Summary

This paper presents the new methods of friction force calculations occurring in slide hydrodynamic HDD micro-bearings with spherical journals. Moreover the paper presents new ideas for calculation and design of slide hydrodynamic HDD micro-bearings. One of these ideas includes the possibilities to cover the cooperating micro-bearing surfaces with a very thin biological layer of about 80 nm. The thin biological layer contains genetic information that establishes intendment tasks prescribed in genetic material. The means of registration of genetic information in DNA particles inside the thin biological layer is called genetic code. We can control a genetic information, and we can select such genetic information inside the thin biological layer to obtain proper carrying capacities and very small friction forces and wear values.

Streszczenie

Niniejsza praca przedstawia nową metodę obliczania sił tarcia występujących w ślizgowych hydrodynamicznych sferycznych mikrołożyskach HDD dysków komputerowych. Mikropowierzchnie mikrołożysk ślizgowych są powlekane cienką warstewką materiału biologicznego zawierającego genetyczne informacje, które realizują zamierzone zadania dla mikrołożyska zapisane w materiale genetycznym. Sposób rejestracji informacji genetycznych w cząsteczkach DNA wewnątrz warstwy materiału biologicznego o grubości około 80 nm nazywamy kodem genetycznym. Możemy również sterować informacjami genetycznymi oraz dobierać takie genetyczne informacje wewnątrz warstwy biologicznej, aby uzyskiwać właściwe siły nośne mikrołożyska przy minimalnych wartościach sił tarcia oraz wartościach zużycia materiału.
Równocześnie wyszczególnione zostały nowe idee hydrodynamicznego smarowania mikrołożysk ślizgowych o właściwościach sztucznej inteligencji z możliwością zapamiętywania reakcji wzbudzania stosownych parametrów eksploatacyjnych przy zmiennych warunkach obciążenia z możliwością adaptacji do warunków środowiska oraz z możliwością remodelingu.
∗ Institute of Mechatronics, Nanotechnology and Vecuum Technique, Technical University Koszalin, PL 75-620 Koszalin, ul. Racławicka 15-17, Poland; ,
Tribo-09v40n4_p243.pdf (127.01 Kb)

Summary

This paper presents a method of pressure and carrying capacity calculation in slide conical micro-bearing occurring in HDD computer discs. The authors compare they’re own results of pressure and capacity distributions with the results that are obtained G.H. Jang. Considered microbearings have intelligent memory features. G.H. Jang attain memory properties through the nano- grooves on the cylindrical micro-bearing surfaces which implies the whirling motion and whirling flows of the lubricant in the bearing gap. In the presented paper, the proper pressures and capacity distributions and memory effects the of course are obtained by the conical shapes of the journal and sleeve and additionally by the grooves with depth of about 25 nm. Such shapes increase and regulate the pressure and capacity distributions and the effect of whirling motion and therefore increase the bearing memory properties.

Streszczenie

W niniejszej pracy wyznacza się rozkłady wartości ciśnienia oraz siły nośne w mikrołożyskach stożkowych stosowanych w dyskach komputerowych. Prace z zakresu mikrołożysk ślizgowych publikowane w ostatnich trzech latach dowodzą, że mikro- i nanorowki na powierzchniach czopa i panewki mikrołożysk przyczyniają się do zwiększenia nośności i powodują, że łożyska mają właściwości inteligentne, manifestujące się zdolnością zapamiętywania określonych reakcji na konkretne obciążenia w trakcie eksploatacji. Autorzy niniejszej pracy wykazują, że cechy pamięci i symulacji nośności są powodowane nie tylko nano- i mikrorowkami na powierzchni czopa i panewki, ale również rozmaitymi kształtami czopów, a w niniejszej pracy czopem stożkowym. Opublikowana praca autora w Solid State Phenomena, Switzerland (2009) dotycząca mikrołożysk z czopami parabolicznymi oraz przedstawione w niniejszej pracy wyniki dotyczące łożysk o czopach stożkowych potwierdzają przedstawioną hipotezę.
W niniejszej pracy autorzy przedstawiają równanie typu Reynoldsa wyznaczające rozkład ciśnienia w szczelinie stożkowego mikrołożyska przy uwzględnieniu stochastycznie zmiennej wysokości szczeliny łożyskowej.
Ponadto wyznaczone zostały rozkłady wartości ciśnienia hydrodynamicznego oraz wartości siły nośnej.
∗ Institute of Mechatronics, Nanotechnology and Vacuum Technique, Technical University Koszalin, PL 75-620 Koszalin, ul. Racławicka 15-17, Poland; e-mail:
∗∗ Akademia Morska w Gdyni; 81-225 Gdynia, ul. Morska 81-87;
Tribo-09v40n4_p251.pdf (250.50 Kb)

