TRIBOLOGIA TEORIA I PRAKTYKA v.XXXVIII Nr 6, 2007 (216)

Streszczenie

Opracowanie dotyczy jednego z najpopularniejszych zespołów maszynowych, łożysk ślizgowych, charakterystycznych dla ruchu obrotowego i mających wielowiekową tradycję.
Omówiono konstrukcję (postać i materiały) łożysk i ich zastosowanie od czasów prehistorycznych po czasy współczesne.
Ukazano współzależność rozwoju techniki i rozwoju łożysk. Mimo ostrej „konkurencji” łożysk tocznych łożyska ślizgowe ostały się wszędzie tam, gdzie ich właściwości przewyższają właściwości łożysk tocznych (np. możliwość podziału w płaszczyźnie osiowej, cichobieżność, możliwość zwiększania obciążenia z równoczesnym zwiększaniem prędkości i inne).
Ukazano tendencje rozwojowe tego rodzaju łożysk.

Summary

This study concerns one of the most popular machine components for rotational movement featuring centuries long tradition, i.e. sliding bearings.
Design of these bearings (structure and materials) has been discussed together with their application areas from prehistoric times till present.
A parallelism in the development of technology and journal bearings has been highlighted. Sharp competition from roller contact bearings notwithstanding, journal bearings remain a first choice option in applications where their properties (e.g. split design, low level of noise, a possibility of a simultaneous increase of loading and rotational speed, and others) are superior to those of roller contact bearings.
Future development trends in this type of bearings have been shown.
① Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechniki Wrocławskiej, Wybrz. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, tel.: (71) 347-79-94, e-mail:zbigniew.lawrowski_xl@wp.pl
Tribo-07v38n6_p007.pdf (9.36 Mb)

Streszczenie

W publikacji przedstawiono wyniki badania wpływu wody i obciążeń mechanicznych na stabilność struktury i właściwości smarne wybranych smarów plastycznych.
Wykonano testy tribologiczne opracowanych smarów plastycznych i porównano je z wynikami uzyskanymi dla smarów zawierających wodę i poddanych przedłużonemu ugniataniu.
Przedstawiono wyniki badania odporności smarów plastycznych na działanie wody w warunkach statycznych i dynamicznych oraz odporności mechanicznej charakteryzującej stabilność struktury środka smarowego.
Porównano odporność mechaniczną smarów plastycznych zawierających 10% wody z wynikami uzyskanymi dla smarów o tym samym składzie chemicznym bez dodatku wody.
Na podstawie wyników badań fizykochemicznych i smarnych badanych smarów plastycznych stwierdzono, iż działanie wody i obciążenia mechaniczne wpływają na wzrost stabilności struktury i niektórych parametrów opisujących właściwości smarne smarów z zagęszczaczem wapniowym.

Summary

Influence of water and mechanical load on the stability of greases’ structure and lubricity has been presented. Tribological experiments were carried out using the greases. Obtained results were compared with the ones characteristic for greases containing water, after long-lasting kneading.
It has been investigated resistance of greases to the effect of water under static conditions and mechanical resistance characterizing stability of the lubricant structure. The mechanical resistances of greases without water and containing 10% of water were compared.
On the basis of physic-chemical and tribological properties of the investigated greases, it has been concluded that water effect and mechanical loads influence on the stability of structure and some parameters describing lubricity of the greases with calcium thickener
① Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Radom, ul. Pułaskiego 6/10, tel. (048) 36-442-41, fax (48) 36-447-65.
Tribo-07v38n6_p063.pdf (110.46 Kb)

Streszczenie

Praca poświęcona jest badaniom nad właściwościami reologicznymi smarów plastycznych: wapniowego, litowego, aluminiowego i polimerowego. Do wyznaczenia wartości naprężeń stycznych w smarach wykorzystano reometr rotacyjny. Przeprowadzone badania wykazały, że zarówno rodzaj zagęszczacza, jak też rodzaj materiału ścianki wpływają na właściwości reologiczne smarów plastycznych. Badania wykazały także, iż wpływ warstwy przyściennej ujawnia się w zakresie niskich wartości prędkości ścinania i w niższej temperaturze.

