TRIBOLOGIA TEORIA I PRAKTYKA vXVII Nr 3, 2011 (231)

Streszczenie

W pracy przedstawiono charakterystyki zużycia zmęczeniowego powierzchni w łożysku tocznym modelowego węzła tarcia, smarowanego plastycznymi środkami smarowymi na bazie oleju mineralnego i cieczy syntetycznych.
Zbadano, wg normy IP 300/82, wpływ badanych środków smarowych na pitting elementów pracujących w wysoko obciążonym styku smarowanym.
Oceniono skuteczność przeciwpittingową środków smarowych, porównując L10 i L50, tj. czas, po upływie którego 10% i 50% węzłów tarcia, smarowanych badanymi środkami smarowymi, ulegnie uszkodzeniu.
Stwierdzono, że wyższą trwałość węzłów tarcia zapewnia smar plastyczny, w którym jako ciecz bazową zastosowano głęboko rafinowany olej parafinowy lub jego mieszaninę z diestrem kwasu sebacynowego. Natomiast olej syntetyczny, stosowany jako baza smaru plastycznego, powodował znaczne pogorszenie właściwości przeciwpittingowych w porównaniu z pozostałymi zbadanymi kompozycjami smarów plastycznych.

Summary

This work presents the characteristics of fatigue wear of the surface in anti-seizure bearing of model friction couple, lubricated with greases on the base of mineral oil and synthetic liquids. The influence of the lubricants on pitting of elements working in high loaded contact has been investigated, according to standard IP 300/82. The evaluation of anti-pitting efficiency of lubricants has been also done, comparing L10 i L50, the time after which 10% and 50% of the friction couples lubricated with investigated greases are damaged. It was concluded that the highest wear resistance of friction couples is assured by the plastic grease based on deep-refined paraffin oil or its mixture with sebacic acid diester. However acid diester synthetic oil shows a significant deterioration of anti-pitting properties in the comparison with other investigated greases.
① Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (48) 364-42-41, fax (48) 36-447-65.
Tribo-11v42n3_p007.pdf (1155973 bajtów)

Streszczenie

Przedstawiono opracowaną metodę badania procesu zużywania powierzchni bocznych zębów walcowych przekładni zębatych z uwzględnieniem korekcji zazębienia. Przeprowadzono badania wpływu korekcji technologicznej (P-O) oraz konstrukcyjnej (P) na maksymalne naprężenia kontaktowe, prędkość poślizgu, zużycie zębów oraz trwałość przekładni. Ustalono podstawowe zależności tego wpływu, a wyniki obliczeń podano w postaci wykresów.

Summary

A method of cog wear process investigation for a straight-cogged gear including displacement correction is presented. The influence of technological and constructive corrections on maximal contact stress, slide velocity, cogs wear, and gear lifetime investigated. The main regularities of its influence are established and the results of the investigation are presented graphically.
① Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny, Instytut Technologicznych Systemów Informacyjnych, ul. Nadbystrzycka, 36, 20-618 Lublin, tel.: (81) 538-42-76, e-mail:
② Państwowy Uniwersytet Pedagogiczny w Drohobyczu, ul. Ivana Franki, 24, 82100 Drohobych (Ukraina).
Tribo-11v42n3_p017.pdf (172603 bajtów)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wpływ powłok na bazie żelaza o różnym składzie chemicznym, nanoszonych różnymi metodami technologicznymi oraz warunków tarcia na właściwości tribologiczne pary trącej, tj. współczynnik tarcia i intensywność zużycia elementów węzła tarcia. Materiałem, na który nakładano powłokę, była stal C45, grubość powłok znajdowała się w zakresie 0,5÷0,7 mm.

