Streszczenie

W opracowaniu przedstawiono wyniki badań przebiegu procesu zużycia w warunkach tarcia techniczne suchego warstw wierzchnich po wybranych sposobach obróbki nagniataniem naporowym powierzchni zewnętrznych. Przeanalizowano przebieg i rezultaty procesu zużycia powierzchni nagniatanych naporowo tocznie kulką i krążkiem oraz powierzchni nagniatanej ślizgowo kulką. Przedstawiono opis mechanizmu zużycia i wyniki porównawcze wielkości zachodzącego zużycia badanych powierzchni.

Summary

The paper presents the results of studies on the wear process occurring under technically dry friction conditions on top layers obtained by selected methods of pressure burnishing of external surfaces. The progress and results of the process of the wear of surfaces rolling pressure burnished with a ball and with a roller, respectively, as well as of a surface sliding burnished with a ball are analysed. A description of the wear mechanism is given, and comparative results for the magnitude of the occurring wear of the surfaces examined are provided. The wear process introduces qualitative changes to all initial (engineering) properties, such as the stereometric state and the physical and physicochemical properties of top layers (with service top layers being formed). Thus, it leads to changes in the service properties of the post-operation top layer. These changes may be programmed by means of the appropriate selection of the method and parameters of surface finishing by burnishing. As the result of wear, the substitution of the technological sub-surface layer with a new layer formed during the wear process occurs. Change in the state of stresses remaining after the working and the removal of the most strain-hardened layer takes place. However, these changes, occurring as a result of wear, are largely determined by the features resulting from the surface finishing of technological top layers.
∗ Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji, ul. Armii Krajowej, 42-200 Częstochowa, tel. (0-34) 325-05-09.
Tribo-08v39n4_p165.pdf (6.73 Mb)

Streszczenie

Praca poświęcona jest doświadczalnym badaniom trwałości zmęczeniowej węzłów tocznych obiegowej przekładni cykloidalnej. Zaprezentowano stanowisko badawcze, opisano metodykę badań oraz omówiono rezultaty badań trwałości zmęczeniowej. Podczas eksperymentu skupiono się głównie na badaniu trwałości zmęczeniowej zazębienia cykloidalnego.
Badania prowadzono aż do zaobserwowania wykruszeń zmęczeniowych na powierzchni roboczej zębów kół obiegowych. Wyniki badań eksperymentalnych porównano z wynikami komputerowych obliczeń przewidywanej trwałości zmęczeniowej węzłów tocznych obiegowej przekładni cykloidalnej. Wykazana doświadczalnie trwałość zazębienia kół obiegowych przekładni jest bliska prognozowanej trwałości, obliczonej według hipotezy nieograniczonej wytrzymałości przy uwzględnieniu istniejących warunków smarowania i stopnia zanieczyszczenia środka smarnego, a zarazem mniejsza od trwałości otrzymanej zgodnie z metodą zakładającą zawsze ograniczoną trwałość zmęczeniową.

Summary

The paper concerns the fatigue life testing of rolling couples of the Cyclo gear. The test rig for fatigue life tests, the method of testing and the results of experiment are presented.
The prototype of the Cyclo gear made by OBRDiUT “DETRANS” in Bytom was the object of experiment. The power transmission system in the prototype gear consists of three rolling couples connected in a series: the central cylindrical roller bearings, mounted on the eccentric seated on the drive shaft, the set of rolling bolts in straight-line mechanism seated on the output shaft, and the special cycloid meshing. The meshing is created by two planetary gears, displaced against each other with π angle, mating with set of rollers fixed in the gear housing. The nominal profile of planetary gears toothing is an equidistant of curtate epicycloid.
The experiment was mainly concentrated on fatigue life testing of the Cyclo gear meshing. The test was run until pitting on working surface of the teeth of planetary gears was observed. After end of every test cycle, it was also checked to see if the simultaneous fatigue wear of the other elements of Cyclo gear accompanied the failure of planetary teeth of the gears.
The experimental investigations showed the fatigue wear on working surface of planetary gears’ teeth, while on surface of rollers of mating gear the only mating marks were visible. Pitting was also found on the inner ring races of central bearings.
Fatigue life test results were compared with computer calculation results of predicted fatigue life of rolling couples of the Cyclo gear. The experimental results were compatible with the calculation results. The durability of the Cyclo gear meshing is close to the predicted fatigue life obtained according to the unlimited fatigue life hypothesis that allowed taking into consideration the effect of existing contamination and lubrication conditions on the fatigue life. The durability is smaller than the durability received according to the method assumed simultaneously always-limited fatigue life. The fatigue life test results are confirmed with the same or larger correctness of the unlimited fatigue life hypothesis.
∗ Politechnika Łódzka, Katedra Konstrukcji Precyzyjnych, ul. B. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, tel. 042 6312251, e-mail: .
Tribo-08v39n4_p175.pdf (1.03 Mb)