Streszczenie

Przedmiotem pracy jest wyznaczanie sił tarcia w inteligentnych stożkowych mikrołożyskach HDD z pamięcią, które występują w dyskach komputerowych. Praca niniejsza jest kontynuacją prac autora i jego współpracowników publikowanych w 2007 roku. Autor porównuje wyniki własne z wynikami uzyskanymi w ostatnich dwóch latach przez G.H. Janga, który wraz ze swoim zespołem badawczym uzyskał efekty pamięci występujące w hydrodynamicznych mikrołożyskach ślizgowych wyłącznie poprzez nacięcia rowków o głębokości kilkudziesięciu nanometrów na powierzchniach czopów i panewek o kształtach walcowych, przez co uzyskiwane były odpowiednie przepływy wirowe cieczy smarującej wewnątrz super cienkiej warstewki oleju w szczelinie łożyskowej. Autor zauważył, że niezależnie od nanorowków zwiększone efekty pamięci można uzyskać poprzez odpowiednie modelowanie kształtów powierzchni stożkowej czopa i panewki. Opracowana przez autora teoria smarowania stożkowych kształtów powierzchni nośnych hydrodynamicznych mikrołożysk ślizgowych potwierdza wyniki G.H. Janga. Ponadto w pracy wykazano, że efekty inteligentnych mikrołożysk, polegające na zapamiętywaniu określonych obciążeń w warunkach eksploatacji oraz na odreagowaniu tych obciążeń poprzez wzbudzanie odpowiednich przepływów wirowych, powodowanych kształtem czopa i panewki, dodatkowo zwiększają efekty pamięci prezentowane przez dotychczasowych badaczy, a nawet są, zdaniem autora, bardziej skuteczne aniżeli w przypadkach badań G.H. Janga.
∗ Institute of Mechatronics, Nanotechnology and Vacuum Technique, Technical University Koszalin, PL 75-620 Koszalin, ul. Racławicka 15-17, Poland; e-mail:
∗∗ Akademia Morska w Gdyni; 81-225 Gdynia, ul. Morska 81-87;
Tribo-09v40n4_p259.pdf (103.13 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań zużycia wybranych trzech stali węglowych. Badania przeprowadzono na zmodyfikowanym stanowisku Timkena, przy suchym tarciu ślizgowym. Wyniki badań pozwoliły na określenie zależności intensywności zużywania badanych stali od wybranych parametrów charakteryzujących własności materiału (twardość stali) i warunki współpracy (nacisk i prędkość ślizgania). Zależności te opisano za pomocą równania wykładniczego. Wykorzystano je wraz z wynikami badań metalograficznych do analizy merytorycznej otrzymanych wyników badań zużycia.

Summary

In this article, wear test results of three carbon steels (B6, C54 and C55) are presented. These tests have been performed on a modified Timken wear-testing machine in dry sliding conditions. To obtain an initial point contact (like in wheel – rail system), two cylinders with perpendicular axes have been used as elements of the tested pair.
One of them had a motionless specimen, and the second one had a counter-specimen rotated around its axis. Volume loss and apparent contact area vs. load, sliding speed, and sliding distance were determined. On the basis of these results, the linear wear rate and contact pressure were calculated. Results of these calculations have been utilised to determine the influence of pressure, sliding speed, and material hardness on the wear rate of the tested steels. These influences have been mathematically described with an exponential function, which was used to analyse the wear behaviour of the researched materials. Optical microscopic observations of worn surfaces were carried out to study wear mechanisms.
∗ Politechnika Śląska, Katedra Eksploatacji Pojazdów Samochodowych, ul. Z. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, tel. (032) 603 41 52, fax. (032) 603 42 92, e-mail: ,
Tribo-09v40n4_p267.pdf (296.06 Kb)

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań strukturalnych, mikromechanicznych i tribologicznych powłok wielowarstwowych typu TiN/CrN. Powłoki o całkowitej grubości 1 µm, zbudowane z 2, 8 i 32 na przemian ułożonych warstw TiN i CrN osadzono laserem impulsowym na stali ferrytycznej metodą PLD (Pulsed Laser Deposition). Strukturę powłok badano z użyciem elektronowego mikroskopu transmisyjnego (TEM).
Badania właściwości mechanicznych wykazały zależność twardości i modułu sprężystości od liczby warstw w powłoce. Badania tribologiczne wykonano w styku kula (Al2O3) – tarcza w warunkach tarcia technicznie suchego, stosując obciążenie 0,5; 1 i 2N. Zbyt duże obciążenie powłok ceramicznych pracujących w warunkach styku skoncentrowanego może spowodować przekroczenie nośności układu powłoka–podłoże, co prowadzi do pękania warstwy ceramicznej i gwałtownego jej zużycia. Graniczną wartość obciążenia określono jako najmniejszy nacisk na kulkę powodujący gwałtowne zużycie powłoki o charakterze patologicznym. Na podstawie przeprowadzonych badań można wnioskować, że zwiększenie liczby warstw w powłoce wielowarstwowej od 2 do 32, z równoczesnym zmniejszaniem ich grubości od 500 nm do 31 nm ma silny wpływ na właściwości tribologiczne. Największe obciążenie graniczne oraz największą odporność na zużycie uzyskano dla powłok złożonych z 32 warstw, charakteryzujących się zarazem najmniejszym współczynnikiem tarcia.