Summary

Plasma-sprayed coatings on the base self-fluxing alloys were investigated. Clean ferrous-based alloy P-Cr16Fe5B4Si4 was used as well as the same with the addition of TaB, MoB, and B4C powders. Fire and laser washing were used to form coatings. The thickness measurements of coatings after processing were from 0.5–0.7 mm, on the base material of steel C45. The metallographic analysis indicated that coating structure depends on the chemical composition of the powder as well as the coating technology. When using an Amsler friction-wear machine, it was determined that when dry technical friction increasingly spreads of torque of friction are observed after some minutes of work, and when oil friction torque are very stable. Additional MoB laser alloying of the coating on a base of P-Cr4Mn2B4Si2V1 powder guarantees a minimal value of the mean friction coefficient. However, the minimal value of the momentary friction coefficient was registered for the coating with additional B4C laser alloying. During dry technical friction, using a coating on a base of P-Cr4Mn2B4Si2V1 powder with additional MoB or B4C laser alloying guarantees a multiple decrease in wear intensity. The presence of oil decreases the influence of material and technology of coating on wear intensity, the difference of values is no more then 20%.
① Uniwersytet Zielonogórski, Instytut Budowy i Eksploatacji Maszyn, 65-246 Zielona Góra, ul. Podgórna 50.
② Białoruski Narodowy Uniwersytet Techniczny, Wydział Budowy Maszyn, Republika Białorusi, 220027 Mińsk, Pr. Nezavisimosti, 65, k. 6.
Tribo-11v42n3_p031.pdf (7621025 bajtów)

Streszczenie

Istotną rolę w dostawach maszyn, urządzeń oraz ludzi do ścian węglowych spełniają kolejki podwieszane i naspodkowe z napędami ciernymi. Ich możliwości transportowe limituje sprzężenie cierne kół napędowych z szynami. Dlatego podstawowe znaczenie w eksploatacji tych kolejek mają dobre własności cierne tworzyw stosowanych na okładziny kół napędowych. W pracy przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych współczynnika tarcia oraz zużycia wybranych tworzyw poliuretanowych, które są stosowane na okładziny kół napędowych w kolejkach.

Summary

Suspended monorails and floor railways with friction drives play essential role in supply of machines, installations and menriding to faces. Their transport possibilities are limited by friction between the wheels and rails. That is why good friction properties of materials used for the linings of drive wheels are of special importance in railway exploitation. In the paper, the results of laboratory tests concerning the friction coefficient and wear of selected polyurethane materials used in linings of drive wheels in railways are presented.
① Akademia Górniczo-Hutnicza, al. Mickiewicza 30; 30-059 Kraków, tel. (12) 617 30 72; e-mail: .
② Gasket sp z o.o., ul. Wypoczynkowa 10, 43-382 Bielsko-Biała, tel. (33) 827 22 05.
Tribo-11v42n3_p043.pdf (1904022 bajtów)

Streszczenie

Przedstawiona w pracy analiza dotyczy modelu diatermicznego łożyska porowatego pracującego w warunkach dodatkowego zasilania olejem. Podane zostały równania ruchu i energii dla szczeliny smarnej i tulei porowatej uzupełnione równaniami przewodzenia i przejmowania ciepła w obszarze całego łożyska. W obliczeniach uwzględniono zmianę lepkości oleju w funkcji temperatury. Wyniki obliczeń podano w postaci przestrzennych rozkładów ciśnienia i temperatury w filmie smarnym i w tulei porowatej.

Summary

This work presents the diathermic model of a porous bearing working with additional oil supply conditions. The equations of motion and energy in the oil gap and the porous bearing are supplemented with the equations of heat transfer and conductance in total region of bearing. The change of viscosity in the function of temperature was given in calculations. The resulting calculations are given in the form of spacing distributions of pressure and temperature in the oil gap and porous sleeve.
① Politechnika Warszawska, Szkoła Nauk Technicznych i Społecznych w Płocku, Wydział Budownictwa, Mechaniki i Petrochemii, ul. Łukasiewicza 17, 09-400 Płock.
Tribo-11v42n3_p055.pdf (498272 bajtów)