Streszczenie

Ślizgowe skojarzenie materiałów o różnej twardości np. materiału polimerowego z materiałem metalicznym w elementach maszyn występuje w jednym z dwóch wariantów:
− prosta para tarcia – obszar styku współpracujących ślizgowo materiałów nie przemieszcza się podczas ruchu na powierzchni elementu polimerowego,
− odwrócona para tarcia – obszar styku na powierzchni elementu polimerowego zmienia swoje położenie podczas ruchu.
W zależności od wariantu pary ślizgowej można zaobserwować różnice w procesie tarcia i zużywania materiału polimerowego.
Do badań porównawczych wybrano politetrafluoroetylen (PTFE) jako bazowy materiał polimerowy oraz trzy kompozyty utworzony na jego osnowie:
a) TK22G3 – PTFE + 22% wag. koksu + 3% wag. grafitu,
b) TSt40 – PTFE + 40% wag. proszku stali
c) TB60 – PTFE + 60% wag. proszku brązu cynowego o wielkości ziarna do 60 µm.
Uzyskane wyniki badań wykazały istotny wpływ wariantu skojarze- nia (metal–polimer, polimer–metal) na wartość współczynnika tarcia. Dla wszystkich badanych skojarzeń, w których polimerowa próbka (sworzeń) współpracowała z stalowym przeciwelementem (tarcza) współczynnik tarcia był większy niż w przypadku, w którym stalowa próbka ślizgała się po polimerowej tarczy wykonanej z materiału polimerowego. Zaobserwowane różnice dla takich samych skojarzeń materiałowych różniących się wariantem materiału, z którego wykonano przeciwelement, wynikają prawdopodobnie z różnej temperatury tarcia, jaką osiągały współpracujące materiały. Wyższa temperatura tarcia dla wariantów, w których próbka była wykonana ze stali, wynika przede wszystkim z mniejszej zdolności odprowadzania ciepła do otoczenia poprzez elementy metalowe, gdyż elementy wytworzone z materiałów polimerowych posiadają znacznie mniejszą przewodność cieplną.

Summary

A sliding combination of materials representing different hardness, e.g. polymer material combined with metallic material, in machine elements occurs in one of the following two variants:
− Simple friction pair – The contact area of the materials co-operating in a sliding manner is not relocating during the movement on the surface of the polymer element.
− Reversed friction pair – The contact area of the surface of the polymer element changes its position during the movement.
Depending on the variant of sliding pair, the differences in the friction and wear process of polymer material can be observed.
For the purpose of comparative tests, there have been polytetra-fluoroethylene (PTFE) as a basic polymer material and three composites that were formed on its base, chosen as follows:
− TK22G3 – PTFE + 22% of the coke weight + 3% of graphite weight,
− TSt40 – PTFE + 40% of steel dust weight,
− TB60 – PTFE + 60% of tin bronze dust weight of grain size up to 60 µm.
Test results demonstrated the significant influence of combining variants of the sliding pair (metal-polymer, polymer-metal) on the value of the friction coefficient. In all the combinations tested in which the polymer specimen (pin) was co-operating with a steel counterface (disc), the friction coefficient was higher than in the situation when the steel specimen was sliding on the polymeric disc.
The differences observed in identical material combinations that differ in material variant of which the counterface was made probably result from different temperatures that the co-operating materials have reached. A higher temperature for variants in which the specimen was made of steel results primarily from the lower capability to exhaust the heat via metal elements, because the elements made of polymer materials have considerably lower thermal conductivity.
∗ Politechnika Wrocławska, Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, ul. I. Łukasiewicza 7/9, 50-371 Wrocław, e-mail:
Tribo-08v39n4_p185.pdf (2.41 Mb)

Summary

This paper presents the friction forces calculation in hydrodynamic HDD micro-bearing lubrication with parabolic shapes of journals. One of the reason of such bearing shapes is that parabolic journals have contributed to changing (increasing or decreasing) the memory capacity of a HDD hydrodynamic micro-bearings occurring in computer disks. Such properties are very important and necessary in HDD micro-bearings.
Up to now, G. H. Jang, C. S. Kim, J. W. Yoon, AND S. H. Lee have been considering the dynamic behaviour of HDD spindle systems with fluid dynamics of micro-bearings. In the last scientific papers of G. H. Jang, C. S. Kim, J. W. Yoon, and S. H. Lee, the increases of the memory capacity in fluid dynamic HDD micro-bearings was simulated only by the bearing width and by the herringbone or spiral grooves located on the sleeve and journal surfaces.

