szybkiego analizowania różnych odmian konstrukcyjnych rowka w krawędzi wlotowej lub różnych parametrów oleju zasilającego.

Summary

Flooded lubrication is a traditional lubrication system in thrust bearings. However, this method has moderated effectiveness in assuring low temperatures in oil film and it causes some amount of power losses connected with churning and pumping effects in a bearing’s housing, what is particularly apparent in high speed bearings. Present requirements for new designs of slider bearings are: increasing of load capacity, which happens after decreasing maximum temperature in oil film, and decreasing power losses caused by friction in oil film and churning in bearings housing at the same time. Very often one demand to achieve these requirements at reduced oil flowrate.
One of the arrangements which allow to accomplish above been mentioned requirements is the leading edge groove (LEG). In this paper uses of CFD for analyses of lubricated oil motion in two bearing lubrication systems is described: flooded lubrication and leading edge groove lubrication. Presented results show ability to simple and fast analyzing of different leading edge groove modification or different oil properties.
① Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, ul. G. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, tel. 058 347-25-84, e-mail:
Tribo-07v38n1_p149.pdf (1.41 Mb)


Józef RYBCZYŃSKI ①

WPŁYW ROZOSIOWANIA ŁOŻYSK NA TRAJEKTORIE CZOPÓW TURBOZESPOŁU 13K215

INFLUENCE OF BEARING MISALIGNMENTS ON BEARING SHAFT TRAJECTORIES OF 13K215 TURBOSET

Słowa kluczowe:

diagnostyka techniczna, maszyna wirnikowa, łożysko ślizgowe

Key-words:

technical diagnostics, rotating machine, slider bearing
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

Artykuł przedstawia wyniki komputerowej analizy wpływu maksymalnego dopuszczalnego rozosiowania łożysk turbozespołu 13K215 na jego stan dynamiczny. Dla celów tej analizy zostały wyznaczone zakresy dopuszczalnych przemieszczeń łożysk ze względu na kryteria dopuszczalnych drgań łożysk. Pokazano, w jaki sposób przemieszczenia dwóch newralgicznych łożysk turbozespołu w stosunku do ich położenia bazowego zmienia warunki ruchowe wszystkich łożysk ślizgowych, co uwidacznia się w wielkości i kształcie trajektorii czopów łożyskowych. Wyniki zostały przedstawione graficznie w postaci zbioru względnych trajektorii wszystkich siedmiu łożysk. Stwierdzono, że przemieszczenie jednego z łożysk pary w pewnym kierunku wywołuje podobny efekt, jak przemieszczenie drugiego z łożysk w kierunku przeciwnym. Przyczyny tego podobieństwa można wyjaśnić na podstawie analizy zjawisk w filmie olejowym łożysk.

Summary

The paper presents results of a computer analysis of influence of maximum permissible displacements of 13K215 turboset bearings on dynamic state of the machine. For this purpose the ranges of acceptable displacement of bearings of the turboset have been evaluated by means of numerical analysis of the turboset with respect to criterion of permissible bearing vibrations. Displacement of any bearing of the turboset in relation to its base location changes operational conditions of all slide bearings, that has influence on dimension and shape of the bearing trajectories. The analysis has been limited to the effect of displacement of pair of two neuralgic bearings, No. 5 and No. 6. The most sensitive bearing to these bearings misalignment is the bearing No. 4, as vibrations are usually exceeded in these bearing.
Results are presented graphically in the form of relative trajectories of all 7 bearing shafts. There has been found that displacement of one bearing creating the pair to certain direction results in such effect as displacement of the second bearing in opposite direction. The vibration amplitudes are comparable and the trajectory shapes are similar. This testifies similarity of phenomena in the shafts-bearings system in both cases. Reasons of the similarities can be explained on the ground of phenomena in oil film of journal bearings.
① Instytut Maszyn Przepływowych, Polska Akademia Nauk, 80-952 Gdańsk, ul. Fiszera 14, tel.: (058) 699-52-73, fax: (058) 341-61-44, e-mail:
Tribo-07v38n1_p161.pdf (1.07 Mb)


Jan SIKORA ①

WPŁYW ASYMETRII CYKLU OBCIĄŻENIA I RODZAJU OLEJU NA WYTRZYMAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWĄ STOPU ŁOŻYSKOWEGO