Streszczenie

W artykule przedstawiono niektóre postacie uszkodzeń bieżni łożysk wieńcowych i wskazano ich przyczyny. Szczególną uwagę zwrócono na bieżnie łożysk kulkowych jednorzędowych o styku czteropunktowym.
Analizie poddano zmiany kąta działania w łożysku kulkowym, uwzględniając podatność pierścieni łożyskowych na zginanie i skręcanie. Badania symulacyjne przeprowadzono, stosując metodę elementów skończonych. Otrzymano identyfikację zmian kąta działania poszczególnych kulek wzdłuż obwodu bieżni i jednocześnie rozkład obciążenia przypadającego na poszczególne kulki. Uwzględniono graniczne obciążenia siłą osiową i momentem wywrotnym.
Wykazano, że kąty działania niektórych elementów tocznych znacznie się zwiększają. Może to spowodować zniszczenie bieżni poprzez rozwalcowanie krawędzi pierścienia łożyska. Zaproponowano sposoby uniknięcia przedwczesnych uszkodzeń bieżni już na etapie projektowania i doboru łożysk wieńcowych.

Summary

In this paper, some form of large bearing race damages and their causes are presented. Particular attention was paid to the single row four-point contact ball bearing races. The variations of the contact angle of the ball bearing are analysed, taking into consideration susceptibility to bending and twisting of bearing races. Simulation research was carried out using the finite element method. The identification of the contact angle of each individual ball was obtained. Limited load from axial force and overturning moment was considered. The results indicate that the contact angle of some rolling elements augment significantly. It may cause the ruin of the race through the rolling of bearing ring edges. Ways are proposed to avoid premature race damages through design and bearing selection.
① Instytut Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Politechnika Częstochowska, ul. Dąbrowskiego 73, 42-200 Częstochowa, tel. (34) 325-06-29, e-mail: .
② Instytut Inżynierii Produkcji, Politechnika Częstochowska, al. Armii Krajowej 19 B, 42-200 Częstochowa, tel. (34) 325-03-67, e-mail: .
Tribo-11v42n3_p067.pdf (1797350 bajtów)

Streszczenie

Celem pracy było opisanie mechanizmów niszczenia smarowanego wysokoobciążonego węzła tarcia z elementami pokrytymi niskotarciową powłoką WC/C tworzących strefę tarcia.
Badania wykonano dla niskotarciowej powłoki WC/C (a-C:H:W) otrzymanej metodą reaktywnego rozpylania w procesie PVD. Testy przeprowadzono z wykorzystaniem aparatu czterokilowego, stosując metodę badania zacierania w warunkach ciągłego narastania obciążenia. Badania wykonano dla czterech kombinacji materiałowych: stal/stal (kulka górna stalowa / kulki dolne stalowe), stal/powłoka (kulka górna stalowa / kulki dolne stalowe pokryte powłoką WC/C), powłoka/stal (kulka górna pokryta powłoką WC/C / kulki dolne stalowe), powłoka/powłoka (kulka górna pokryta powłoką WC/C / kulki dolne pokryte powłoką WC/C). Węzeł tarcia smarowano polialfaolefinowym olejem syntetycznym (PAO-8) bez dodatków uszlachetniających.
Obserwację warstwy wierzchniej przeprowadzono z wykorzystaniemmikroskopu elektronowego (SEM) i mikroskopu sił atomowych (AFM).Analizy składu warstwy wierzchniej wykonano, stosując mikroanalizator rentgenowski (EDS), spektrometr z wyładowaniem jarzeniowym (GDOES) i rentgenowską spektroskopię fotoelektronową (XPS).
W oparciu o wykonane analizy i obserwacje opisano propagację zacierania badanych skojarzeń. Wysoka odporność na zacieranie skojarzenia stalowego, w którym pokryto powłoką element o większym stopniu przekrycia wynika z wyeliminowania powinowactwa materiałowego elementów trących oraz podatności tego skojarzenia na docieranie. Kluczową rolę odgrywa także wprowadzenie w strefę tarcia smaru stałego w postaci grafitu oraz transfer materiału z elementu stalowego na powierzchnie pokrytą powłoką.