Streszczenie

Niniejsza praca przedstawia obliczanie sił tarcia w mikrołożyskach o parabolicznych i hiperbolicznych kształtach czopów. Jedną z przyczyn takich kształtów mikrołożysk jest to, że hiperboliczne i paraboliczne czopy umożliwiają symulacje wzrostu oraz spadku pamięci nośności hydrodynamicznych mikrołożysk HDD występujących w dyskach komputerowych. Takie własności są bardzo ważne oraz niezbędne w hydrodynamicznych łożyskach HDD.
Do tej pory badania naukowe w tym zakresie były prowadzone przez G.H. Jang oraz C.S. Kim, J.W. Yoon, S.H. Lee. W ostatnich pracach tych autorów symulacja pamięci nośności hydrodynamicznej w mikrołożyskach HDD była dokonywana wyłącznie poprzez zmiany ich długości oraz poprzez kształtowanie powierzchni nośnych czopa i panewki na wzór jodełki z wyciętymi mikrorowkami.
∗ Gdynia Maritime University, Morska 83, 81-225 Gdynia, tel.: (58) 6901348 e-mail: ;
Tribo-08v39n4_p195.pdf (164.95 Kb)

Summary

Significant costs of railroad operation are caused by wear of rails, especially in curved tracks. From this reason, there is a continuous effort to reduce it. Some possibilities of rail wear reduction are offered by lubrication of a tribological pair (rail head gauge side – wheel flange) and the development of new rail materials such as bainitic steels. This paper presents the results of oil – lubricated, sliding wear tests of a bainitic rail steel. These tests were performed on a modified Timken apparatus.
A contact of counter-bodies was non-conforming. Test results have been utilised to work out a quadratic function that describes the dependence between wear rate of the tested steel and selected working conditions, i.e. pressure and sliding speed. In the researched range of these conditions, only the effect of pressure is significant.

Streszczenie

Zużycie szyn generuje znaczące koszty eksploatacji linii kolejowych, stąd stałe dążenie do ograniczenia go. Możliwości osiągnięcia tego celu upatruje się w zastosowaniu smarowania w skojarzeniu obrzeże koła–powierzchnia boczna główki szyny oraz w poszukiwaniu nowych materiałów do wytwarzania szyn. Wśród eksperymentalnych materiałów na szyny ważną rolę odgrywają stale bainityczne. W artykule przedstawiono wyniki badań zużycia bainitycznej stali szynowej, przy tarciu ślizgowym w obecności środka smarnego. Badania wykonano na zmodyfikowanym stanowisku Timkena w układzie o styku skoncentrowanym. Ich wyniki wykorzystano do określenia funkcji opisującej zależność zużycia od badanych parametrów eksploatacyjnych, tj. nacisku i prędkości ślizgania. W badanym zakresie warunków współpracy istotny okazał się tylko wpływ nacisku.
∗ Politechnika Śląska, Katedra Eksploatacji Pojazdów Samochodowych (Silesian University of Technology, Department of Automotive Vehicle Service), ul. Z. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, tel. (032) 603 41 52, fax. (032) 603 42 92, e-mail:
Tribo-08v39n4_p203.pdf (177.57 Kb)

Streszczenie

W opracowanym systemie diagnostycznym podstawowym elementem jest polimerowy kompozyt piezorezystywny, który pełni podwójną funkcję – materiału ślizgowego oraz czujnika zarówno siły, jak i temperatury w łożysku. Istotnymi składowymi sygnału pomiarowego takiego systemu są: rezystancja kompozytu, rezystancja kontaktu i rezystancja warstwy naniesionej. Tworząca się w procesie tarcia dodatkowa warstwa zaporowa nieznacznie zwiększa wartość rezystancji systemu. Ze względu na poprawne funkcjonowanie systemu diagnostycznego, w tym analizę sygnału pomiarowego, konieczna jest identyfikacja procesu przenoszenia warstewki oraz zbadanie jej właściwości. W pracy określono ilościowy udział rezystancji naniesionej warstwy w rezystancji całego systemu. Przedstawiono pomiary przewodności elektrycznej podczas tarcia kompozytu ślizgowo-sensorowego ze stalą. Opisano mechanizm przenoszenia kompozytu na stalową przeciwpowierzchnię oraz przeprowadzono analizę struktury naniesionej warstwy przy użyciu SEM.