INFLUENCE OF LOAD ASYMMETRY CYCLE AND KIND OF OIL ON FATIGUE LIFE OF BEARING ALLOY

Słowa kluczowe:

stopy łożyskowe, wytrzymałość zmęczeniowa, obciążenia zmienne, oleje smarowe, badania doświadczalne

Key-words:

bearing alloys, fatigue strength, variable load, lubricating oils, experimental research
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

Zbadano wpływ asymetrii cyklu obciążenia na wytrzymałość zmęczeniową warstwy ślizgowej ze stopu AlSn11Cu1 bimetalowych panwi łożyskowych w środowisku trzech olejów smarowych: podstawowego, mineralnego i syntetycznego. Badania przeprowadzono w testerze zmęczeniowym SKMR-2 w kontrolowanej temperaturze 80°C. Stwierdzono uzależnienie wytrzymałości zmęczeniowej stopu od charakteru obciążenia określonego wartością współczynnika asymetrii cyklu R i rodzaju oleju.
Wytrzymałość warstwy ślizgowej maleje przy wzroście wartości naprężeń rozciągających w warstwie stopu. Zmniejszenie odporności na obciążenia zmienne zaobserwowano dla olejów uszlachetnionych zawierających handlowy pakiet inhibitorów. Analiza statystyczna wyników testów wskazuje na istotny efekt interakcyjny rodzaju oleju i asymetrii cyklu obciążenia.

Summary

An influence of R stress ratio values and three kinds of lubricating oils: basic, mineral and synthetic on fatigue strength of bearing bush slide layer made of AlSn11Cu1 alloy has been investigated. Experiments were performed in fatigue tester SKMR-2 under conditions of controlled temperature on the level of 80°C. Results of research pointed out that fatigue strength of alloy surface layer strongly depends on values of R stress ratio and kind of oil. Fatigue strength limit of the alloy decreases with increase of tensile stress value in slide layer of the bearing bush. Decrease in fatigue strength limit of the alloy in the presence of oil was observed as well especially for oils modified with the packet of market inhibitors. Statistical analysis of test data pointed out that the interaction effect of R ratio and kind of oil proved to be significant as well.
① Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, ul. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk , tel. (058) 3471844, e-mail:
Tribo-07v38n1_p171.pdf (730.02 Kb)


Stanisław STRZELECKI ①

THERMAL PERFORMANCES OF 2-LOBE JOURNAL BEARINGS

CHARAKTERYSTYKI CIEPLNE ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH 2-POWIERZCHNIOWYCH

Key-words:

theory of lubrication, 2-lobe journal bearings, oil film temperature

Słowa kluczowe:

teoria smarowania, łożyska 2-powierzchniowe, temperatura filmu smarowego
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Summary

In high power turbomachinery units the 2-lobe journal bearings are applied. Such units are characterized by the large diameters of shafts and the peripheral speed of journals reaches 100 m/s. Thermal performances of bearing include the oil film temperature distribution, its maximum value and location. The design of reliable journal bearings has to base on the full knowledge of bearing thermal performances.
The paper describes the thermal performances of the 2-lobe journal bearings of different length to diameter ratio. Reynolds, energy and viscosity equations were solved numerically on the assumption of incompressible lubricant and the laminar, adiabatic flow of oil in the bearing gap.

Streszczenie

Dążenie do zwiększenia mocy powoduje rozwój turbozespołów osiągających moc rzędu 1000 MW. W turbozespołach dużej mocy stosowane są łożyska 2-powierzchniowe. Łożyska takie, w porównaniu do łożysk cylindrycznych charakteryzują się lepszą statecznością w zakresie większych prędkości obrotowych, obciążeń oraz zapewniają korzystniejsze warunki chłodzenia w filmie olejowym.
Konstrukcja łożysk turbozespołów musi zapewnić niezawodną i długotrwałą ich pracę. Znajomość charakterystyk cieplnych łożysk zapewnia odpowiednią konstrukcję i pracę w zakresie właściwych temperatur.
Rozwój nowych materiałów łożyskowych oraz wymagania trwałej i niezawodnej pracy powodują, że istnieje dalsza konieczność badań doświadczalnych i teoretycznych w zakresie charakterystyk cieplnych łożysk.
W referacie przedstawiono rozkłady temperatur oraz temperaturę maksymalną łożyska cylindrycznego z dwoma rowkami smarowymi oraz łożyska 2-powierzchniowego („cytrynowego”). Dla łożysk o skończonej długości rozwiązano równania: geometrii filmu smarowego, Reynoldsa, energii i lepkości.
Wyniki obliczeń porównano z wynikami badań doświadczalnych innych autorów.
① Politechnika Łódzka, Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, ul. B. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, tel. (042) 6312257, e-mail:
Tribo-07v38n1_p185.pdf (8.25 Mb)


