Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Impact of Adhesion and Viscosity Forces on Friction Variations in Bio-Tribological Systems

Wierzcholski K., Miszczak A.

Tribologia

|

2018

|

nr 2

139--151

EN

The classical theory of lubrication holds that the lubricant dynamic viscosity increments cause the increments of hydrodynamic pressure, as well as friction forces and wear. In the case of high values of hydrodynamic pressure, it very often has a significant impact on the friction coefficient. New achievements in the field of micro-and nano-tribology provide for new hypotheses on the decrements and increments of the friction coefficient in the case of the lubricant viscosity increments. Experimental investigations have shown that, even in the case of decrements of the friction coefficient with the lubricant viscosity increments, such decrements are very often lower than simultaneous hydrodynamic pressure increments which results in the friction force increments with the lubricant viscosity increments. In biological friction nods, we can observe a varied impact of the biological lubricant viscosity on the friction force and friction coefficient values. The abovementioned impact is caused by the adhesion and cohesion forces occurring between the biological fluid particles flowing around the phospholipid bilayer on the superficial layer of the cartilage with varied wettability and hydrogen ion concentration. The wettability (We) and power hydrogen ion concentration (pH) have a significant impact on the physiological fluid or biological lubricant viscosity variations and, as a result, on the friction forces and friction coefficient. This paper describes the abovementioned impact and the process of friction forces and friction coefficients variations in biological friction nods.

PL

Z klasycznej teorii hydrodynamicznego smarowania wynika, że wzrost lepkości dynamicznej czynnika smarującego powoduje wzrost ciśnienia hydrodynamicznego, a także wzrost sił tarcia i zużycia. W przypadku dużych wartości ciśnienia widoczny jest jego wpływ na wartość współczynnika tarcia. Intensywny rozwój mikro-i nanotribologii przyczynił się do powstania wielu hipotez odnośnie do wzrostu i malenia współczynnika tarcia wraz ze wzrostem lepkości czynnika smarującego. Badania eksperymentalne dowiodły, że nawet w przypadku malenia współczynnika tarcia ze wzrostem lepkości oleju to spadki te są na ogół na tyle mniejsze od równoczesnych wzrostów ciśnienia, co w rezultacie doprowadza do wzrostu siły tarcia ze wzrostem lepkości. W biologicznych węzłach tarcia rozmaity wpływ lepkości cieczy biologicznej na zmiany wartości sił tarcia oraz współczynnika tarcia uwidacznia się jeszcze bardziej. Wpływ ten jest powodowany dużym udziałem sił adhezji i kohezji pomiędzy cząsteczkami cieczy biologicznej opływającymi macierz komórkową dwuwarstwych fosfolipidów zalegających na chrząstce stawowej o zmiennej zwilżalności We i zmiennym stężeniu jonów wodorowych (pH). Zarówno We, jak i pH mają duży wpływ na zmiany lepkości cieczy fizjologicznej w szczególności cieczy synowialnej, które z kolei zmieniają wartości sił tarcia i współczynnik tarcia. Niniejsza praca opisuje i ilustruje mechanizm przedstawionych zmian i wpływów dla biologicznych węzłów tarcia.

2

Analysis of the Values of Hydrodynamic Pressure and Load Carrying Capacities for Various Methods of Solving a Reynolds Type Equation

Miszczak A., Wierzcholski K.