Summary

The presented research deals with the rheological properties of greases such as: calcium, lithium, aluminum soap and polymer thickened ones. The shear stress in these compounds has been determined by means of the rotational rheometer. Both the type of the thickener and the type of material of cylinder affected the rheological properties of greases. The study shows also that the influence of boundary layer appears in the low shear rate and low temperature area.
① Politechnika Wrocławska, Instytut Kontstruki i Eksploatacji Maszyn, ul. Łukasiewicza 7/9, 50-371 Wrocław, tel. (71) 3203112, e-mail:
Tribo-07v38n6_p075.pdf (1.41 Mb)

Summary

In an attempt to better understand the mechanisms of valve train wear and lubrication, a study was made to connect two earlier observations with a recent theoretical treatment of tribological processes occurring in the highly-loaded cam/valve lifter assembly of an automotive engine. In previous valve train wear studies conducted by one of the authors (MJF), neutron-activated valve lifters were installed in a V-8 engine connected to a dynamometer for basic research and continuous wear measurements.
One important discovery was that metal transfer occurred from the radioactive valve lifters to the cam in a narrow strip at the cam nose. This is where calculations of oil film thickness would predict the thinnest film. In a follow-up study using the identical engine but with non-radioactive valve lifters, tests were carried out with P-32-tagged zinc di(C6)alkyl dithiophosphate (ZDDP) under conditions in which this additive reduced valve lifter wear by 90%. After disassembly of the engine, autoradiographs were made of the cams and valve lifter faces. The results were striking, showing significant film formation localized in the region of the cam nose and encompassing the previously-found narrow strip of metal transfer. Zn, Fe, and Ni di(C6)alkyl dithiophosphates-all thermally decomposing completely at around 205-210°C-were equally effective in reducing valve lifter wear in engine tests while more thermally stable Zn dithiophosphates (C13 and aryl derivatives) had no effect whatsoever on valve lifter wear. Since the cam nose represents not only the region of highest load but also of highest sliding velocity, this would correspond to that of highest expected surface temperature in the absence of an EHL or oil film. But the duration of contact at the peak temperature at the cam nose is short. Is there enough time for a protective film-forming reaction to occur? To examine this and other questions, a general theoretical model developed by Vick was applied to a model cam/valve lifter system with varying load, speed, contact geometry, deformation, and presence of an oil film.
Specific conditions were selected to correspond to previous engine studies and to illustrate the theoretical distribution of surface temperatures over the entire rotating cam, including time and decay effects. This information was then compared to the two experimental observations. It is suggested that these studies may add to our understanding not only of the wear mechanisms involved but also of tribochemical reactions, including tribopolymerization as an antiwear mechanism, e.g., the "in situ" surface polymerization of condensation-type monomers.
Streszczenie
W obszarze wierzchołka krzywki rozrządu silnika samochodowego występują nie tylko najwyższe obciążenia, ale także największe prędkości poślizgu, co prowadzi do najwyższych spodziewanych temperatur powierzchni w przypadku braku elastohydrodynamicznej warstwy smarowej. Jednak czas występowania szczytowej temperatury w okolicy wierzchołka krzywki jest bardzo krótki. Powstaje więc pytanie czy wystarczy czasu dla wystąpienia reakcji tworzącej warstwę ochronną. W celu rozstrzygnięcia tej i innych kwestii ogólny model teoretyczny opracowany przez Vicka został zastosowany do modelowania systemu krzywka-popychacz ze zmiennym obciążeniem, prędkością, geometrią styku, odkształceniem i występującą warstwą smarową. Wybrano dane wyjściowe odpowiadające zrealizowanym wcześniej przez Fureya badaniom eksperymentalnym silników. Określono rozkłady temperatury na całej powierzchni krzywki. Uwzględniając efekty czasowe i zanikania. Porównano wyniki teoretyczne z rezultatami dwu serii badań eksperymentalnych. Zrealizowane studium może uzupełnić naszą wiedzę nie tylko o mechanizmach zużywania, lecz także o reakcjach tribochemicznych – z uwzględnieniem tribopolimeryzacji jako mechanizmu przeciwzużyciowego np. polimeryzacji monomerów typu kondensacyjnego „in situ” na powierzchni tarcia.
① Department of Mechanical Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA 24061-0238, U. S. A.
Tribo-07v38n6_p087.pdf (3.08 Mb)