Michał STYP-REKOWSKI ①, Dariusz OZIMINA ②, Janusz MUSIAŁ ①

ŚRODOWISKOWE UWARUNKOWANIA SMAROWANIA TOCZNYCH WĘZŁÓW ŁOŻYSKOWYCH

ENVIRONMENTAL ASPECTS OF ROLLING BEARINGS' PAIRS LUBRICATION

Słowa kluczowe:

smarowanie, środki smarowe, toczna para kinematyczna, środowisko pracy

Key-words:

lubrication, lubricant, rolling kinematic pair, operational environment
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

Smarowanie węzłów łożyskowych, zagadnienie często niedoceniane, rozpatrywane jest najczęściej w aspekcie stałości cech użytkowych węzła. W istocie spełnia ono o wiele więcej zadań i należy uwzględniać je w szerszym aspekcie. W niniejszej pracy analizie poddano środowiskowe uwarunkowania smarowania.
Łącznym efektem oddziaływania mediów smarujących jest zmniejszenie intensywności procesu zużywania. Przyczyniają się one do zwiększenia trwałości maszyn, gdyż determinują w dużym stopniu trwałość stosowanych w nich łożysk tocznych – spełniają więc bardzo istotną funkcję, zarówno przy kryteriach technicznych, jak i ekonomicznych.
Analizując środowiskowe uwarunkowania smarowania rozpatrzono następujące zagadnienia:
- oddziaływanie czynnika smarującego na elementy łożyska tocznego (z uwzględnieniem dodatków smarowych),
- wpływ czynnika smarującego na otaczające środowisko,
- oddziaływanie środowiska na elementy łożyska,
- środowiskową funkcję uszczelnienia.
Przeprowadzone rozważania zilustrowano przykładami zaczerpniętymi z badań własnych i dostępnej literatury.

Summary

Lubrication of bearings pairs is the problem often insufficiently estimated in the phase of design. During operation the most often it is considered in aspect of operational features stability of friction pair. In general matter, it fulfils more functions and it should be discuss in wider aspect. In this paper environmental problems of rolling bearings lubrication were discussed.
Lubrication of friction pairs is necessary condition for corectness of their application. General effect of lubricated media is minimization of wear process intensity. Indirectly, they caused increasing of machine durability as result of their influence on fatigue life of used rolling bearings. So, the lubricants fulfil very important functions, both, with technical as well as economic criteria.
In investigated environmental aspects of lubrication, the following problems were discussed: interaction of lubricants (also with additives) and rolling bearing elements, influence of lubricant on surroundings, acting of medium on bearing elements, interaction of lubricants' components, ecological and environmental functions of sealing.
Conducted analysis were ilustrated by the examples taken from authors' own investigations and from literature.
① Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, Wydział Mechaniczny, al. Prof. S. Kaliskiego 7, 85-789 Bydgoszcz, tel. (052) 340-86-23, e-mail: , tel.: (052) 3408656, e-mail:
② Politechnika Świętokrzyska, Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn, al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, 25-314 Kielce, tel. (041) 342-45-05, e-mail:
Tribo-07v38n1_p199.pdf (7.95 Mb)


Michał WASILCZUK ①

POLIMEROWE WARSTWY ŚLIZGOWE W KONSTRUKCJI HYDRODYNAMICZNYCH ŁOŻYSK WZDŁUŻNYCH

POLYMER LINING IN THE DESIGN OF HYDRODYNAMIC THRUST BEARINGS

Słowa kluczowe:

polimery, hydrodynamiczne łożysko wzdłużne, temperatura, film smarowy

Key-words:

polymers, thrust bearing, temperature, oil film
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