Summary

The aim of this paper was to describe the mechanisms of the estruction of heavily loaded friction pair elements coated with low–friction WC/C coating.
The investigations were performed for low friction coatings WC/C (a-C:H:W) deposited by the reactive sputtering PVD process. Experiments were carried out using the four-ball tester and the method with continuously increasing loads. Tests were conducted for the four material combinations: steel/steel tribosystem (all balls uncoated), steel/coating tribosystem (one upper ball uncoated/three lower balls WC/C coated), coating/steel tribosystem (one upper ball WC/C coated/ three lower balls uncoated), coating/coating tribosystem (all balls WC/C coated). The friction pair was lubricated with pure polyalphaolefin synthetic base oil (denoted as PAO-8).
Observation of the surface layer was carried out using scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). Analysis of the composition of the surface layers was performed using X-ray microanalyser (EDS), glow discharge optical emission spectrometry (GDOES), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
Based on the results of performed analysis and observations, the propagation of scuffing was described. The high scuffing resistance of steel tribosystem was obtained when only one element, with higher overlapping ratio, was coated and resulted from reducing the adhesion between rubbing surfaces due to low chemical affinity (similarities) between the steel and the coating material. The presence of solid lubricant graphite in the friction zone and thereaction layer on the steel surface played an important role in creating antiscuffing properties.
① Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (48) 364-42-41, fax (48) 36-447-65
Tribo-11v42n3_p081.pdf (3962983 bajtów)

Streszczenie

W artykule krótko omówiono budowę smarów plastycznych i wskazano na szczególny wpływ oddziaływań międzymolekularnych na stabilność mikrostruktury kompozycji smarowej. Zaproponowano modyfikację dotychczasowej normatywnej procedury pomiaru konsystencji smarów plastycznych, polegającą na wprowadzeniu ciągłej rejestracji wartości penetracji badanego produktu z zastosowaniem techniki triangulacji laserowej. Rezultatem takiego pomiaru jest krzywa penetracji przedstawiająca zmiany wartości liczby penetracji w czasie badania. Przeprowadzone wstępne testy wskazują, że modyfikacja taka umożliwia obserwację stabilności mikrostruktury smaru podczas działania na nią naprężeń, związanych z zagłębianiem się stożka pomiarowego. Artykuł zawiera analizę obserwowanych fluktuacji krzywych penetracji, które mogą być efektem relaksacji naprężeń w strukturze smarów plastycznych. Podjęto także próbę określenia średnich czasów oraz wartości efektów relaksacyjnych dla smarów plastycznych. Stwierdzono, iż zastosowanie ciągłej rejestracji położenia stożka pomiarowego pozwala na rozszerzenie informatywności uzyskiwanych wyników pomiaru penetracji.

Summary

The article discusses the construction of greases and shows the specific influence of intermolecular interaction on the stability of the microstructure of the grease composition. The paper deals with experimental studies to modify the current standard procedures for measuring the consistency of greases. The modification consists in introducing the continuous recording of the penetration value of the product by using a laser triangulation technique. Results of the preliminary tests indicate that this modification enables the observation of the microstructure stability of the grease during the strain associated with dipping the cone. The article contains an analysis of observed curve fluctuations that may be the trapping of the stress relaxation effect in the structure of greases. An attempt to determine the average time and values of the relaxation effects for greases is made. Results indicate that the use of continuous recording of the position of measurement cone allows researchers to expand the information obtained on penetration measurement.
① Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (48) 364-42-41, fax (48) 36-447-65
② Politechnika Radomska, Wydział Materiałoznawstwa, Technologii i Wzornictwa, Radom, ul. Chrobrego 27.
Tribo-11v42n3_p105.pdf (604884 bajtów)

Streszczenie

Przedstawiono wyniki badań tribologicznych i reologicznych modelowych kompozycji smarowych zawierających biododatki otrzymane z surowców odnawialnych (olejów roślinnych). Stwierdzono, że działanie biododatków uzależnione jest od rodzaju bazy olejowej. Biododatki, wykazujące efektywność przeciwzużyciową w syntetycznych i roślinnych bazach olejowych, nie powodują pogorszenia ich właściwości reologicznych.

