Study of Wear Resistance of Reinforced Polyamide Composites for Metal-Polymer Gear Drives

• Autorzy: Chernets M. , Shil’ko S. , Pashechko M.

Warianty tytułu

PL

Studium odporności na zużycie wzmacnianych kompozytów poliamidowych dla metalowo-polimerowych przekładni zębatych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An experimental study of the wear resistance of two dispersion-filled composite materials based on polyamide used in metal-polymer gear drives with a 30% volume content of short glass or carbon fibres was performed according to the technique proposed by the authors. As a result of tribotests in the “pin-disk” scheme, the mass wear of these composites was determined under dry friction conditions for steel 45 at room temperature in the range of contact pressures of 10–40 MPa, as well as the kinetics of the coefficient of sliding friction and the contact temperature of the tribosystem elements. It was established that polyamide strengthened by carbon fibres has almost four times higher wear resistance in comparison with a polyamide filled with glass fibres. The wear resistance characteristics that are the basic parameters of the tribokinetic wear model are calculated, using the durability of the straight spur metal-polymer gear drive on the basis of the original calculation method. It was established that gear drive durability with a pinion or a wheel reinforced with carbon fibres is more than eight times the durability of gear drive with gear wheels from polyamide filled with glass fibres. The gear drive durability with the steel pinion and the composite gear wheel increases in proportion to the gear ratio as compared to the gear drive with the composite pinion and the steel wheel. The change in the maximum contact pressures in the mesh interval was calculated.

PL

Według metodyki autorskiej przeprowadzono badania doświadczalne odporności na zużycie dwóch materiałów kompozytowych na podstawie poliamidu wypełnionego 30% krótkimi dyspersyjnymi włóknami szklanymi oraz węglowymi stosowanego w zębatych przekładniach metalowo-polimerowych. W wyniku badań tribologicznych wg schematu „pin of disk” zostały oszacowane zużycia masowe przy tarciu suchym materiałów pary tribologicznej kompozyt – stal C45 w temperaturze pokojowej w zakresie nacisków stykowych 10–40 MPa. Została też przebadana kinetyka zmiany współczynnika tarcia ślizgowego oraz temperatury obu elementów układu tarciowego w strefie okołostykowej w trakcie eksperymentu. Ustalono, że poliamid wzmocniony włóknami węglowymi ma prawie czterokrotnie wyższą odporność na zużycie niż wzmocniony włóknami szklanymi. Następnie obliczono dla przebadanych par tribologicznych ich wskaźniki (charakterystyki) odporności na zużycie jako bazowe parametry tribokinetycznego modelu matematycznego zużywania, na podstawie których przeprowadzono wg autorskiej metody obliczeniowej oszacowanie resursu walcowej metal – polimerowej przekładni o zębach prostych. Określono, że trwałość przekładni z zębnikiem lub kołem zębatym wzmocnionym włóknem węglowym (zębnik lub koło zębate) przewyższa trwałość przekładni wzmocnionej włóknem szklanym powyżej ośmiu razy. Trwałość przekładni ze stalowym zębnikiem i kompozytowym kołem zębatym jeszcze wzrasta proporcjonalnie w porównaniu z przekładnią z zębnikiem kompozytowym i kołem stalowym. Przebadano zmianę maksymalnych nacisków stykowych w cyklu zazębienia.

Słowa kluczowe

EN

polyamide composites; fillers – glass and carbon fibres; wear of composites; metal-polymer gear drives; durability; contact strength

PL

kompozyty poliamidowe; wypełniacze włókna szklane i węglowe; zużywanie kompozytów; przekładnie zębate metalowo-polimerowe; trwałość zużyciowa; wytrzymałość stykowa

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 3
• Strony: 19--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., wykr., wz.

Twórcy

autor

Chernets M.

• Lublin University of Technology, Mechanical Engineering Faculty, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin, Poland

autor

Shil’ko S.