Zastosowanie polimerów jako warstw ślizgowych pozwala na znaczące podwyższenie obciążalności hydrodynamicznych łożysk wzdłużnych. Znanych jest wiele zastosowań łożysk z polimerowymi warstwami ślizgowymi (głównie z PTFE i PEEK) głównie w turbinach wodnych w Rosji i Chinach, ale ostatni obserwuje się rosnące zainteresowanie w innych krajach. Artykuł ten jest krótkim przeglądem specyficznych właściwości łożysk z polimerowymi warstwami ślizgowymi wynikających z cech tych materiałów. Omówiono znane sposoby łączenia warstwy ślizgowej z podłożem klocka, metoda opracowana w Rosji znacząco zwiększa podatność powierzchni segmentu. Wpływ tej podatności na kształt szczeliny smarowej został omówiony w pracy. Innym aspektem stosowania polimerowego pokrycia jest wyeliminowanie odkształceń termicznych klocków łożyskowych dzięki małemu przewodnictwu cieplnemu polimerów. W pracy opisano także wpływ napełniaczy stosowanych jako dodatki do czystych polimerów na intensywność zużycia i współczynnik tarcia powierzchni ślizgowej.

Summary

Application of polymers as pad facing allows for a significant improvement in tilt pad thrust bearing performance under severe operating conditions. Many applications of PTFE lined thrust bearings are known, primarily in water turbines in Russia and China, but recently a lot of interest in this kind of pad facing is observed in other countries, as well. This paper is a short overview of the peculiarities in bearing performance caused by some specific properties of polymer composites. Known techniques for bonding polymers to steel backing are first discussed. The PTFE bonding method utilized in Russia results in an intentionally increased resilience of the bearing surface. The effect of compliant nature of polymer lining on oil film geometry is considered. Another important aspect of using polymer facing is the thermal insulation of the pad, minimizing its thermal distortions. Tribological (friction and wear) aspects of using polymer layers are also discussed.
① Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, ul. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, tel. (058) 3472584, e-mail:
Tribo-07v38n1_p211.pdf (6.97 Mb)


Michał WASILCZUK ①, Michał WODTKE ①

WPŁYW ODKSZTAŁCEŃ TARCZY OPOROWEJ WAŁU NA WŁAŚCIWOŚCI HYDRODYNAMICZNEGO ŁOŻYSKA WZDŁUŻNEGO

INFLUENCE OF COLLAR DEFORMATIONS ON HYDRODYNAMIC THRUST BEARING PERFORMANCE

Słowa kluczowe:

hydrodynamiczne łożysko wzdłużne, deformacje tarczy oporowej, symulacja komputerowa

Key-words:

hydrodynamic thrust bearing, collar deformations, computer simulation
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

Modele teoretyczne opisujące własności hydrodynamicznych łożysk wzdłużnych nie uwzględniają wpływu deformacji tarczy oporowej łożyska na jego właściwości. Jednocześnie, uwzględniane do tej pory w modelach obliczeniowych zjawiska nie gwarantują uzyskania dokładnych wyników, szczególnie w przypadku łożysk wzdłużnych dużych rozmiarów, np. hydrogeneratorów. Potwierdzają to wyniki badań doświadczalnych. W prezentowanym opracowaniu podjęto próbę określenia możliwego wpływu deformacji termosprężystej tarczy oporowej łożyska na jego cechy. Porównano wyniki trzech wariantów obliczeń TEHD: bez uwzględnienia deformacji tarczy, z uwzględnieniem tylko deformacji sprężystych oraz z uwzględnieniem deformacji termosprężystych tarczy oporowej. Uwzględnienie odkształceń termosprężystych tarczy zapewniło znaczną poprawę zgodności wyników obliczeń i danych eksperymentalnych. Trudnym do rozwiązania problemem związanym z analizą teoretyczną tego zagadnienia jest wiarygodne określenie termicznych warunków brzegowych dla tarczy oporowej i tulei łożyska, które mogą istotnie wpływać na wyniki analiz.

