Study on Tribological Properties of Polymer Materials Used in Gerotor Pumps

• Autorzy: Krawczyk Justyna

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.2481

Warianty tytułu

PL

Badania właściwości tribologicznych materiałów polimerowych stosowanych w pompach gerotorowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of tribological tests of three polymeric materials: polyoxymethylene (POM), polyphenylene sulphide (PPS), and polyetheretherketone (PEEK), used in the design of gerotor pump gears. The aim of the study was to evaluate the coefficient of friction and wear of tested polymeric materials under conditions simulating real hydraulic loads. The tests were carried out on a T-01M tribometer at different load levels (1, 3, 5, and 7 MPa) and continuous lubrication with hydraulic oil. The results showed that POM is characterized by the highest coefficient of friction and wear, while PPS and PEEK are characterized by better stability and lower wear compared to POM. Particular attention was paid to the influence of axial and radial clearances on the volumetric efficiency of the pump. Analysis of the results suggests that PEEK is the most suitable material for use in gerotor pumps due to the stability of tribological properties and lower wear level. The study results can contribute to the optimization of the design of pumps with plastic elements in order to increase their durability and operating efficiency.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań tribologicznych trzech materiałów polimerowych: polioksymetylenu (POM), polisiarczku fenylenu (PPS) oraz polieteroeteroketonu (PEEK), stosowanych w konstrukcji kół zębatych pomp gerotorowych. Celem pracy była ocena współczynnika tarcia i porównanie zużycia badanych materiałów polimerowych w warunkach symulujących rzeczywiste obciążenia hydrauliczne. Badania prze prowadzono na tribometrze T-01M przy różnych poziomach obciążenia (1, 3, 5 i 7 MPa) i ciągłym smarowa niu olejem hydraulicznym. Wyniki wykazały, że POM charakteryzuje się najwyższą wartością współczynnika tarcia i największym zużyciem, podczas gdy PPS i PEEK charakteryzują się lepszą stabilnością i mniejszym zużyciem w porównaniu do POM. Szczególną uwagę poświęcono wpływowi luzów osiowych i promienio wych na sprawność objętościową pompy. Analiza wyników sugeruje, że PEEK jest najbardziej odpowiednim materiałem do zastosowania w pompach gerotorowych ze względu na stabilność właściwości tribologicznych i niższy poziom zużycia. Wyniki badań mogą przyczynić się do optymalizacji projektowania pomp z elementami z tworzyw sztucznych w celu zwiększenia ich trwałości i efektywności pracy.

Słowa kluczowe

EN

wear; coefficient of friction; gerotor pump; polymers

PL

zużycie; współczynnik tarcia; pompa gerotorowa; polimery

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 2
• Strony: 43--53
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., fot., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Krawczyk Justyna

• Department of Fundamentals of Machine Design and Mechatronic Systems Wroclaw University of Science and Technology, Wroclaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5901-9289