Tribologia

|

2018

|

nr 4

55--62

EN

Calculations of the hydrodynamic pressure distribution in the slide bearing gap occur most often on the basis of ready-made computer programs based on CFD methods or one’s own calculation procedures based on various numerical methods. The use of one’s own calculation procedures and, for example, the finite difference method, allows one to include in the calculations of various additional non-classical effects on the lubricant (e.g., the influence of the magnetic field on ferrofluid, the influence of pressure or temperature on viscosity changes, non-Newtonian properties of lubricant or various non-classical models of dynamic viscosity changes). The aim of the authors’ research is to check how large the differences in results may be obtained using the two most frequently used methods of solving a Reynolds type equation. In this work, the authors use the small parameter method and the method of subsequent approximations to determine the distribution of hydrodynamic pressure. For numerical calculations, the finite difference method and our own calculation procedures and Mathcad 15 software were used. With both methods, identical conditions and parameters were assumed and the influence of pressure and temperature on viscosity change was taken into account. In the hydrodynamic pressure calculations, a laminar flow of the lubricating liquid and a non-isothermal lubrication model of the slide bearing were adopted. The classic Newtonian model was used as a constitutive equation. A cylindrical-type slide bearing of finite length with a smooth pan with a full wrap angle was accepted for consideration. In the thin layer of the oil film, the density and thermal conduction coefficient of the oil were assumed to remain unchanged.

PL

Obliczanie rozkładu ciśnienia hydrodynamicznego w szczelinie łożyska ślizgowego następuje najczęściej na podstawie gotowych programów komputerowych opartych na metodach CFD lub własnych procedur obliczeniowych opartych na różnych metodach numerycznych. Zastosowanie własnych procedur obliczeniowych i np. metody różnic skończonych pozwala na uwzględnienie w obliczeniach różnych dodatkowych nieklasycznych oddziaływań na czynnik smarujący (np. pola magnetycznego na ferrociecz, wpływu ciśnienia lub temperatury na zmianę lepkości, właściwości nienewtonowskich czynnika smarującego, różnych nieklasycznych modeli zmian lepkości dynamicznej). Celem badań autorów jest sprawdzenie, jak duże różnice w wynikach uzyskuje się, stosując dwie często wykorzystywane metody rozwiązywania równania typu Reynoldsa. W niniejszej pracy autorzy wykorzystują metodę małego parametru oraz metodę kolejnych przybliżeń w celu wyznaczenia rozkładu ciśnienia hydrodynamicznego. Do obliczeń numerycznych wykorzystano metodę różnic skończonych, własne procedury obliczeniowe oraz oprogramowanie typu Mathcad 15. Przy obu metodach stosuje się identyczne warunki i parametry oraz uwzględnia się wpływ ciśnienia i temperatury na zmianę lepkości. W obliczeniach ciśnienia hydrodynamicznego przyjęto laminarny przepływ cieczy smarującej oraz nieizotermiczny model smarowania łożyska ślizgowego. Jako równanie konstytutywne zastosowano klasyczny model newtonowski. Do rozważań przyjęto walcowe łożysko ślizgowe o skończonej długości z gładką panewką o pełnym kącie opasania. W cienkiej warstwie filmu olejowego przyjęto niezmienność gęstości i współczynnika przewodzenia ciepła oleju od temperatury.

3

Exploitation parameters of the transverse slider bearings, lubricated with used oil of non-Newtonian properties

Miszczak A., Sikora G.

Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji

|

2018

|

no. 1

69--75

EN

In this paper authors present result of the experimental research and numerical calculations of the exploitation parameters of transverse slider bearings, lubricated with the used oil of non-Newtonian properties. The results of the experimental research are based on rheological examinations of the used oil in its exploitation time. These results leaded to the preparation of the dependence models of the dynamic viscosity on diverse influences, such as temperature and pressure and also shear rate and oil ageing. The effect of temperature on the dynamic viscosity was described by an exponential function. The pressure effect is modelled with a combined function, which takes into account the initial viscosity and the high pressure viscosity. For modelling of the shear rate influence, the modified Cross model was used, while oil ageing process has been related with exponential function to the exploitation period between oil changes as variable. Apparent viscosity is a product of dynamic viscosity of diverse influences. In this way, the modelled viscosity was substituted for the fundamental equations, which are momentum conservation, energy conservation, and the continuity equation. After that, received equations were non-dimensionalized, and a value of each part was estimated. Parts in an order of the same magnitude as radial clearance were neglected, as they have insignificant influence on the further numerical calculations. Using Mathcad 15 software, our own calculation procedures, the finite element method, and iterative procedure, the influence of each dependence on exploitation parameters were calculated. Influences which are commonly taken into account in the calculations of friction nodes are the influence of temperature and pressure. Such influences as non-Newtonian properties and oil ageing are much more rarely in the literature and scientific publications. The authors have not met such a complex research yet. In this way, the prepared research conduction, which binds correlations used in the literature and the results of the experimental research, made it possible to indicate the influences of non-Newtonian properties and oil ageing on exploitation parameters of journal slider bearings. From the numerical calculations results that drop of the dynamic viscosity caused by the increase of the shear rate can cause a drop of the carrying capacity of the bearing even in 21%. A similar drop of the carrying capacity can be observed after taking into account oil ageing on the last stage of its exploitation time. When taking all of the above mentioned influences into account in the numerical calculations of the flow and exploitation parameters of the slider bearings, it appears that at the last stage of exploitation time, the drop of the carrying capacity may exceed 30%.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań doświadczalnych oraz obliczenia numeryczne parametrów przepływowych i eksploatacyjnych poprzecznych łożysk ślizgowych, smarowanych przepracowanym olejem. Wyniki badań doświadczalnych opierają się na pomiarach właściwości reologicznych oleju silnikowego w trakcie jego eksploatacji. Posłużyły one do opracowania modeli zależności lepkości dynamicznej oleju od poszczególnych wpływów, tj. temperatury i ciśnienia, a także szybkości ścinania i starzenia oleju. Wpływ temperatury na lepkość dynamiczną został opisany funkcją wykładniczą. Wpływ ciśnienia zamodelowano funkcją mieszaną, uwzględniającą lepkość początkową oraz lepkość w wysokich ciśnieniach. Do zamodelowania wpływu prędkości ścinania użyto zmodyfikowanego modelu Crossa. Natomiast wpływ starzenia uzależniono funkcją wykładniczą, uwzględniając okres pomiędzy planowanymi wymianami oleju jako zmienną. Lepkość pozorna jest iloczynem poszczególnych zmian lepkości od odpowiednich wpływów. Tak zamodelowaną lepkość podstawiono do równań podstawowych, tj. równania zachowania pędu, energii i ciągłości strugi, a następnie ubezwymiarowiono i oszacowano wielkości poszczególnych członów. Człony rzędu wielkości luzu promieniowego pominięto jako mające nieznaczny wpływ na wyniki obliczeń numerycznych. Przy pomocy oprogramowania komputerowego Mathcad 15, własnych procedur obliczeniowych, metody różnic skończonych oraz metody kolejnych przybliżeń obliczono wpływy poszczególnych zależności na parametry eksploatacyjne poprzecznego łożyska ślizgowego. Wpływy powszechnie uwzględniane w obliczeniach węzłów tarcia to wpływ temperatury oraz ciśnienia. Wpływy nienewtonowskie oraz starzenia o wiele rzadziej pojawiają się w literaturze fachowej oraz artykułach naukowych. Autorzy nie spotkali się dotychczas z tak kompleksowymi badaniami. Tak opracowany proces badawczy, wiążący zależności stosowane w literaturze oraz wyniki badań doświadczalnych, pozwolił na ustalenie wpływu właściwości nienewtonowskich oraz starzenia oleju na parametry eksploatacyjne poprzecznych łożysk ślizgowych. Z obliczeń numerycznych wynika, iż spadek lepkości oleju spowodowany zwiększeniem szybkości ścinania może powodować spadek siły nośnej łożyska ślizgowego nawet o 21%. Podobny spadek siły nośnej łożyska następuje w wyniku uwzględnienia starzenia oleju, na koniec jego eksploatacji w silniku. Uwzględniając wszystkie z wymienionych wpływów w obliczeniach numerycznych parametrów eksploatacyjnych i przepływowych łożysk ślizgowych, okazuje się, że w końcowym okresie eksploatacji oleju spadek siły nośnej łożyska może przekraczać 30%.

4

Analysis of the influence of the changes in the value of dynamic viscosity coefficient in the direction of oil film thickness on the journal bearing load carrying capacity

Miszczak A.