Summary

Theoretical models of hydrodynamic thrust bearings do not usually consider thermoelastic deformations of the collar, while pad deformations are usually taken into account. In many cases the results of theoretical analysis differ much from experimental data despite of variety of effects being included in the TEHD models. In the authors’ research an attempt of including runner thermoelastic deformation in a bearing model was taken up. The results of calculations of a water turbine thrust bearing were compared for three cases – no runner deformation, elastic runner deformation and thermoelastic deformation. Including runner thermoelastic deformations resulted in improved agreement between theoretical results and available experimental data. However a detailed knowledge on runner design and boundary conditions is necessary for realistic evaluation of deformations, which is to a great extent individual design dependent and difficult to generalize.
① Politechnika Gdańska, Wydział Mechaniczny, ul. Narutowicza 11/12, 80-952 Gdańsk, tel. (058) 3472584, e-mail: , tel. (058) 3472742, e-mail:
Tribo-07v38n1_p225.pdf (6.56 Mb)


Krzysztof WIERZCHOLSKI ①, Andrzej MISZCZAK ①

NUMERICAL DETERMINATION OF FRICTION COEFFICIENTS OCCURRING IN UNSTEADY HUMAN JOINTS

NUMERYCZNE WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKÓW TARCIA WYSTĘPUJĄCYCH W NIESTACJONARNYCH STAWACH CZŁOWIEKA

Key-words:

friction coefficient, capacity, numerical methods, random changes of height gap

Słowa kluczowe:

współczynnik tarcia, siła nośna, metoda numeryczna, losowe zmiany wysokości szczeliny
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Summary

The main aim of this paper is to derive a formula for friction coefficient in human hip joint and perform the numerical calculations of friction coefficients for changeable gap height and hydrodynamic lubrication with taking into account rotation of bone head in unsymmetrical flow. Friction coefficients in bio-joints have usually values ranging from 0.001 to 0.030. The paper contains sic figures, where numerical results are illustrated.
In the previous authors research have been discussed the hydrodynamic parameters for human joint lubrication, mainly concerning symmetrical flow of synovial fluid.
Present paper shows an idea of friction forces in various human joints for various geometry of bone co-operating surfaces, changeable joint gap height and unsymmetrical synovial fluid flow. In those papers the analytical methods are only used as a rule. To obtain the friction coefficient we must divide the friction forces by the capacity forces.
The problem of capacity force in human joint gap in the case of its changeable height and synovial fluid unsymmetrical flow, has not been discussed in the previous papers.

Streszczenie

W niniejszej pracy została przedstawiona metoda numerycznego wyznaczania wartości współczynników tarcia występujących w stawie biodrowym człowieka przy uwzględnieniu zmiennych wartości chropowatości powierzchni stawowych, a także zmian losowych wysokości szczeliny w trakcie niestacjonarnych periodycznych efektów, wywołanych funkcjonowaniem narządów ruchu.
Niestacjonarne efekty losowe wywołane są poprzez stochastyczne zmiany wysokości szczeliny powodowane nieustalonymi deformacjami wysokości chropowatości współpracujących powierzchni stawowych oraz chodem człowieka. Struktury geometryczne powierzchni zużytych głów stawowych zostały wykonane przy pomocy czujników laserowych. W przeprowadzonych pomiarach wykorzystano 29 głów stawu biodrowego usuniętych operacyjnie z powodu innych przyczyn chorobowych. Pomiary te pozwoliły oszacować wysokość szczeliny stawowej, która była brana pod uwagę w przeprowadzonych obliczeniach numerycznych przedstawionych w niniejszej pracy.
W wyniku obliczeń stwierdzono, że zmiany wartości współczynnika tarcia przy uwzględnianiu chropowatości powierzchni chrząstki stawowej przewyższają na ogół zmiany wartości współczynnika tarcia wynikające podczas chodu człowieka.
① Akademia Morska w Gdyni Wydział Mechaniczny, ul. Morska 83, 81-225 Gdynia, tel.: (058) 6901348, fax.: (058) 6901399, e-mail: , tel.: (58) 6901399, e-mail:
Tribo-07v38n1_p235.pdf (6.24 Mb)


Krzysztof WIERZCHOLSKI ①, Andrzej MISZCZAK ①

NUMERICAL DETERMINATION OF FRICTION FORCES IN UNSTEADY LOADED BIOBEARINGS

NUMERYCZNE WYZNACZANIE SIŁ TARCIA W NIESTACJONARNIE OBCIĄŻONYCH BIOŁOŻYSKACH

Key-words:

friction force, numerical methods, random changes of height gap

Słowa kluczowe:

siły tarcia, metoda numeryczna, losowe zmiany wysokości szczeliny
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Summary