Summary

The main element of the invented diagnostic system is a piezoelectric polymer composite that can fulfil a purpose of bearing materials and a sensor measuring load and temperature simultaneously. Electric conductivity of these composites is proportional to the applied thermal or mechanical stress and strain, and this phenomenon is called a “piezoresistive effect.” The important components of this diagnostic system are composite resistively, contact resistance, and interlayer resistance. The transfer of the layer is a typical phenomenon that proceeds during the friction of polymer composites. Due to proper operation of this diagnostic system with the analysis of the measured signal, it is necessary to identify the process of the layer transfer and to investigate its properties. An additional resistance layer, which is formed during friction, slightly increases the electric resistance of the system. The transferred layer consists of the electric conductive and non-conductive components simultaneously. The physical structure of this layer is different than the composite obtained in the chemical process. In this paper, the ratio of the electric resistance of the transfer layer in the system resistance was determined. The electric conductivity of the sliding-sensor composite with steel measured during friction was presented. The mechanism of the layer transfer on steel counterpart was described. The analysis of this layer structure was determined with the use of the SEM method.
∗ Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków.
Tribo-08v39n4_p211.pdf (987.81 Kb)

Streszczenie

Podczas tarcia powłok wielowarstwowych, zwłaszcza takich, które są złożone z warstewek o bardzo małej grubości, np. kilkudziesięciu nanometrów, zachodzi ciągła lub cykliczna zmiana warunków współpracy powierzchni w strefie styku. W wyniku niszczenia kolejnych warstw w strefie tarcia są obecne produkty zużycia o najczęściej skrajnie różnych właściwościach tribologicznych. W artykule przedstawiono wyniki badań tarcia i zużycia oraz twardości powłok jednowarstwowych – Cr i CrN oraz wielowarstwowych o 2, 4, 8 i 32 naprzemiennie ułożonych warstwach Cr/CrN. Przeciwpróbkami były kulka stalowa (100Cr6) oraz ceramiczna (Al2O3). Wszystkie powłoki miały grubość 1 µm i zostały nałożone na stal. Określono wpływ rodzaju skojarzonych materiałów na charakterystyki tarciowe. Przedstawiono analizę mechanizmu zużywania się powłok w powiązaniu z odpornością poszczególnych materiałów na zużycie oraz wpływ mechanizmu zużycia na charakterystyki tarciowe. Lepsze poznanie zjawisk towarzyszących tarciu powłok ceramika/metal pozwala na bardziej precyzyjne projektowanie tego typu materiałów na elementy węzłów tarcia.

Summary

During the friction of multilayer coatings, especially for very thin sublayers within the nanometer range, continuous or cyclic changes of friction conditions were observed. Wear debris of ceramic and ceramic/metallic coatings contain hard particles with sharp edges. These particles could remain in a friction zone and intensify the abrasion process by the micro-cutting of the softer material of the counterpart, for example steel. In the article, the results of tribological tests were presented. Single layers of Cr, CrN and multilayers of Cr/CrN with 2, 4, 8, 32 sublayers have been taken under examinations. The coatings with 1 µm thickness were deposited by PLD technology on a ferrite steel substrate. All investigations were carried out with the use of ball-on–disc tribometer and two ball materials – 100Cr6 steel and Al2O3. The influence of the friction pair materials on the friction process was determined. Wear mechanisms were analysed for all tested materials. Better understanding of wear phenomenon for ceramic/metal multilayers could be helpful for the proper design of such materials for friction nodes.
∗ Akademia Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, 30-065 Kraków, al. Mickiewicza 30, e-mail:
∗∗ Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków.
Tribo-08v39n4_p223.pdf (978.03 Kb)

Streszczenie

Galwaniczne powłoki chromowe są szeroko stosowane jako ochrona części maszyn przed zużyciem i korozją. Proces nakładania tych powłok wiąże się jednak z powstawaniem kancerogennych odpadów. Wprowadzone zwiększone wymagania dotyczące ochrony środowiska narzuciły konieczność poszukiwań alternatywnych technologii nakładania powłok.
W pracy przedstawiono zalety natryskiwania naddźwiękowego i możliwości zastąpienia chromowania galwanicznego tą technologią. Przedstawiono własciwości powłok natryskanych naddźwiękowo i chromowych oraz wyniki badań ich odporności na zatarcie. Podano przykłady eliminacji galwanicznych powłok chromowych w wyniku zastosowania powłok natryskanych naddźwiękowo.