Streszczenie

Praca dotyczy wpływu stereometrycznych parametrów powierzchni zmierzonych w nanoskali, na charakterystyki tribologiczne smarowanych skojarzeń polimerowo-ceramicznych.
Tribologiczne badania skojarzeń materiałowych w ruchu posuwisto-zwrotnym przeprowadzono na stanowisku badawczym typu trzpień––płytka (tester T-17). Badaniom poddano płytki wykonane z ceramiki o różnej zawartości ZrO2 i Al2O3 i różnej chropowatości, skojarzone z przeciwpróbką wykonaną z wielkocząsteczkowego polietylenu (UHMWPE). Wykonano pomiary współczynnika tarcia oraz intensywności zużywania materiałów w środowisku płynu Ringera.
Do pomiarów stereometrycznych parametrów chropowatości powierzchni próbek ceramicznych wykorzystano mikroskop sił atomowych (AFM).
Przeprowadzone badania wskazały, że w skojarzeniach ceramika––polimer, pracujących w ruchu posuwisto-zwrotnym, dla elementów ceramicznych o bardzo małej chropowatości powierzchni, wraz z jej zmniejszaniem, rośnie współczynnik tarcia oraz wzrasta zużycie elementu polimerowego. Prawdopodobną tego przyczyną jest brak możliwości wytworzenia odpowiednio grubej warstwy polimerowego filmu smarującego.

Summary

The influence of the roughness parameters measured in nanoscale on tribological characteristics of lubricated ceramic-polymer friction couple has been presented.
The tribological investigation of materials in reciprocating motion were performed by means of the T-17 pin-on-flat tribotester developed in and produced by the Institute for Sustainable Technologies, Radom, Poland. The ceramic plates with various roughness parameters and containing different concentration of ZrO2 and Al2O3 rubbing against the commercial polymer specimen were tested. The friction and wear characteristics in presence of Ringer solution were measured. Atomic force microscope (AFM) was utilised for measuring of 3D surface parameters.
It has been shown, that in the case of ceramic-polymer friction joints working under reciprocating motion, the correlation between friction coefficient as well as wear and roughness exists. The friction coefficient and wear rate were lower for higher values of roughness parameters of ceramic plate. The probable cause of such a correlation is decreasing of lubricating polymer layer thickness between ceramic and polymer material.
① Instytut Technologii Eksploatacji – PIB, Zakład Tribologii, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (48) 3644241, e-mail:
Tribo-07v38n6_p119.pdf (1.79 Mb)