Journal of KONES

|

2018

|

Vol. 25, No. 3

355--362

EN

This article presents the results of numerical calculations of the hydrodynamic pressure distribution, load carrying capacity, friction force and friction coefficient of the slide journal bearing, if the assumed model of hydrodynamic lubrication takes into account the dependence of oil viscosity values on its temperature in all three directions of the adopted coordinate system, in particular, also across the thickness of the lubricant layer. This research considered the slide journal bearing lubricated with the Newtonian oil. The flow of oil was modelled as laminar and stationary. The bearing bushing had a full angle of wrap and its surfaces were smooth. In order to obtain hydrodynamic pressure distributions, the Reynolds type equation was numerically solved by application of the finite difference method (FDM). The numerical procedures for this research were prepared with the Mathcad 15 software. When adopting the classic models and simplifications for the hydrodynamic lubrication and a thin boundary layer, it is assumed, that the hydrodynamic pressure of lubricating oil does not depend on the position measured across the height of the lubrication gap. On the other hand, it is known, that the dynamic viscosity strongly depends on the temperature, which is a function of all three spatial variables. The aim of this work is to include, in the hydrodynamic lubrication model, the changes of viscosity in the direction of oil film thickness, and to investigate how it will affect the hydrodynamic pressure distribution and load carrying capacity of the journal bearing.

5

The effect of running in an electromagnetic field on human joint and skin lubricationin the metabolic process

Wierzcholski K., Miszczak A.

Tribologia

|

2017

|

nr 6

105--115

EN

This paper presents an experimental and theoretical implementation of the influence of the run-walk treatment in the presence of an electro-magnetic field on energy burn increments in the human body, its metabolism, and finally on the decrements of the human body weight. The experimental research presented in this paper was performed using the following devices: a magnetic induction field produced by a new Polish MT-24 Apparatus, a new German Magcell Arthro magneto electronic device, and a Segmental Body Composition Analyzer Tanita MC 780MA. The author's experience was gained in German research institutes, and practical results were confirmed after measurements and information from students and patients. Up to now, theoretical solutions have not been considered. The theoretical and numerical model presented was implemented by using the Mathcad 15 Professional Program. The main conclusion obtained in this paper can be formulated in the following sentence: The run-walk training implemented by an electro-magnetic magnetic field using tight sportswear leads to the increments of the dynamic viscosity of synovial fluid, changes the internal energy contained in the human body, increases the muscle weight, and the percentage of water in the human body; therefore, it accelerates the slimming process connected with the body weight decrements.

PL

Niniejsza praca stanowi teoretyczną i eksperymentalną implementację wpływu biegania i chodu w obecności pola elektromagnetycznego na wzrost energii spalania w ciele człowieka, na jego metabolizm, a ostatecznie na zmniejszenie wagi i masy ciała. Badania doświadczalne przedstawione w pracy przeprowadzono dzięki wykorzystaniu następujących podmiotów i urządzeń: nowy polski aparat MT-24 wytwarzający pole indukcji magnetycznej, niemiecki magnetoelektroniczny aparat Magcell Arthro, Analizator Składu Masy ciała Tanita MC 780MA na licencji japońskiej, doświadczenia badawcze pozyskane w niemieckich instytutach badawczych, wywiady od studentów-sportowców i pacjentów. Do tej pory modele teoretyczne nie były rozpatrywane. Prezentowany w niniejszej pracy teoretyczno-numeryczny model został implementowany Profesjonalnym Programem Mathcad 15. Do najważniejszych rezultatów zawartych w niniejszej pracy zalicza autor wzrost lepkości cieczy synowialnej i potu, wzrost energii wewnętrznej zawartej w ciele człowieka, minimalny wzrost wagi i masy mięśni, wzrost procentowej zawartości wody w organizmie, zmniejszenie masy i wagi sportowca uprawiającego biego-chody implementowane polem elektromagnetycznym z wykorzystaniem w trakcie biegania ciasnego kompletu dresu treningowego.