Summary

OSHA’s (Occupational Safety and Heath Administration USA) new standard for occupational exposure to hexavalent chromium (hex Cr) presents the users of thermal spray processes with both challenges and an opportunity. The new standard significantly lowers the PEL (Permissible Exposure Limit) for hex Cr from the prior level of -52 µg/m3 to 5 µg/m3 on an 8 hour time-weighted average. It also requires action, including continuously monitoring the concentration level that is above 2.5 µg/m3 and creates a requirement for manufacturers to keep below 1 µg/m3 to be reliably within the regulations.
In the industry, chromium electroplating was found suitable for applications in coating of new elements and reclamation of machinery parts. Various advantages of the chromium coatings play the decisive role - high hardness of chromium coating, high abrasion resistance, resistance against chemical action, and temperature and aesthetic appearance. Depending on intended use, chromium coatings may be applied with a bath containing trivalent or hexavalent chromium. Baths with trivalent chromium are applied only for obtaining very thin decorative coatings. Solutions containing hex Cr give coatings with much better properties but creating the biggest health risk for people. Hexavalent chromium is a carcinogenic agent, as well is responsible for allergies, irritation of skin and the respiratory track with contact of skin with the solution. The mist created during this process directly affects people. More over, the technological process of chromium electroplating is the source of many harmful wastes. The above mentioned problems, as well as the introduction of new regulations in the protection of environment made it necessary to search for new technologies. Thermal spray technologies (flame and plasma) were sprayed and were applied on many machinery parts instead of chromium electroplating, particularly when effect of scuffing was common. However, their wear resistance was lower than that of chromium plated coatings, and this made it impossible for popular application. Much better properties characterise HVOF (High Velocity Oxy Fuel) sprayed coatings, introduced in the middle of the 80s. A coating in this process is formed above others from particles in a high plastic state, because they stay in the gas stream very shortly, which avoids their oxidation and phase transformation. Additionally, the high kinetic energy of particles allows for their proper deformation, although they are not in a liquid state. Hence, a coating very well bonded with the substrate with minimal porosity (less than 1%) and excellent properties is obtained.
Chromium electroplated coatings and HVOF coatings show very high wear resistance, but tests on their durability are really time consuming. Tests of scuffing resistance allow one to obtain the important property of material in the hard conditions of collaboration in a shorter time. Comparative tests of scuffing resistance of both coatings under dry friction conditions were carried out with Falex T-09 tribological tester. Analysis of the microstructure of the sprayed coatings was carried out by Joel JSM-5400 SEM and EDS microprobe. The microhardness of chromium coating was 968 HV 0.1 and 1218 HV 0.1 for WC12Co coating. Surface roughness Ra was 0.11 and 0.10, respectively. It was assumed that scuffing phenomenon occurs at the moment of the truncation of the cooper pin attaching roaring counter-specimen. The loading force at which scuffing occurred was for chromium coating 268±98 N, and for HVOF coating 1853±136 N. Analysis of the loading force sequence of the chromium coated specimen shows that mating with 45 steel after heat treatment under dry friction conditions leads to scuffing from the beginning. Further decrease of the loading force indicates substantial loss of the substrate. HVOF coatings tolerates an increase in loading force very well. Degradation of HVOF coating does not occur. Under dry friction conditions, WC12Co coating shows much higher resistance against scuffing than chromium coating.
∗ Politechnika Świętokrzyska, Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn, Katedra Inżynierii Eksploatacji, al. Tysiąclecia PP7, 25-314 Kielce, e-mail;
Tribo-08v39n4_p235.pdf (266.61 Kb)

Streszczenie

Zaproponowane przez B.I. Kosteckiego wyjaśnienie istoty zużywania utleniającego metali sprowadza się do jednoczesnego zachodzenia procesu deformacji materiału warstwy wierzchniej i jego utleniania (adsorpcja, dyfuzja, reakcje chemiczne). Wynikają z tego dwie drogi osiągnięcia warunku minimalizacji zużycia utleniającego.
Z pierwszej zasady termodynamiki można wysnuć wnioski co do warunków zużycia ujemnego, czyli nanoszenia tarciowego. W technice można go zastosować w procesie regenerowania węzłów tarciowych i w ten sposób minimalizować zużywanie. Podstawą w tym przypadku jest zjawisko przenoszenia materiału między powierzchniami tarcia oraz zjawisko nanoszenia tarciowego, występujące w określonych warunkach termodynamicznych.
Należy rozważyć kiedy i dlaczego obserwuje się wielokrotne przenoszenie materiału między elementami par tarciowych, poprzedzające opuszczenie strefy tarcia przez gotową cząstkę.

Summary

Proposed by B.I. Kosteckiego, the explanation of the creature of the waste oxidative of metals moves to simultaneous reaching of the process of the deformation of the material of the top-layer and to its oxygenation (the adsorption, the diffusion, chemical reactions). To mitigate this, there are two ways to minimise the waste oxidative. Firstly, one can control the degree of the resistance on the waste oxidative with the plastic proprieties of metals connected to the process of the friction. Secondly, one can bear on the chemical constitution of the “secondary (the external zone of the top-layer about changed chemical constitution with relation to of the core) structures” by the process control of the adsorption and the diffusion in the friction-point of the junction.
From the first rule of the thermodynamics, one can draw conclusions regarding conditions of the negative waste, that is to say bringing frictional. In the technique one can try him use in the process of regenerating of frictional hitches and like this minimalize the waste. A base in this instance is the occurrence of the transfer of the material between surfaces of friction and the occurrence of bringing frictional, occurrent under certain conditions thermodynamical.
We ought to consider when and why we observe the repeated transfer of the material between units of frictional couples the previous abandonment of the zone of the friction by the ready small part. From the physical point of view, most evidently the realization of the condition of the zero-waste is made difficult during single of contact of the inequality of surfaces spawning bodies. The upraised matter one ought to treat as open and exacting of the urgent decision.
∗ Politechnika Radomska, Instytut Budowy Maszyn, ul. Krasickiego 54, 26-600 Radom.
Tribo-08v39n4_p247.pdf (124.58 Kb)

