Energetic conditions of maximising temperature and energy density in the environment of friction contact of solids

• Autorzy: Maciąg Maria

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.3941

Warianty tytułu

PL

Energetyczne uwarunkowania maksymalizacji temperatury i gęstości energii w otoczeniu styku tarciowego ciał stałych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper is intended to determine maximum temperatures in the friction zone of solids. An original model of thermal processes in a miniature test object – environment of a selected contact of asperities – is proposed. Its volume is limited to an area where energy dissipation and wear take place. The discussion is based on an energy balance including temperature variations within the object. An original method of establishing the maximum value of the so-called flash temperature on the basis of an experiment addressing the thermodynamic nature of friction is proposed. A method of determining average density of energy dissipated in a tested volume is specified as well. An analytical description of elementary friction includes physical properties of a material: density, specific heat, hardness; parameters characterising friction and wear, such as coefficient of friction, coefficient of wear, nominal unit pressure, specific work of wear, unit work of mechanical dissipation, temperature of friction surface, temperature of the immediate environment of surface asperities contact, mass of energy dissipation area, mass wear, and structure of the energy balance. The proposed description of friction within a contact of surface asperities encompasses analytical dependences that relate all the physical quantities accepted as characteristics of an object and the process inside it to one another. A quantitative evaluation of the maximum temperature and density of dissipated energy is undertaken for a selected instance of tribological testing.

PL

Praca poświęcona jest ustaleniu maksymalnych temperatur w strefie tarcia ciał stałych. Zaproponowano oryginalny model procesów cieplnych zachodzących w miniaturowym obiekcie badań – otoczeniu wybranego styku nierówności. Jego objętość ograniczono do obszaru przestrzennego, w którym zachodzi dyssypacja energii oraz zużywanie. Podstawą rozważań był bilans energii, uwzględniający zmiany temperatury w obrębie tego obiektu. Zaproponowano oryginalny sposób wyznaczania maksymalnej wartości temperatury, tak zwanej temperatury błysku, w oparciu o eksperyment uwzględniający termodynamiczną naturę tarcia. Ponadto ustalono metodę wyznaczania średniej gęstości energii rozpraszanej w badanej objętości. W opisie analitycznym elementarnego zjawiska tarcia uwzględniono własności fizyczne materiału: gęstość, ciepło właściwe, twardość; parametry charakteryzujące tarcie i zużycie, m.in.: współczynnik tarcia, współczynnik zużycia, nacisk jednostkowy nominalny, pracę właściwą zużycia, pracę jednostkową dyssypacji mechanicznej, temperaturę powierzchni tarcia, temperaturę bezpośredniego otoczenia styku nierówności powierzchni, masę obszaru dyssypacji energii, zużycie masowe i strukturę bilansu energetycznego. Zaproponowany opis zjawiska tarcia w obrębie styku nierówności powierzchni stanowią zależności analityczne wiążące ze sobą wszystkie wielkości fizyczne przyjęte jako cechy obiektu i zachodzącego w nim procesu. Ocenę ilościową maksymalnej temperatury i gęstości rozpraszanej energii przeprowadzono dla wybranego przykładu badań tribologicznych.

Słowa kluczowe

EN

specific heat; friction; wear; energy balance; development of results

PL

ciepło właściwe; tarcie; zużycie; bilans energetyczny; opracowanie wyników

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2023
• Tom: nr 4
• Strony: 33--41
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Maciąg Maria

• Casimir Pulaski University of Radom, Malczewskiego 29 Street, 26-600 Radom, Poland.

• https://orcid.org/0000-0001-6497-9260

Bibliografia

• 1. Kosteckij B.I.: Friction, Lubrication and Wear in Machines. Engineering, Kiev, 1970, pp. 1–396.
• 2. Fleischer G., Gröger H., and Thum H.: Wear and Reliability. VEB Verlag Technik, Berlin, 1980, pp. 1–244.
• 3. Bowden F.P., Ridler K.E.W.: Physical Properties of Surfaces. III The Surface Temperature of Sliding Metals. The Temperature of Lubricated Surfaces. Proc. Roy. Soc. London A 151. 1936, pp. 640–656.
• 4. Sadowski J., and Sarnowicz L.: Calorimetric Examination of Flash Temperature. Tribologie und Schmierungstechnik, 1, 2001, pp. 49–54.
• 5. Archard J.F.: The Temperature of Rubbing Surfaces. Wear 2(6), 1959, pp. 438–455.
• 6. Block H.: The Flash Temperature Concept. Wear 6(6), 1963, pp. 483–494.
• 7. Sadowski J.: Contact temperature of rough surfaces subjected to frictional wear. Exploitation Problems of Machines. 2, 1980, pp. 133–145.
• 8. Sadowski J.: The thermal nature of frictional oxidation of metals. Lubrication Technology 6, 1982, pp. 169–174.
• 9. Maciąg M.: Thermodynamic Model of the Metallic Friction Process. ASME J. Tribol., 132(3), 2010, pp. 1–7.
• 10. Maciąg M.: Specific Heat of Tribological Wear Debris Material. ASME J. Tribol., 137(3), 2015, pp. 1–6.
• 11. Maciąg M.: Method of determining the maximum temperature increment in the process of metallic friction. Tribology, 225(3), 2009, pp. 97–103.
• 12. Sadowski J., Żurowski, W.: Thermodynamic Aspects of Metals’ Wear-Resistance. Tribologie und Schmierungstechnik, 3, 1992, pp. 152–159.
• 13. Sadowski J.: On Balancing Energy in the Friction Process of Solids Bodies. Tribologie und Schmierungstechnik, 6, 2009, pp. 27–31.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).