6

The analysis of hydrodynamic pressure distribution and load carrying capacity in the gap of slide journal bearings with micro-grooves

Miszczak A.

Tribologia

|

2017

|

nr 2

119--126

EN

The purpose of this paper is to analyse the distribution of hydrodynamic pressure, load carrying capacities, and friction force in the gap of the slide bearing on account of the type, number, and size of micro-grooves on the surface of the sleeve. It was assumed that micro-grooves were distributed equally on the circumference of the sleeve as well as parallel to its axis. Micro-bearings with micro-grooves are more and more of ten utilized in the technical applications, e.g., in HDD disks or in computer fans. It is advisable to carry out a numerical analysis on the influence of the number and the size of micro-grooves on the value of the Basic flow parameters in the slide micro-bearing. A laminar flow of lubricating fluid and an isothermal model of the lubrication of the slide bearing was used for the analysis. A classical Newtonian model was applied as the constitutive equation. A cylindrical slide Bering with the finished length and smooth sleeve, and a full wrap angle was used for the research. The density and thermal conductivity of the oil were considered to be constant in the thin film of oil. The results of measurements of shape and sizes of micro-grooves in real micro-slide bearings were presented by the author in the previous publications. The results of that research are used at present to determine the preliminary assumptions concerning the shape and the size of the micro-grooves. The results obtained in the research show the minor influence of micro-grooves on the value of the friction force and a few percentages rate influence of micro-grooves on the value of load carrying capacity.

PL

Celem niniejszej pracy jest analiza rozkładu ciśnienia hydrodynamicznego, siły nośnej i siły tarcia w szczelinie poprzecznego łożyska ślizgowego ze względu na rodzaj, liczby i wielkość mikrorowków na powierzchni panewki. Do analizy przyjęto mikrorowki rozłożone równo po obwodzie panewki i równoległe do osi panewki. Mikrołożyska ślizgowe z mikrorowkami są coraz częściej stosowane w technice, np. w dyskach HDD czy też wentylatorach komputerowych. Celowym jest dokonanie analizy numerycznej, jaki wpływ na wartość podstawowych parametrów przepływowych ma liczba i wielkość mikrorowków. Do analizy hydrodynamicznego smarowania przyjęto laminarny przepływ cieczy smarującej oraz izotermiczny model smarowania łożyska ślizgowego. Jako równanie konstytutywne zastosowano klasyczny model newtonowski. Do rozważań przyjęto walcowe łożysko ślizgowe o skończonej długości z gładką panewką o pełnym kącie opasania. W cienkiej warstwie filmu olejowego przyjęto niezmienność gęstości i współczynnika przewodzenia ciepła oleju. Wyniki pomiaru kształtu i wymiaru mikrorowków w rzeczywistych mikrołożyskach ślizgowych autor przedstawiał we wcześniejszych publikacjach. Wyniki tych badań służą obecnie do określenia wstępnych założeń dotyczących kształtu i wielkości mikrorowków. Uzyskane wyniki badań wskazują na znikomy wpływ mikrorowków na wartość siły tarcia i kilkuprocentowy wpływ mikrorowków na wartość siły nośnej.

7

Analysis of hydrodynamic lubrication of journal bearings with oil of non-Newtonian properties

Miszczak A., Sikora G.

Tribologia

|

2017

|

nr 2

127--138

EN

In this paper, the presented issue concerns hydrodynamic lubrication of the journal bearings with the oil of non-Newtonian properties. For the analysis of the hydrodynamic lubrication, a constitutive model of the third order was assumed. The assumed model consist of a Newtonian part –pI+nA1&enspand non-Newtonian part &beta3&ensp tr(A12)A1. The Main part of this paper concerns transformation, nondimensionalization, and an estimation of order of magnitude of the equation, which describes the apparent viscosity. Apparent viscosity describes changes of the dynamic viscosity with shear rate. In this way prepared model of apparent viscosity is used in momentum equations. This equations are integrated in order to designate components of the velocity vector. By substitution of the proper boundary conditions, modified Reynolds type equation is obtained. A further stage of the research will be proceeding of the numerical calculations of the hydrodynamic pressure distribution followed by the designation of the carrying capacity, friction force and friction coefficient while taking changes of the viscosity from shear rate into account (apparent viscosity).

