Estimation of the coefficient of static friction by means of numerical analysis

• Autorzy: Biernacki Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.6557

Warianty tytułu

PL

Oszacowanie wartości współczynnika tarcia za pomocą analizy numerycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The friction coefficient is one of the most important tribological parameters. The value of this coefficient may be determined with the use of various methods. The friction coefficient proves to be of significance when assembling the elements of the gear pump body WPZ-80A. The bodies of these pumps consist of three elements and are manufactured in two configurations of materials. These materials are aluminium alloy AK-20 and grey iron ZL-250. Friction interaction between the elements of the pump body ensures its stable operation under load. Research so far has focused on numerical analyses for pump bodies at a set friction coefficient. This article presents a reverse analysis, i.e. an estimation of the friction coefficient value based on the WPZ-80A pump body effort. To this end, numerical analysis based on the Finite Element Method (FEM) has been used. The analysis was based on the fact that the value of friction coefficient significantly influences deformation distribution in the WPZ-80A pump body. The analysis was performed on an already constructed pump body of known geometry with no structural modifications. The value of the static friction coefficient was estimated by observing the scale of deformations in the pump body under a set load. Although the main focus was on analysing the mechanism behind the deformations, an attempt was also made at extending the application scope for FEM. Depending on the measurement method, friction coefficient values may significantly differ. Despite the differences, the values resulting from numerical analysis should not differ from the range of values obtained with other methods of analysis. The range of friction coefficient values was determined on the basis of literature studies. As a result, it was possible to verify FEM in a field different than classic effort analysis. The aim of the work presented in this article was to obtain information on tribological properties with the use of numerical analysis.

PL

Współczynnik tarcia jest jednym z najważniejszych parametrów tribologicznych. Wartość tego współczynnika jest określana na różne sposoby. Duże znaczenie ma współczynnik tarcia dla montażu elementów zespołu korpusu pompy zębatej WPZ-80A. Korpusy tych pomp są trzyczęściowe i wykonywane są w dwóch konfiguracjach materiałowych. Jako materiały użyte zostały stop Aluminium AK-20 oraz żeliwo szare ZL-250. Wzajemne tarcie pomiędzy elementami zespołu korpusu pompy gwarantuje jej stabilną pracę pod obciążeniem. Jak do tej pory prowadzono analizy numeryczne dla korpusów pomp przy zadanym współczynniku tarcia. Postanowiono wykonać analizę odwrotną, czyli oszacować wartość współczynnika tarcia na podstawie wytężenia zespołu korpusu pompy WPZ-80A. Cel ten postanowiono zrealizować za pomocą analizy numerycznej z użyciem metody elementów skończonych (MES). Analizę oparto na fakcie, że wartość współczynnika tarcia ma bardzo istotny wpływ na rozkład deformacji dla zespołu korpusu pompy WPZ-80A. Do analizy numerycznej przyjęto istniejący już zespół korpusu pompy o ustalonej geometrii, w którym nie wprowadzano zmian konstrukcyjnych. Wartość współczynnika tarcia oszacowywano na podstawie obserwacji wielkości deformacji dla zespołu korpusu pod zadanym obciążeniem. Oprócz tego, iż głównie skupiono się na analizie mechanizmu tych deformacji, to podjęto też próbę rozszerzenia zakresu użycia MES. Z literatury wynika, że w zależności od metody pomiaru uzyskane wartości współczynników tarcia często bardzo różnią się pomiędzy sobą. Pomimo tych różnic to wartości uzyskane z analizy numerycznej nie powinny odbiegać od zakresu wartości uzyskanych z innych metod badawczych. Dzięki temu sprawdzono MES na innym polu niż klasyczna analiza wytężenia. Celem pracy jest zatem uzyskanie informacji na temat właściwości tribologicznych z pomocą analizy numerycznej.

Słowa kluczowe

EN

friction coefficient; finite element method; deformations; gear pump

PL

współczynnik tarcia; metoda elementów skończonych; deformacje; pompa zębata

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2019
• Tom: nr 5
• Strony: 19--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys.

Twórcy

autor

Biernacki Krzysztof

• Wrocław University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Department of Machine Design Fundamentals

Bibliografia

• 1. Więckowski W., Adamus J.: Badania tarciowo-zużyciowe tytanu i stopów aluminium. Inżynieria materiałowa w obróbce plastycznej. Obróbka Plastyczna Metali Vol. XXIV Nr 3 (2013). Politechnika Częstochowska 2013, pp. 169–178.
• 2. Wieleba W., Capanidis D., Kowalewski P., Paszkowski M.: Materiały polimerowe w uszczelnieniach – tracie statyczne. Hydraulika i Pneumatyka nr 6/2011. Wrocław 2001. Strony 10–13. https://www.researchgate.net/publication/261947071_Materialy_polimerowe_w_uszczelnieniach_-_tarcie_statyczne
• 3. Lawrowski Z.: TRIBOLOGIA. Tarcie, zużywanie i smarowanie. Oficyna wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2008.
• 4. Wang L., Cai J., Zhou J., Duszczyk J.: Characteristics of the Friction Between Aluminium and Steel at Elevated Temperatures During Ball-on-Disc Tests. Tribology Letters. November 2009, Volume 36, Issue 2, pp. 183–190.
• 5. Rusiński E., Czmochowski J., Smolnicki T.: Zaawansowana metoda elementów skończonych w konstrukcjach nośnych. Oficyna wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. Wrocław 2000.
• 6. Stryczek S.: Napęd hydrostatyczny. Tom I, elementy. WNT, Warszawa 1995.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).