Bibliografia

• 1. Rosiak M., Napiórkowski J., Lemecha M.: Evaluation of sintered gears in operational conditions, MATEC Web Conf. 112 04002, 2017, DOI: 10.1051/matecconf/201711204002.
• 2. Bonanno A.: Materiali plastici: caratteristiche e limiti, Oleodinamica Pneumatica. 4, 68, 2008, pp. 68–73.
• 3. Stryczek J., Banaś M., Krawczyk J., Marciniak L., Stryczek P.: The fluid power elements and systemsmade of plastics, Procedia Engineering, vol. 176, 2017, pp. 600–609.
• 4. Gamez-Montero P. J., Antoniak P., Castilla R., Freire J., Krawczyk J., Stryczek J., Codina E.: Magnet Sleeve-Sealed Mini Trochoidal-Gear Pump Prototype with Polymer Composite Gear, Energies, 10 (10), p. 1458, 2017, https://doi.org/10.3390/en10101458.
• 5. Rodionov L., Rekadze P.: Experimental Vibroacoustic Research of a Gear Pump Made of different Materials, Procedia Eng., 176, 2017, pp. 636–644, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.02.307.
• 6. Wenbin CAO, Yinshui LIU, Guixiang BAI, Jie DONG, Qingzhen DONG, Effects of materials onthe tribological properties and the noise of gerotor pump used in active vibration damping system, Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing, 2021, Volume 15, Issue 6, Pages JAMDSM0070, Released on J-STAGE October 19, 2021, Online ISSN 1881-3054, https://doi.org/10.1299/jamdsm.2021jamdsm0070.
• 7. Apostolov Z. D., Heckman E. P., Key T. S., Cinibulk M. K.: Effects of low-temperature treatment on the properties of commercial preceramic polymers. J. Eur. Ceram. Soc. 40, 2020, pp. 2887–2895, https:// doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2020.02.030.
• 8. Chu X. X., Wu, Z. X., Huang R. J., Zhou Y., Li L. F.: Mechanical and thermal expansion properties of glass fibres reinforced PEEK composites at cryogenic temperatures. Cryogenics 50, 2010, pp. 84–88,https://doi.org/10.1016/j.cryogenics.2009.12.003.
• 9. Ptak A., Kowalewski P.: The influence of reducing temperature on changing Young’s Modulus and the coefficient of friction of selected sliding polymers. Tribologia 279, 2018, pp. 107–111, https://doi.org/10.5604/01.3001.0012.7018.
• 10. Bednarczyk S., Stryczek J.: Axial clearance compensation in the gerotor pump, The 19th International Conference on Hydraulics and Pneumatics, Prague, September 29 – October 1, 2008, pp 152–159.
• 11. Towarnicki K., Stosiak M., Leśniewski T., Deptuła A., Urbanowicz K., Śliwiński P.: Friction Resistancesin a Prototype Internal Gear Pump with Sickle Insert Made of Plastic. In: Prentkovskis O., Yatskiv (Jackiva) I., Skačkauskas P., Maruschak P., Karpenko M. (eds) TRANSBALTICA XIII: Transportation Science and Technology. TRANSBALTICA 2022. Lecture Notes in Intelligent Transportation and Infrastructure. Springer, Cham., 2023, https://doi.org/10.1007/978-3-031-25863-3_25.
• 12. Brończyk A.: Analysis of friction and wear processes in an innovative spine stabilization system. Part 2. A study and model of the wear of a metal rod-polymer cord friction joint; Acta of Bioengineeringand Biomechanics, vol. 24, no. 2, Sciendo, 2022, pp. 23–35, https://doi.org/10.37190/abb-01963-2021-04.
• 13. Ptak A., Taciak P., Wieleba W.: Effect of Temperature on the Tribological Properties of Selected Thermoplastic Materials Cooperating with Aluminium Alloy. Materials 14, 2021, p. 7318, https://doi.org/10.3390/ma14237318.
• 14. Ligier K., Olejniczak K., Napiórkowski J.: Wear of polyethylene and polyurethane elastomers used for components working in natural abrasive environments, Polymer Testing, 100, p. 107247, 2021, https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2021.107247.
• 15. Leśniewski T., Wieleba W., Krawczyk J., Biernacki K., Opałka M., Aldabergenova T.: Tribological properties of thermoplastic elastomer used in 3D printing technology, Aviation, 28 (2), 2024, pp. 49–53,https://doi.org/10.3846/aviation.2024.21482.
• 16. Biernacki K., Stryczek J.: Analysis of stress and deformation in plastic gears used in gerotor pumps, Journal of Strain Analysis for Engineering Design, vol. 45, no. 7, 2010, pp. 465–479, https://doi.org/10.1243/03093247JSA.
• 17. Stryczek J., Bednarczyk S., Biernacki K.: Application of plastics in manufacture of the gerotor pump, The Twelfth Scandinavian International Conference on Fluid Power, SICFP' 11: proceedings of theconference, May 18–20, 2011, Tampere, Finland. Vol. 3 / eds. Harri Sairiala & Kari T. Koskinen.Tampere: Tampere University of Technology. Department of Intelligent Hydraulics and Automation, pp. 369–383.
• 18. Stryczek J., Bednarczyk S., Biernacki K.: Strength analysis of the polyoxymethylene cycloidal gearsof the gerotor pump. Archives of Civil and Mechanical Engineering. vol. 14, no. 4, 2014, pp. 647–660, Aug. 2014. https://doi.org/10.1016/j.acme.2013.12.005.
• 19. Krawczyk J., Stryczek J.: Pompa gerotorowa z tworzyw sztucznych. Napędy i sterowania hydraulicznei pneumatyczne 2015, Szklarska Poręba-Jakuszyce, 18–20 marca 2015. Wrocław, Ośrodek Doskonalenia Kadr SIMP, pp. 164–170.
• 20. Krawczyk J., Stryczek J.: Construction and experimental research on plastic cycloidal gears used ingerotor pumps, 8th FPNI Ph.D Symposium on Fluid Power, Lappeenranta, Finland, June 11–13, 2014. [New York], ASME, pp. 1–6.
• 21. Stryczek J., Bednarczyk S., Biernacki K.:Gerotor pump with POM gears: Design, production technology,research, Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol. 14, no. 3, 2014, pp. 391–397.
• 22. Krawczyk J., Stryczek J.: Badania pompy gerotorowej z kołami zębatymi wykonanymi z PPS, Hydraulika i Pneumatyka, 1/2014, pp. 15–18.
• 23. Biernacki K.: Selection of the optimum tooth profile for plastic cycloidal gears. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part C, Journal of Mechanical Engineering Science, vol. 228, 2014, nr 18, pp. 3395–3404, https://doi.org/10.1177/0954406214531408.
• 24. Stryczek S.: Napęd hydrostatyczny, Tom I i II, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 1984.
• 25. Stryczek J.: Koła zębate maszyn hydraulicznych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2007.