PL

Prezentowana w artykule tematyka dotyczy problemu hydrodynamicznego smarowania poprzecznych łożysk ślizgowych olejem o właściwościach nienewtonowskich. Do analizy hydrodynamicznego smarowania przyjęto część modelu konstytutywnego trzeciego rzędu. Przyjęty model składa się z części opisującej właściwości newtonowskie –pI+nA1&ensporaz części opisującej właściwości nienewtonowskie &beta3&ensp tr(A12)A1. Zasadnicza część pracy dotyczy przekształcenia, ubezwymiarowienia oraz oszacowaniu rzędu wielkości równania opisującego lepkość pozorną, w której uwzględnia się zmiany lepkości dynamicznej od szybkość ścinania. Tak opracowany model lepkości pozornej podstawiany jest do równań pędu i ciągłości strugi. Równania te są całkowane w celu wyznaczenia składowych wektora prędkości. Przy nałożeniu odpowiednich warunków brzegowych uzyskuje się również zmodyfikowane równanie typu Reynoldsa. Dalszym etapem badań będzie wykonanie obliczeń numerycznych rozkładu ciśnienia hydrodynamicznego a następnie wyznaczeniu siły nośnej, siły tarcia i współczynnika tarcia z uwzględnieniem zmian lepkości od szybkości ścinania (lepkości pozornej).

8

DDT content in polish soils - current state and attempts of rhizo-bioremediation

Tartanus M., Malusá E., Łabanowska B. H., Miszczak A., Szustakowska E.

Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering

|

2017

|

Vol. 62, nr 4

178--181

EN

Soil and some plant products are still found to be contaminated by DDT residues or metabolites 30 years after its total ban. In order to ensure high quality of organic products and their compliance with the EU rules, following a monitoring carried out to assess DDT and its metabolites residues level in different soils, we started a research program to test some methods of soil remediation, using fungal and bacteria consortia in association with Cucurbita pepo L. var. Zucchini - giromontiina plants. Results of the monitoring program showed that about 80% of the soil samples collected from eight Voivodeships contained DDT residues. The consortia utilized in the bioremediation trials showed to favor DDT uptake by the plants and its translocation to above ground organs. Rhizoremediation strategy seems thus to better sustain the uptake and accumulation of DDT residues by plants.

PL

Gleba i niektóre produkty roślinne nadal mogą być zanieczyszczone pozostałościami lub metabolitami DDT po upływie 30 lat od całkowitego zakazu jego stosowania. Aby zapewnić wysoką jakość produktów ekologicznych i ich zgodność z przepisami UE, po przeprowadzeniu monitoringu w celu oceny zawartości pozostałości DDT i jej metabolitów w różnych glebach, rozpoczęliśmy program badawczy w celu przetestowania niektórych metod ich ekstrakcji z gleby przy zastosowaniu konsorcjów mikroorganizmów (bakterie i grzyby mikoryzowe) w połączeniu z uprawą roślin cukinii odm. Soraya. Wyniki monitoringu wykazały, że około 80% próbek gleby pobranych na terenie ośmiu województw zawierało pozostałości DDT. Konsorcja mikroorganizmów wykorzystywane w próbach bioremediacyjnych wykazały korzystny wpływ na pobieranie DDT przez rośliny i ich przemieszczanie się do części nadziemnych. Strategia rizomediacji wydaje się wspomagać pobieranie i akumulację pozostałości DDT przez rośliny.

9

Magnetic field impact on the temperature and pressure distribution in slide journal bearing

Wierzcholski K., Miszczak A.