• Metal Polymer Research Institute of National Academy of Sciences of Belarus, ul. Kirova 32а, 246050 Gomel, Belorus

autor

Pashechko M.

• Lublin University of Technology, Fundamentals of Technology Faculty, ul. Nadbystrzycka 38, 20-618, Lublin, Poland

Bibliografia

• 1. Starzhinskii V. E., Shalobaev E. V., Shil’ko S. V., et al: Elements of Device Drives. Calculation, Designing Technologies. – Belorusskaya Navuka, Minsk, 2012 (in Russian).
• 2. Shil’ko S. V., Starzhinsky V. E., Petrokovets E. M., Chernous D. A.: Two-Lewel Calculation Method for Tribojoints Made of Disperse-Reinforced Composites: Part 1. Journal of Friction and Wear, No. 1, Vol. 34, 2013, pp. 65–69.
• 3. Hooke C. J., Kukureka S. N. Liao P., Rao M., Chen Y. K.: The Friction and Wear of Polymers in Non-Conformal Contacts: Wear, Vol. 200, 1996, pp. 83–94.
• 4. Cathelin J., Letzelter E., Guingand M., De Vaujany J. P., Chazeau L.: Experimental and Numerical Study a Loaded Cylindrical PA66 Gear. Journal of Mechanical Design. Vol. 135, 2013, pp. 89–98.
• 5. Sukumaran J., et al.: Modelling Gear Contact with Twin-Disc Setup. Tribology International. Vol. 49, 2012, pp. 1–7.
• 6. Kalacska G., et al. Friction and Wear of Engineering Polymer Gears. Proceedings of WTC2005 World Tribology Congress III, Sept. 12–16, 2005, Washington.
• 7. Keresztes R., Kalacska G.: Friction of Polymer/Steel Gear Pairs. Plastics and Rubber, Vol. 45, 2008, pp. 236–242.
• 8. Shil’ko S. V., Starzhinskii V. E.: Prediction of Wear Resistance of Gearing with Wheels Made of Reinforced Composites. Journal of Friction and Wear, No. 3, Vol. 14, 1993, pp. 7–13.
• 9. Rymuza Z.: Predicting Wear in Miniature Steel-Polymer Journal Bearings. Wear, No. 2, Vol. 137, 1990, pp. 211–249.
• 10. Czerniec M., Kiełbiński J.: Prognozowanie trwałości tribologicznej kół zębatych walcowych ewolwentowych. Wyd. Politechniki Lubelskiej, Lublin 2003.
• 11. Chernets M. V., Kelbinski J., Jarema R. Ja.: Generalized Method for the Evaluation of Cylindrical Involute Gears. Materials Science, No. 1, 2011, pp. 45–51.
• 12. Chernets M. V., Yarema R. Ya., Chernets Yu. M.: A Method for the Evaluation of the Influence of Correction and Wear of the Teeth of a Cylindrical Gear on Its Durability and Strength. Part 1. Service Live and Wear. Materials Science, No. 3, 2012, pp. 289–300.
• 13. Czerniec M., Kiełbiński J.: Wpływ korekcji przekładni walcowej o zębach ewolwentowych na zużycie oraz trwałość. Tribologia, No. 1, 2015, s. 13–24.
• 14. Chernets M. V., Chernets Ju. M.: Evaluation of the Strength, Wear, and Durability of a Corrected Cylindrical Involute Gearing, with Due Regard for the Engagement Conditions. Journal of Friction and Wear, No. 1, Vol. 37, 2016, pp. 71–77.
• 15. Chernets M., Chernets Ju.: The Simulation of Influence of Engagement Conditions and Technological Teeth Correction on Contact Strength, Wear and Durability of Cylindrical Spur Gear of Electric Locomotive. Proc. JMechE. Part J: Journal of Engineering Tribology, No. 1, Vol. 231, 2017, pp. 57–62.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).