Streszczenie

W części I artykułu zaprezentowano nową metodę doboru cienkich, twardych powłok przeciwzużyciowych dla zwiększenia trwałości wysoko obciążonych kół zębatych. Metoda polega na przeprowadzeniu szeregu analiz i badań właściwości fizykomechanicznych powłok, zakończonych badaniami tribologicznymi odporności na zacieranie i powierzchniowej trwałości zmęczeniowej w modelowym skojarzeniu ciernym. Pozwoliła ona na wyselekcjonowanie dwóch powłok nowej generacji do potencjalnego zastosowania na koła zębate. Są to: powłoka a-C:H:W – wielowarstwowa, nanostrukturalna powłoka DLC domieszkowana wolframem o handlowej nazwie WC/C oraz powłoka MoS2/Ti – niskocierna powłoka kompozytowa o handlowej nazwie MoST.
W niniejszym artykule (cz. II) omówiono wyniki badań weryfikacyjnych wyselekcjonowanych powłok z użyciem testowej przekładni zębatej (typu FZG). Powłoki naniesiono na zęby testowych kół zębatych. Celem badań było sprawdzenie, czy wysoko obciążone koła zębate po naniesieniu powłoki wykażą wyższą trwałość i lepsze parametry użytkowe (np. temperatura oleju, opory ruchu, drgania) niż koła stalowe, przy zastosowaniu tego samego środka smarowego, którym jest samochodowy olej przekładniowy wysokiej klasy jakościowej (API GL-5).
Stwierdzono, że obie badane powłoki pozwalają zachować bardzo wysoką odporność na zacieranie i dodatkowo zredukować opory ruchu oraz obniżyć temperaturę oleju. Towarzyszy temu jednak znaczny spadek wskaźnika lepkości oleju. Co gorsza, powłoki powodują znaczące pogorszenie powierzchniowej trwałości zmęczeniowej i zwiększają poziom drgań. Zatem niecelowym jest stosowanie cienkich, twardych powłok do zwiększania trwałości wysoko obciążonych przekładni zębatych w przypadku zastosowania do ich smarowania olejów przekładniowych przeznaczonych do smarowania wysoko obciążonych kół stalowych. Wciąż otwartą pozostaje tutaj kwestia właściwego doboru oleju do smarowania materiału powłokowego w celu poprawy trwałości i parametrów użytkowych przekładni z naniesioną powłoką w porównaniu z przekładnią bez powłoki.

Summary

In the Part I of this paper a method for selection of wear resistant, hard, thin coatings to increase life of heavy loaded gears has been described. The method includes a number of analyses of physico-mechanical properties of coatings finished with tribological testing of scuffing resistance and surface fatigue life performed in model tribosystems. The research enabled to select the two new-generation coatings. They were: a-C:H:W coating - multilayer, nanostructural DLC coating doped with tungsten, having the trademark WC/C, and MoS2/Ti coating – low friction, composite coating having the trademark MoST.
Part II of the paper presents the tribological component tests of the both coatings using the back-to-back gear test rig that meets the domestic and international standard specifications. The tested coatings were deposited on the flanks of the test gears. The aim of the experiment was to determine experimentally the lifetime and operating features (e.g. oil temperature, friction, vibrations) of coated gears compared to such features of uncoated gears. For lubrication an automotive gear oil of high performance level was used (API GL-5).
It has been shown that the both coatings make it possible to keep very high scuffing resistance of the gears, reduce friction and oil temperature. Unfortunately, it is accompanied by a significant drop in the viscosity index of the oil. Additionally, the presence of coatings significantly reduces the surface fatigue life and increases the level of vibrations. So, this is not appropriate to apply hard, thin coatings in highly loaded gears in case of lubrication with an oil intended for highly loaded steel gears. An unresolved matter remains a correct selection of the lubricating oil to improve surface fatigue life and operating features of coated gears, compared to uncoated ones.
① Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Zakład Tribologii, ul. Pułaskiego 6/10, 26–600 Radom.
Tribo-07v38n6_p133.pdf (4.58 Mb)

Streszczenie

W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu struktury stereometrycznej powierzchni (SGP 3D) warstwy tlenkowej uzyskanej w wyniku utleniania anodowego twardego stopu AlCu4Mg1 na kinetyczny współczynnik tarcia µk przędzy o te powierzchnie dla trzech wartości prędkości przędzy. Wyznaczono wartość współczynnika korelacji R dla każdego z parametrów przyjętych do oceny struktury stereometrycznej powierzchni w zależności od kinetycznego współczynnika tarcia µk przędzy. Dla parametrów SGP 3D, które najlepiej korelują z kinetycznym współczynnikiem tarcia µk przędzy wyznaczono modele matematyczne zależności µk = f(Sq) i µk = f(Sp).