Summary

The paper presents the results from tribological and rheological tests of model lubricant compositions containing bioadditives prepared from renewable materials such as vegetable oils. It was found that the working value of these bioadditives depends on the kind of base oil used. Bioadditives that show good antiwear efficiency in synthetic and vegetable base oils do not cause deterioration in rheological properties.
① Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (48) 364-42-41, fax (48) 36-447-65.
Tribo-11v42n3_p119.pdf (156135 bajtów)

Streszczenie

Związki aktywne powierzchniowo mogą być efektywnymi dodatkami modyfikującymi właściwości smarne wody. Mechanizm ich działania polega na tworzeniu filmu smarnego wzbogaconego o aktywny związek.
Wybór poliwinylopirolidonów jako dodatków był podyktowany ich obojętnością fizjologiczną oraz brakiem szkodliwego oddziaływania na środowisko naturalne. Badaniom poddano wodne roztwory dwóch poliwinylopirolidonów o stopniu polimeryzacji: 450 (PVP 450) i 14400 (PVP 14400). Stwierdzono istotny wpływ długości łańcucha polimerowego na właściwości fizykochemiczne (lepkość, napięcie powierzchniowe, zwilżalność stali) i tribologiczne (opory ruchu, zużycie). Pomiary wielkości tribologicznych wykonywano na tribometrze T-11, w skojarzeniu: stalowa kulka–stalowa tarcza, dla trzech obciążeń: 10, 30, 50 N. Wprowadzenie dodatków powoduje zmniejszenie współczynnika tarcia (µ) względem wody nawet 2 i 1,8 razy odpowiednio dla roztworów PVP 450 i PVP 14400. Istotny wpływ ma stopień polimeryzacji dodatków na średnicę skazy (d). Wartości d dla roztworów PVP 450 są nawet 1,8 razy mniejsze niż wyznaczone dla wody, podczas gdy wartości dla roztworów PVP 14400 i wody są porównywalne.

Summary

The subject of the physicochemical and tribological studies were two kinds of polyvinylpyrrolidones with the degrees of polymerization of 450 (PVP 450) and 14,400 (PVP 14,400). A significant effect of the degree of polymerization on the quantities determined was found.
The effect of the kind of compound on viscosity (ν) is particularly important. The ν value for long-chain polymers was over 10 times higher. The polyvinylpyrrolidones studied can be classified as surface-active compounds. However, changes in the surface tension and wettability of steel surfaces by their aqueous solutions relative to water are not as big as in the case of solutions of non-polymer surfactants.
The determination of the kind and concentration of polyvinylpyrrolidones on tribological characteristics of their aqueous solutions was particularly important. A significant, about twofold, decrease in the coefficient of friction (µ), relative to water, was found with higher µ values being observed for the PVP 14,400 solutions. An increase in the degree of polymerization affects wear particularly negatively. Wear scar diameter values (d) are even 1.8 times lower for shorter-chain polyvinylpyrrolidone solutions than for water; whereas, in the case of longer-chain polymer solutions, the d values are comparable with those obtained for water.
The analysis of the results obtained unequivocally indicates that an increase in the degree of polymerization of polyvinylpyrrolodones has a negative effect on motion resistance and, particularly, on wear. At this stage of research, neither of the additives used has been definitely excluded. Tribological tests will be extended to other friction conditions.
① Politechnika Radomska, Katedra Chemii, ul. Chrobrego 27, 26-600 Radom, e-mail:
Tribo-11v42n3_p129.pdf (178944 bajtów)