Journal of KONES

|

2017

|

Vol. 24, No. 2

279--286

EN

The topic of the presented article aims to demonstrate a new principle of hydrodynamic lubrication in mechanical, non-isothermal and electro-magnetic fields. In this article is presented hydrodynamic slide journal bearing in electromagnetic field. The aim of this article is a new general analytical and numerical solution determined the influence of the electro-magnetic field on the temperature distribution in the internal surfaces of the slide-bearing sleeve and pressure distribution in bearing gap. To the research methods and materials used in this article realization belong: the Mathcad 15 Professional Program and new semi-analytical methods applied for theory of hydrodynamic lubrication extended to the curvilinear orthogonal surface and coordinates. Particular solutions are introduced to the cylindrical coordinates. To the obtained results of lubrication of movable sleeve surface belong the increments of the bearing load carrying capacity during the presence and absence magnetic induction field in the case if non-Newtonian lubricant features and constant temperature are taken into account. Simultaneously are observed the increments of the bearing load carrying capacity during the presence magnetic field and Newtonian lubricant. Temperature increments (decrements) without and with magnetic field lead to the hydrodynamic pressure decrements (increments). Moreover are assumed simultaneously the temperature T and oil dynamic viscosity variations in length, width and bearing gapheight directions. From this assumption follows, that the energy equation must be solved simultaneously with the equations of motion i.e. consequently with pressure equation where viscosity depends on temperature and temperature depends on the coordinate in gap height direction.

10

Influence of magnetic particles concentration in ferro-oil on values of friction force and coefficient of friction of slide journal bearing

Frycz M., Miszczak A.

Journal of KONES

|

2017

|

Vol. 24, No. 1

143--150

EN

This article has been focused on the analysis of changes in friction force as well as coefficient of friction of slide journal bearing in terms of the concentration of magnetic particles in the lubricating ferro-oil. There has been present an analytical and numerical calculation model based on experimentally determined physical quantities describing the dependence of ferro-oil’s viscosity on fundamental parameters such as temperature, pressure or external magnetic field in the paper. Numerical calculations of the dimensionless friction force as well as the dimensionless friction coefficient were performed by solving the Reynold’s type equation using the finite difference method using Mathcad 15 and own calculation procedures. The obtained results has been presented in the form of a series of graphs that take into account: the influence of external magnetic field, corrections related to the influence of pressure changes, corrections related to the influence of temperature changes and finally corrections related to non-Newtonian ferro-oil properties. An analysis of the obtained characteristics has been made so the observations and conclusions were drawn regarding optimum magnetic particle content in the ferro-oil lubricating the sliding journal bearing.

11

Carrying capacity and friction forces in a transverse journal bearing, lubricated with non-Newtonian oil

Miszczak A., Sikora G.

Journal of KONES

|

2017

|

Vol. 24, No. 3

203--210

EN

In this article, the authors present the results of numerical calculations. Calculations concern dimensionless carrying capacity and friction forces in a transverse journal bearing, lubricated by the oil of non-Newtonian properties. For analytical-numerical considerations a model of apparent viscosity changes based on exploitation time, pressure, temperature, shear rate was assumed The non-Newtonian properties of lubricating oil were characterized by increasing viscosity with increasing shear rate and described as an additional part in the constitutive equationβ3·tr(A1 2)A1. Analytical-numerical calculations were performed for smooth, non-porous plain bearing with full angle of wrap. Non-isothermal, laminar and fixed flow of lubricant in the lubrication gap of the journal bearing was assumed. Numerical calculations of hydrodynamic pressure distribution were made for Reynolds boundary conditions. The finite difference method was used to determine the Reynolds equation and the successive approximation method by taking into account the influence of pressure, temperature and non-Newtonian properties on the change of apparent viscosity. The results of the calculations are presented in the form of graphs and tables illustrating the influence of relative eccentricity and pressure, temperature and non-Newtonian properties on changes in the dimensionless load and friction force. Analysis of the obtained results illustrates the high-pressure effect on the increase of the carrying capacity and friction force for high relative eccentricities. A similar situation is by considering the non-Newtonian properties.