This paper shows numerical calculations of the friction forces in spherical co-ordinates for hydrodynamic steady and unsteady unsymmetrical synovial non-Newtonian fluid flow with variable viscosity and for random changes of human hip joint gap. Similar solutions but for constant viscosity of synovial fluid and symmetrical flow only, without numerical example calculations, were obtained in earlier analytical papers of this author. According to the author’s knowledge the friction forces calculations of human hip joints in unsteady motion have not been hitherto considered in the scientific papers on bio-tribology. The roughness of cartilage surface has important influence on the values of friction forces.
Between two cooperating rough cartilage bodies in human bio- joints various kinds of friction effect can be observed. Numerical calculations presented in this paper illustrate friction mechanism occurring between two cooperating cartilage surfaces in human hip joints.
In this section the friction forces are determined by applying the measured roughness of cartilage surfaces in human joint, cartilage pores of about 6-10 nm in size, calculated components of synovial fluid velocity and values of hydrodynamic pressure as well.
Friction forces are caused by the adhesion and cohesion.The proper description of friction forces in bio-joints enables to estimate and determine quantity of wear in human joints.
In the present present the basic equations describing synovial fluid flow in human hip joint are solved in the analytical and numerical way.
The numerical calculations are performed with the use of Mathcad 12 Professional Program, by taking into account the method of finite differences.

Streszczenie

W niniejszej pracy została przedstawiona metoda numerycznego wyznaczania wartości sił tarcia występujących w stawie biodrowym człowieka przy uwzględnieniu zmiennych wartości chropowatości powierzchni stawowych, a także zmian losowych wysokości szczeliny w trakcie niestacjonarnych periodycznych efektów, wywołanych funkcjonowaniem narządów ruchu.
Niestacjonarne efekty losowe wywołane są poprzez stochastyczne zmiany wysokości szczeliny powodowane nieustalonymi deformacjami wysokości chropowatości współpracujących powierzchni stawowych oraz chodem człowieka. Struktury geometryczne powierzchni zużytych głów stawowych zostały wykonane przy pomocy czujników laserowych. W przeprowadzonych pomiarach wykorzystano 29 głów stawu biodrowego usuniętych operacyjnie z powodu innych przyczyn chorobowych. Pomiary te pozwoliły oszacować wysokość szczeliny stawowej, która była brana pod uwagę w przeprowadzonych obliczeniach numerycznych przedstawionych w niniejszej pracy. Optymalizacja wartości wyznaczonych sił tarcia umożliwi wyznaczanie współczynników tarcia występujących w stawach oraz zastosowanie uzyskanych wyników przy diagnozowaniu chorób związanych ze zużywaniem powierzchni stawowych człowieka prowadzących do konieczności wszczepiania endoprotez.
① Akademia Morska w Gdyni Wydział Mechaniczny, ul. Morska 83, 81-225 Gdynia, tel.: (058) 6901348, fax.: (058) 6901399, e-mail: , tel.: (58) 6901399, e-mail:
Tribo-07v38n1_p247.pdf (5.45 Mb)


Jan Kazimierz WŁODARSKI ①

USZKODZENIA SYSTEMU TŁOK-CYLINDER TC OKRĘTOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH

DAMAGES OF THE PISTON-CYLINDER LINER SYSTEM OF THE MARINE DIESEL ENGINES

Słowa kluczowe:

okrętowe silniki spalinowe, relacje systemów funkcjonalnych, system tłokowo-cylindrowy, procesy destrukcyjne, zatarcia tłoka, niszczenie wodorowe

Key-words:

marine diesel engines, functional subsystems interactions, piston-cylinder liner system, destruction processes, piston-cylinder liner seizures, gudgeon-pin hydrogen cracks
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

W opracowaniu przedstawiono metodykę badania uszkodzeń złożonych obiektów technicznych na przykładzie systemu tłokowo-cylindrowego okrętowego silnika spalinowego. Przedstawiono wzajemne oddziaływania systemów funkcjonalnych silnika i ich wpływ na warunki pracy systemu tłok-cylinder. Omówiono problemy związane z zacieraniem tłoka w cylindrze oraz uszkodzeniami wodorowymi sworznia tłokowego. Na przykładzie wybranego silnika przedstawiono przebieg procesów destrukcyjnych prowadzących do zatarcia tłoka i uszkodzenia wodorowego sworznia tłokowego.