Streszczenie

Przedstawiono proces zużycia adhezyjnego pary trącej żeliwo–stal, oraz jego eksploatacyjny efekt rozpatrywany w kategoriach zmian w obszarach WW współpracujących powierzchni. Dokonano analizy porównawczej parametrów charakteryzujących strukturę geometryczną powierzchni (SGP) żeliwa szarego poddanej procesowi zużycia adhezyjnego z jej stanem wyjściowym – uzyskanym w drodze toczenia wykańczającego.

Summary

The adhesive wear process for the cast iron–steel friction couple is presented, along with its operational effect, as considered in terms of changes within the top layer (TL) areas of the mating surfaces. A comparative analysis of the parameters characterising the geometrical surface structure (GSS) of grey cast iron, as subjected to adhesive wear, against its initial state obtained by finishing /turning is made.
The occurred adhesive wear process causes a significant increase in the roughness of the friction surfaces, whose GSS state is characterised by locally distributed breaches and accretions, as well as furrows oriented in the direction of the relative motion of the friction surfaces. A typical picture of an adhesively worn surface is the macro-roughness, being the result of processes, such as local surface breaches, grooving, and pasting. The areas of macro-irregularities forming during the adhesive wearing process are characterised by high values of vertical amplitude roughness parameters and a significant reduction in the material surface fraction.
The analysis of the test results seems to confirm the argument that the type of material and the proper microstructure appear to be very important, though not the sole factors in the friction process. The analysis of the physical processes occurring during adhesive wear shows that the properties of the mating surface TLs are also of great importance. Emphasis is placed here on the plastic properties and the state of the geometrical surface structure.
The proper selection of friction couple materials and obeying the technical conditions of surface mating are an important, though not the only condition of the operational efficiency of machine parts operating under wear friction conditions. A very important element is the proper preparation of the surface TL by applying suitable treatment methods imparting service properties to surfaces, which will maximise their resistance to occurring overloads, and minimise the destructive effect of those overloads, should they occur.
∗ Politechnika Częstochowska, Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji, ul. Armii Krajowejm 21, 42-200 Częstochowa, tel.: (0-34) 325-05-09.
Tribo-08v39n4_p257.pdf (10.68 Mb)

Summary

The aim of the presented paper is the present the shapes of HDD microbearing journal which have an influence on the enhancement of memory capacity. It is a new concept of changes of the memory capacity of parabolic fluid hydrodynamics HDD micro-bearings. Moreover, the asymmetrically grooved lateral surfaces of parabolic journal bearings generate the asymmetric pressure distribution that leads to concentric rotation and the eccentricity of a rotor. Most of the stiffness coefficient due to asymmetric grooves and parabolic shapes of lateral journal surfaces are bigger than those of the conventional cylindrical micro-bearings without grooves.
The damping coefficients and friction torque due to asymmetric grooves and parabolic shapes of lateral journal surfaces are slightly larger than those of the conventional cylindrical micro-bearings without grooves.
The asymmetric grooves of parabolic micro-journal bearings may have advantages in terms of small whirls radius and large dynamic coefficients occurring during the bearing exploitation.
The idea of the seeking of slide micro-bearings with the optimum of the capacity memory was implied from the author’s investigation of human joints, which fulfil the role of intelligent bio-bearings.
This paper investigates the dynamic behaviour of HDD microbearings with parabolic journal lateral shapes by solving the proper Reynolds equation and the equation of a motion of a HDD spindle system.
This paper presents the friction forces calculation in hydrodynamic HDD micro-bearing lubrication with parabolic shapes of journals.