Summary

The results of research of influence of the 3D microstructure of oxide layer layer produced by means of the hard anodic oxidation on the AlCu4Mg1 substrate on the kinetic friction coefficient of yarn against anodized surface have been presented. Results for three values of yarn speed are presented. The correlation coefficient R of parameters taken for assessment surface stereometric structure and the yarn kinetic friction coefficient µk is determined. For parameters of surface stereometric structure, which have the best correlation with the yarn kinetic friction coefficient µk, that means the 3D root mean square Sq and 3D peak height, the mathematical models µk = f(Sq) i µk = f(Sp) are determined.
① Katedra Technologii Maszyn i Automatyzacji, Instytut Inżynierii Tekstyliów i Materiałów Polimerowych Akademii Techniczno-Humanistycznej w Bielsku-Białej.
② Instytut Inżynierii Tekstyliów i Materiałów Polimerowych Akademii Techniczno-Humanistycznej w Bielsku-Białej.
Tribo-07v38n6_p151.pdf (2.20 Mb)

Streszczenie

Zbadano efektywność działania dodatków smarnych w roślinnych bazach olejowych o różnej klasie lepkości. Były to dodatki przeznaczone dla produktów naftowych i roślinnych. Badania prowadzono przy wykorzystaniu aparatu czterokulowego i testera T-02, dla skojarzenia czterokulowego stal–stal. Na podstawie uzyskanych wyników badań dokonano wyboru dodatków zapewniających najskuteczniejszą ochronę węzła tarcia przed zużyciem i zatarciem.

Summary

The effectiveness of lubricating additives in vegetable oil bases with various viscosity levels was tested. These additives are intended for petroleum and natural products. The investigation were performed using two types of four-ball apparatuses (standard and with system for continuously increasing load T-02) for steel-steel tribosystem.
The obtained results have allowed to make selection of additives showing the best antiwear and antiscuffing effectiveness.
① Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel.: (048) 3643903, e-mail: .
__Tribo-07v38n6_p165.pdf (115.00 Kb)

Streszczenie

W pracy przedstawiono właściwości smarne produktów wyizolowanych z odpadów porafinacyjnych oleju rzepakowego oraz kompozycji smarowych z ich udziałem na bazie olejów syntetycznych (poli(α)olefinowego i poliestrowego). Stwierdzono, że wszystkie produkty zastosowane w charakterze dodatków smarnych w węglowodorowym oleju syntetycznym wykazują właściwości przeciwzużyciowe przy braku działania przeciwzatarciowego. Natomiast w estrowym oleju syntetycznym jedynie produkty wyizolowane ze szlamów pohydratacyjnych ujawniają działanie przeciwzużyciowe. Przy większym stężeniu (5,0%) w oleju estrowym produkty te wykazują także działanie przeciwzatarciowe.

Summary

The tribological properties of some agents produced from wastes after refining of rape-seed oil and synthetic lubricants (based on poly-α-olefines and esters) containing these agents as additives have been presented. The friction experiments have been shown that all tested products were good antiwear additives in hydrocarbon, oil and there was no extreme pressure action. In ester, oil, however, only products isolated from the sludges remained after hydratation showed antiwear properties as well as at concentration of 5% by weight also extreme pressure properties.
① Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (48) 3643903, e-mail: .
Tribo-07v38n6_p177.pdf (136.31 Kb)

Streszczenie

Dokonano obszernej analizy materiałów uznanych europejskich i światowych konferencji tribologicznych oraz artykułów opublikowanych w poczytnych międzynarodowych periodykach tribologicznych – z ostatnich kilku lat. Dokonano także przeglądu osiągnięć krajowych. Analiza wykonana została pod kątem identyfikacji tych problemów współczesnej techniki, których rozwiązanie wymagało „odpowiedzi tribologicznej” w postaci nowych metod i technik pomiarowych. Przedstawiono przykłady najnowszych metod i technik pomiarowych, dokonując próby oceny ich stosowalności w praktyce i możliwości dalszego rozwoju.
Na podstawie liczby i częstotliwości prezentowanych w literaturze informacji dokonano identyfikacji obszarów, w których obecnie występuje burzliwy rozwój nowych metod i technik pomiarowych. Stwierdzono, że dotyczy to trzech obszarów, takich jak: sprostanie współczesnym wyzwaniom biotribologii, poznawanie właściwości materiałów w mikroi nanoskali, w tym rozwiązywanie problemów tarcia w MEMS oraz wzrost wiarygodności modelowania i symulacji komputerowych.
Materiał zawarty w niniejszym artykule został zaprezentowany w postaci referatu plenarnego, wygłoszonego podczas XXVIII Jesiennej Szkoły Tribologicznej połączonej z VIII Konferencją „Problemy niekonwencjonalnych układów łożyskowych” w Łagowie, we wrześniu 2007 r.