Summary

In the paper methodology of the analysis of complicated technical structures damages have been presented on a basis of marine diesel engine. Interactions of the functional subsystems of the diesel engine and their influence to the piston-cylinder liner subsystem working conditions discussed. The problems connected with piston seizure in the cylinder liner and hydrogen cracking of the gudgeon-pin also discussed. Examples of the piston-cylinder liner subsystems damages and their development presented in the paper.
① Akademia Morska, Katedra Siłowni Okrętowych, ul. Morska 83, 81-225 Gdynia, tel. (058) 6901322, e-mail: jan włodarski@neostrada.pl
Tribo-07v38n1_p259.pdf (5.18 Mb)


Ryszard WÓJCICKI ①

WPŁYW ZUŻYCIA PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOŻYSKA ŚLIZGOWEGO NA JEGO CHARAKTERYSTYKI TRIBOLOGICZNE

EFFECT OF THE WEAR OF JOURNAL BEARING SLEEVE ON ITS TRIBOCHARACTERISTICS

Słowa kluczowe:

łożyska poprzeczne, zużycie, powierzchnia ślizgowa, smarowanie hydrodynamiczne, tarcie płynne, tarcie mieszane, opory ruchu, chropowatość powierzchni

Key-words:

plain journal bearings, wear, sliding surface, hydrodynamic lubrication, hydrodynamic friction, mixed friction, friction loss, surface roughness
Tribologia 2007, v38, nr 1 (211)

Streszczenie

W poprzecznych, hydrodynamicznych łożyskach ślizgowych obciążonych statycznie, przeznaczonych nominalnie do pracy w warunkach tarcia płynnego, występują okresy jego pracy przy tarciu mieszanym. Ma to miejsce w fazie rozruchu oraz zatrzymywania maszyny, kiedy prędkość obrotowa wału jest mniejsza od nominalnej. Dotychczasowa analiza stanu powierzchni roboczej panewek łożysk ślizgowych wskazuje, że mogą wystąpić lokalne zmiany geometrii zarysu generowane zużyciem ściernym podczas pracy łożyska pracującego okresowo w warunkach tarcia mieszanego. Skutkiem zużywania jest zawsze zmiana kształtu powierzchni roboczych i zwiększenie luzów pomiędzy współpracującymi elementami. Proces zużycia powierzchni roboczej panewki powoduje zmianę geometrii szczeliny olejowej łożyska. Wraz ze zużyciem zmieniają się charakterystyki tribologiczne pracy węzła: oporów ruchu (momentu tarcia), temperatury łożyska i warunków smarowania występujących w styku czop-panewka. W pracy przedstawiono wyniki badań wstępnych łożysk z panewką wykonaną ze stopu łożyskowego PbSb15Sn10 wg PN-ISO 4381:1997 we współpracy ze stalowym czopem. Przedstawiono wyniki badań wpływu luzu względnego w łożysku na charakterystyki tribologiczne pracy łożyska ślizgowego. Prowadzone badania doświadczalne na stanowisku modelowym pozwalają na wstępną ocenę pracy węzła tarcia pod kątem zużycia w zależności od jego cech konstrukcyjnych, technologicznych i eksploatacyjnych.

Summary

In hydrodynamic, radial plain bearings that are loaded statically and operate at the fluid friction the periods of mixed operation occur. It is observed during start up or slowing down of machine when the rotational speed of shaft is smaller than the nominal one. The analysis of the state of operating surface of journal bearing sleeves shows that the local variations of profile geometry occur. Operation of bearing in the conditions of mixed friction generates the abrasive wear. As result of this, there is the variation of profile of bearing operating surfaces and an increase in the backlashes between the journal and sleeve. The wear process of sleeve operating surface causes the variation of geometry of oil gap. The tribo-charactersitics of node operation such as the power losses (friction torque), bearing temperatures and lubricating conditions in the contact journal-sleeve show the changes with the wear. The paper gives the results of experimental initial investigation of bearings with the sleeve made of bearing material PbSb15Sn10 according to polish standard PN-ISO 4381:1997 operating with the steel journal. The results of the effect of bearing relative clearance on the tribo-characteristics of journal bearing were described. Experimental investigation on the model test rig allow to initially evaluate the operation of friction node from the point of wear in the function of its design, technological and operational features.
① Politechnika Łódzka, Instytut Pojazdów, Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, tel. (042) 6312246, e-mail:
Tribo-07v38n1_p273.pdf (3.01 Mb)


Dalej: Uzupełnienie od: Piotr ZARICZNY at.al do Grzegorz ŻYWICA ...