Summary

This paper presents a measurement analysis of two, new, non-damaged cooperating micro-bearing surfaces occurring in computer ventilator Kama Flow SP0825FDB12H 0.080 m. Such surfaces are radically different in comparison with surfaces that are found in HDD microbearings. Developed measurements concern Scanning Electron Microscope (SEM), Mira TESCAN INCA, and illustrate 350 images of journal and sleeve work surfaces using the Microscopy system. This paper also concerns roughness tests with 3D images of journal and sleeve work surfaces and profiles of their cross sections utilising Atomic Force Microscopy (AFM), NT-206, Microtestmachines Ltd, Belarus. Vickers micro-hardness value studies for journal and sleeve surface are performed too. Research studies of the sleeve surface included measurements for macro-profile surfaces with herringbone grooves and AFM micro-profiles of small grooves. The measurements are performed for a new undamaged journal and sleeve surface utilising the Atomic Force Microscope and SEM & Micro-X-Ray analysis. Such analysis concern results referring to the bearing material composition with standard deviation of measured values.

Streszczenie

W niniejszej pracy została przedstawiona analiza pomiarów dwóch nowych, niezużytych współpracujących powierzchni mikrołożyska występujących w wentylatorze komputerowym Kama Flow SP0825FDB12H 0,080 m. Powierzchnie te zasadniczo różnią się od powierzchni mikrołożysk HDD. Dlatego też są oddzielnie rozpatrywane. Opracowane pomiary zawierają: obrazy skaningowego elektronowego mikroskopu (SEM), obrazy powierzchni roboczych czopa i panewki, testy AFM powierzchni roboczych czopa i panewki w trzech wymiarach, a także profile ich przekrojów poprzecznych, badania wartości mikrotwardości Vickersa uzyskane na testerze PMT-3M LOMO-Russia dla materiału czopa i panewki. Pomiary powierzchni czopa wykazują chropowatości o wysokości około 80 nm. Powierzchnia panewki zawiera makro- i mikroprofile przekrojów poprzecznych rowków wzdłużnych o głębokości 6·10−7 m (600 nm) i profilu trójkątnym oraz rowki na kształt jodełki o głębokości około 2000 nanometrów o stromych stokach. Takie pomiary umożliwią opracowanie prawidłowych modeli hydrodynamicznej teorii smarowania mikrołożysk w wentylatorach komputerowych o współpracujących powierzchniach z wyciętymi nanorowkami i nanożeberkami uniemożliwiającymi powstawanie niestabilnych wirów i zwiększającymi nośność łożyska. Pomiary zostały wykonane z użyciem mikroskopu sił atomowych.
① Koszalin University of Technology, Institute of Mechatronics, Nanotechnology and Vacuum Technique, PL 75-453 Koszalin, ul. Śniadeckich 2, Poland; .
② Maritime University Gdynia, Morska Street 81-87, 81-225 Gdynia, Poland; .
③ Luikov Heat and Mass Transfer Institute of National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, .
Tribo-11v42n3_p143.pdf (1904561 bajtów)

Streszczenie

W pracy przedstawiono zagadnienia związane z naprężeniami kontaktowymi i z naprężeniami zginającymi, uzyskanymi w badaniach numerycznych przekładni zębatej power shift. Badana przekładnia składa się z czternastu kół, które tworzą dziesięć par zębatych. Analizowano wpływ współczynnika przesunięcia zarysu oraz modułu na wartość naprężeń kontaktowych i naprężeń zginających.

Summary

The study summarises the problems associated with contact stress and bending stress highlighted in the course of numerical tests of a power shift incorporating fourteen wheels, making up ten toothed pairs. The study investigates the influence of the addendum modification coefficient and of the module on the value of contact stress and bending stresses.
① Uniwersytet Rolniczy w Krakowie, e-mail:
② HSW S.A. – Biuro Rozwoju, e-mail:
Tribo-11v42n3_p155.pdf (154215 bajtów)