Streszczenie

Łożyska kulkowe twardych dysków komputerowych zostały szybko zastąpione przez hydrodynamiczne mikrołożyska ślizgowe. Główną przyczyną jest fakt, że łożyska hydrodynamiczne ślizgowe zapewniają większą stabilność pracy, a czynnik smarujący opóźnia suchy kontakt i zatarcia pomiędzy współpracującymi obrotowymi powierzchniami jak też daje lepsze efekty uszczelniania i sztywności hydrodynamicznej.
System wrzecionowy HDD jest wsparty na dwóch czopach oraz dwóch łożyskach wzdłużnych o powierzchniach z wyciętymi w jodełkę lub na kształt spirali rowkami (nacięciami). Według badań G.H. Janga oraz C.S. Kima wspomniane nacięcia (rowki) przyczyniają się do wzrostu pamięci nośności mikrołożysk w twardych dyskach komputerowych. Jednakże mają one pewne wady, między innymi takie, jakie powodują duże momenty tarcia, przyczyniają się do znaczniejszych spadków lepkości cieczy ze wzrostem temperatury, dają niską sztywność łożyska.
Według Janga oraz Kima środek masy wrzecionowego systemu HDD zazwyczaj lokuje się ponad środkiem łożyska, co daje stożkowe ruchy wirowe o kącie nachylenia, w którym górna część stanowi większy promień aniżeli dolna część.
Ruch stożkowy redukuje wzrosty pamięci nośności w mikrołożyskach HDD.
Pamięć nośności jest uzyskiwana nie tylko poprzez właściwą selekcję górnej i dolnej części szerokości czopa łożyskowego oraz odpowiednio nacięte rowki na powierzchniach nośnych, jak to zauważył Jang, lecz także na podstawie badań autora można efekt zmian pamięci nośności uzyskać przez odpowiednie wyprofilowanie powierzchni czopa mikrołożyska.
∗ Gdynia Maritime University, ul. Morska 83, 81-225 Gdynia, e-mail: ;
Tribo-08v39n4_p267.pdf (438.19 Kb)

Streszczenie

Według aktualnej informacji autorów w badaniach naukowych prowadzonych obecnie w Polsce i na świecie brakuje zarówno eksperymentalnych, jak też analityczno-numerycznych badań tribologicznych parametrów związanych z tarciem, zużyciem-uszkodzeniem i smarowaniem komórek chrząstki stawowej podczas ich opływu oraz odżywiania cieczami biologicznymi. Hydrodynamiczne smarowanie komórki (chondrocytu) odbywa się poprzez jej opływ super cienką warstewką płynu biologicznego, natomiast odżywianie następuje poprzez cząsteczki cieczy biologicznej lub farmakologicznej, kontaktującej się z chondrocytem.
Proponowane w projekcie badania obejmują: wyznaczanie prędkości przepływów cieczy o własnościach nienewtonowskich w supercienkich warstwach granicznych w skali mikro i nano, obliczanie ciśnienia hydrodynamicznego i naprężeń, znajdowanie mikro- lub nanosił tarcia, a także współczynników tarcia.

Summary

Tissue engineering is one of the most quickly developing domains of applied biotechnology. A new method of research on this science can be solved only during cooperation of biologists, mechanics, tribologists, orthopaedics, and clinicians.
In the authors’ opinion, at present, scientific researchers in Poland and in the world have a lack of experimental and numerical tribological investigations connected with friction, wear, and the lubrication of cartilage joint cells during the biological fluid flow around the chondrocytes (cartilage cells).
In this paper, the authors present the comparisons between lubricating flows in liquid thin layers occurring in micro-bearings for a journal diameter not greater than 1 mm and with the velocity distributions existing in liquid micro-layers flowing around the cartilage cells in bioreactors and in gaps of human joints.
Presented research contains the following: determination of non-Newtonian fluid velocities in the micro- and nano-level in very thin boundary layers near the cartilage cells, hydrodynamic pressure and stress calculations, the determination of micro- and nano-friction forces to obtain proper friction coefficients. The existing shear rates during the flow have an influence on the apparent viscosity in the thin layer near the cells. In the ultra thin boundary layer, the viscosity changes also additionally in the gap height direction.
Taking into account the newest theoretical models in the field of micro- and nano- mechanics for the fluid flow in ultra thin boundary layer around the cells, the authors indicate that the analytical and numerical determination of the influence of genetic code, growth possibility and cell regeneration on the fluid dynamic apparent viscosity is very necessary. For such numerical calculations, the values of measurements performed in the Atomic Force Microscope are desired to obtain the values at the micro- and nano level.
Simultaneously, it is very important to perform the measurements of values of material coefficients, i.e. fluid pseudo-viscosity, describing the physical relations between stresses and shear-rate tensor coefficients for non-Newtonian biological fluid. Such measurements are possible only by using the AFM microscope and new mathematical programs. Moreover, the measurements of cell surface roughness and friction forces at the nano level during the lubrication are possible only by using the atomic force microscope.
Many illness causing changes of human hip and knee joints are connected mainly with the decreasing of the synovial fluid dynamic viscosity. Hence, the research has a practical meaning, because the lack of knowledge in the field of tribological parameters of synovial fluid and the human joint cartilage cells leads to the improper therapy and thus to the mechanical reconstruction of the whole human hip or knee joint.
∗ Akademia Morska w Gdyni, ul. Morska 83, 81-225 Gdynia, e-mail:
Tribo-08v39n4_p275.pdf (1.07 Mb)