Summary

The authors have comprehensively reviewed proceedings of the most important European and world tribology conferences as well as papers published in most respected international tribology journals – during the period of the last couple of years. The domestic achievements have also been taken into account. The review has been performed from the point of view of identification of those problems of the today’s technique that could be solved only by “tribological response” in the form of new methods and measuring techniques. The examples of the recently developed methods and techniques have been presented together with assessment of their applicability in practice and possibilities of the further development.
On the base of number and frequency of published information the authors have identified the areas of the most dynamic development of new methods and measuring techniques. It has been concluded that it concerns three areas such as: addressing current challenges in biotribology, revealing features of materials on micro- and nanoscale, including friction in MEMS, as well as improving reliability of modelling and computer simulations.
The material included in this paper was presented as the invited paper at XXVIII Autumn Tribology School held together with VIII Conference “Problems of non-conventional bearing systems” in Łagów, Poland, in September 2007.
① Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Zakład Tribologii, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (48) 3643903, e-mail: .
Politechnika Radomska, Wydział Mechaniczny, ul. Krasickiego 54, 26-600 Radom.
② Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Zakład Tribologii, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (48) 3643903, e-mail:
Tribo-07v38n6_p189.pdf (5.02 Mb)

Streszczenie

W artykule opisano metodę przewidywania trwałości zmęczeniowej mechanizmu krzywkowego z rolkowym popychaczem. Przedstawiono przykładowe wyniki obliczeń trwałości dla różnych wariantów zarysu tworzących współpracujących elementów tocznych oraz nierównoległości ich osi. Zaprezentowana metoda wykorzystuje zasady ogólnej metodyki prognozowania trwałości zmęczeniowej par tocznych o złożonym zarysie współpracujących powierzchni, opartej na hipotezie nieograniczonej wytrzymałości i pozwalającej uwzględnić wpływ warunków smarowania oraz stopnia zanieczyszczenia środka smarującego na trwałość zmęczeniową.

Summary

The method of the fatigue life prediction of the cam mechanism with roller follower has been described. The exemplary calculation results of fatigue life for the different generator profiles and angular misalignment of mating bodies have been also presented. The presented method uses principles of the general method of fatigue life prediction of rolling couples hawing complex shape of mating surfaces, based on the unlimited fatigue life theory, and allows taking into consideration the effect of contamination and lubrication conditions on the fatigue life.
① Politechnika Łódzka, Katedra Konstrukcji Precyzyjnych, ul. B. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź, tel. 042 6312251, e-mail:
Tribo-07v38n6_p223.pdf (149.82 Kb)

Streszczenie

W pracy dokonano oceny tekstury powierzchni cząstek zużycia metodą analizy Fouriera z zastosowaniem komputerowej analizy obrazów uzyskanych w mikroskopie świetlnym. Wyznaczono widmo amplitudowe jednowymiarowej transformaty Fouriera oraz zbadano zależność parametrów liczbowych widma od tekstury powierzchni cząstek. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że metoda analizy Fouriera może znaleźć zastosowanie przy identyfikacji cząstek zużycia tribologicznego, a pośrednio także mechanizmu zużycia.

Summary

The evaluation of wear particles surface texture has been performed using the computer analysis of images acquired by means of the light microscope. The 1D Fast Fourier Transformation was computed and dependence between spectrum numerical parameters and particles texture surface was evaluated. On the basis of realized researches was found that the Fourier analysis method could be helpful in wear particle identification.
① Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, tel. (48) 3643903, e-mail: .
Tribo-07v38n6_p235.pdf (113.06 Kb)