Summary

The structure and micromechanical and tribological properties of the multilayer of TiN/CrN are presented in the paper. The TiN/CrN coatings built of 2, 8 and 32 layers with the overall thickness of 1µm obtained by Pulsed Laser Deposition (PLD) method were investigated. Analysis of transmission electron microscopy images (TEM) showed highly defective columnar structure of individual layers. The hardness and elastic modulus depend on the number of layers in the coating. In the case when a load carrying capacity of the ceramic coating-substrate system is exceed, ceramic layer cracks are created and multiply wear due to the presence of the hard abrasive particles between sliding surfaces. The load carrying capacity was defined as the smallest load applied on of the ball, which induced rapid abrasive wear of the coating. An increase in the number of the layers in the coating from 2 to 32, with a decrease of their thickness from 500 nm to 31 nm, strongly influence of the tribological properties. The maximum hardness (21 GPa) and the best adherence (LC = 8,4 N) are presented in the 8-layers coating, while the 32-layers coating showed the highest load carrying capacity and wear resistance as well as the lowest friction coefficient (0,1).
∗ Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, 30-065 Kraków, Al. Mickiewicza 30, e-mail:
∗∗ Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków.
Tribo-09v40n4_p275.pdf (225.94 Kb)

Streszczenie

W pracy analizowano wpływ zawartości krzemu na właściwości mikromechaniczne dwuwarstwowych powłok (Cr,Si)N/TiN osadzonych na płytkach z węglików spiekanych. Międzywarstwę TiN o grubości ok. 4 µm nałożono metodą łukową, a wierzchnią warstwę (Cr,Si)N o grubości 1 µm techniką magnetronową z wykorzystaniem targetów CrSi o udziale od 0 do 5% at. Si. Badania mikrostrukturalne z użyciem mikroskopu transmisyjnego wykazały, że wprowadzanie dodatku krzemu powodowało rozdrobnienie krystalicznej budowy kolumnowej warstw (Cr,Si)N. Właściwości mikromechaniczne określono na podstawie badań mikrotwardości i odporności na zarysowanie, a charakterystyki tribologiczne wyznaczono w styku kula–tarcza. Wzrost zawartości krzemu od 0,5 do 5% at. w powłoce (Cr,Si)N/TiN zwiększa jej twardość od 19 do ok. 23 GPa. Obciążenie krytyczne dla powłoki (Cr,Si)N/TiN o udziale 5% at. Si jest o ok. 40% większe w stosunku do powłoki CrN/TiN. Odporność na zużycie przez tarcie powłoki (Cr,Si)N/TiN jest porównywalna do powłoki bez udziału krzemu. Jednak szersza analiza właściwości tribologicznych z uwzględnieniem zużycia przeciwpróbki (kulka Si3N4) potwierdza dobre cechy przeciwzużyciowe powłok (Cr,Si)N/TiN. Wyniki badań dowodzą także, że dodatek krzemu zwiększa znacznie nośność warstwy wierzchniej z badaną powłoką, co może wynikać z umocnienia roztworowego oraz rozdrobnienia mikrostruktury kolumnowej tych warstw.

Summary

This paper presents new methods of friction forces calculations occurring in slide hydrodynamic HDD micro-bearings with spherical journals. Moreover, new ideas for the calculation and design the slide hydrodynamic HDD micro-bearings are presented. One of these ideas is the possibility to cover the cooperating micro-bearing surfaces with a very thin biological layer of about 80 nm. The thin biological layer contains genetic information that establishes intendment tasks prescribed in genetic material. The means of registration of genetic information in DNA particles inside the thin biological layer is called genetic code. We can control a genetic information, and we can select such genetic information inside the thin biological layer as to obtain proper carrying capacities and very small friction forces and wear values.
∗ Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, 30-065 Kraków, Al. Mickiewicza 30, e-mail:
∗∗ Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków
Tribo-09v40n4_p285.pdf (566.39 Kb)