Streszczenie

Hydrodynamiczna teoria smarowania w zakresie mikrołożysk ślizgowych, a nawet tocznych jest jedną z najszybciej rozwijających się dziedzin tribologii stosowanej. Według aktualnej informacji autorów bardzo mało jest takich badań naukowych prowadzonych w Polsce natomiast na świecie hydrodynamiczna teoria smarowania dla mikro- oraz nanołożysk rozwija się bardzo szybko ze względu na liczne ich zastosowania, między innymi w dyskach komputerowych HDD, mikroturbinach oraz mikrorobotach, a także mikrosilnikach.
W niniejszym projekcie autorzy proponują wyznaczać: prędkości przepływów cieczy o własnościach nienewtonowskich w supercienkich warstwach granicznych w skali mikro i nano, ciśnienia hydrodynamiczne i naprężenia, mikro- lub nanosiły tarcia, współczynniki tarcia. Badania uwzględniają zmiany lepkości cieczy w zależności od współczynników materiałowych warstwy wierzchniej panewki.

Summary

Hydrodynamic theory of the lubrication of slide micro-bearings is one of the most quickly developing applied tribological domains. In the authors’ opinion, at present, scientific research performed in Poland lacks in the field of micro-nano-tribology; but in the world, such investigations have been very quickly developed and applied in hard computer disks micro-bearings, micro-motors, micro-turbines, and micro-robots.
In slide micro-bearings, the lubricant flows in very thin (smaller than 1 micrometer) boundary layers around the rotating journals about 20 000 rpm. The lubricant in such thin layers attains other properties in comparison with lubricant properties flowing in thin boundary layers occurring in classical bearings.
The presented research contains the following: the determination of non-Newtonian fluid velocities at the micro- and nano-level occurring in very thin boundary layers flowing inside the microbearing gap, hydrodynamic pressure and stress calculations, the determination of micro- and nano-friction forces to obtain proper friction coefficients in HDD micro-bearings. The existing shear rates during the flow have an influence on the apparent viscosity in the thin layer between the journal and micro-bearing sleeve. In the ultra thin boundary layer, the viscosity additionally changes in the gap height direction.
The authors have taken into account the newest theoretical models in the field of micro- and nano-mechanics for the fluid flow in ultra thin boundary layer around the co-operating surfaces in microbearings, and experience gained during the solutions of human biobearings lubrication problems. Up until now, such research has not been performed.
For the solving the HDD problems of micro-bearing lubrication, it is very important to perform the measurements of values of material coefficients, i.e. fluid pseudo-viscosity, describing the physical relations between stresses and shear rate tensor coefficients for non-Newtonian lubricants. Such measurements are possible only by using the AFM microscope and new mathematical programs.
Moreover, the measurements of micro-bearing surface roughness and friction forces at the nano level during the lubrication are possible only by using the atomic force microscope.
Many damages of HDD micro-bearings are connected mainly with the decreasing of the fluid dynamic viscosity. Hence, the presented research has practical meaning, because the lack of knowledge in the field of tribological parameters of HDD micro-bearing operation leads to improper exploitation, and thus to the mechanical reconstruction of the whole HDD micro-bearing spindle system.
∗ Akademia Morska w Gdyni, ul. Morska 83, 81-225 Gdynia, e-mail: ;
Tribo-08v39n4_p283.pdf (126.10 Kb)

Streszczenie

W pracy rozpatrywane są koła zębate walcowe o prostej linii zęba, nawęglane i hartowane do twardości 60–62 HRC. Najczęściej występującą formą destrukcji w procesie zużywania tribologicznego współpracujących zębów kół zębatych o podanej twardości jest zużywanie pittingowe. Celem jest wykazanie zgodności analizy teoretycznej, badań numerycznych i badań doświadczalnych, jakie przeprowadził autor w zakresie sprzyjających warunków powstawania pittingu.

Summary

Cylindrical gears with the flank pitch line, carbonated and hardened to obtain 60-62 HRC have been considered. Pitting of meshing toothed wheels is the major form of tribological wearing whilst in service.
The demonstrating of the accordance of a theoretical analysis, numerical and experimental research lead by the author under the favourable conditions of pitting is the main aim of this paper.
∗ Uniwersytet Rolniczy im. H. Kołłątaja w Krakowie, Wydział Technologii Żywności, ul. Balicka 122, 30-149 Kraków, tel.: (012) 662-51-64.
Tribo-08v39n4_p291.pdf (6.87 Mb)