12

Magneto-therapy of human joint cartilage

Wierzcholski K., Miszczak A.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2017

|

Vol. 19, no. 1

115--124

EN

Purpose: The topic of the present paper concerns the human joint cartilage therapy performed by the magnetic induction field. There is proved the thesis that the applied magnetic field for concrete cartilage illness should depend on the proper relative and concrete values of applied magnetic induction, intensity as well the time of treatment duration. Additionally, very important are frequencies and amplitudes of magnetic field as well as magnetic permeability of the synovial fluid. Material and methods: The research methods used in this paper include: magnetic induction field produced by a new Polish and German magneto electronic devices for the therapy of human joint cartilage diseases, stationary and movable magnetic applicators, magnetic bandage, ferrofluid injections, author’s experience gained in Germany research institutes and practical results after measurements and information from patients. Results: The results of this paper concern concrete parameters of time dependent electro-magnetic field administration during the joint cartilage therapy duration and additionally concern the corollaries which are implied from reading values gained on the magnetic induction devices. Conclusions: The main conclusions obtained in this paper are as follows: Time dependent magnetic induction field increases the dynamic viscosity of movable synovial fluid and decreases symptoms of cartilage illness for concrete intensity of magnetic field and concrete field line architecture. The ferrofluid therapy and phospholipids bilayer simultaneously with the administrated external electromagnetic field, increases the dynamic viscosity of movable synovial fluid.

13

The change of friction and load-carrying capacity of the journal bearing with the consideration of the oil ageing

Sikora G., Miszczak A.

Tribologia

|

2016

|

nr 5

171--181

EN

This paper presents numerical calculations of the hydrodynamic pressure distribution, carrying capacity, and friction coefficient in the gap of a journal bearing. The analysed bearing is lubricated using motor oil. In this paper, oil ageing and temperature influence on viscosity are taken into account. Viscosity changes in the pressure and shear rate are not considered. These changes will be considered in other papers. For the hydrodynamic lubrication analysis, laminar flow of the lubrication fluid and non-isothermal lubrication model of the journal bearing were assumed. As the constitutive equation, the classical, Newtonian model was used. This model was extended by the viscosity changes in temperature and exploitation time. For the considerations, the cylindrical journal bearing with the finite length and smooth bearing, with the full angle of wrap were taken.

PL

W niniejszej pracy przedstawiono obliczenia numeryczne rozkładu ciśnienia hydrodynamicznego, siły nośnej oraz współczynnika tarcia w szczelinie poprzecznego łożyska ślizgowego smarowanego olejem silnikowym z uwzględnieniem zmian lepkość oleju od temperatury i czasu eksploatacji. W pracy nie uwzględniano zmian lepkości od ciśnienia i szybkości ścinania. Takie zmiany będą uwzględnione w innych pracach. Do analizy hydrodynamicznego smarowania przyjęto laminarny przepływ cieczy smarującej oraz nieizotermiczny model smarowania łożyska ślizgowego. Jako równanie konstytutywne zastosowano klasyczny model newtonowski z uwzględnieniem zmian lepkości od temperatury i czasu eksploatacji. Do rozważań przyjęto walcowe łożysko ślizgowe o skończonej długości z gładką panewką o pełnym kącie opasania.

14

The robot joint lubrication with ultra-thin hyperelastic superficial layers

Wierzcholski K., Miszczak A.

Journal of KONES

|

2016

|

Vol. 23, No. 3

555--562

EN

The surface of humanoid robots is more or less deformable metal and plastic replica of human body. An advanced humanoid robot has human like behaviour – it can talk, run, jump or climb stairs in a very similar way a human does. Hence follows that operation of construction of the robots artificial joints to be similar for biological joints activities. This fact requires applying proper as well corresponding soft solid materials, and specific lubricants. To the interesting phenomena belong the fact, that as well the surfaces of an articular cartilage human joint as the soft surfaces of the robot joints, coated with ultra-thin hyperelastic multi-layers, plays an important role in the surface active lubrication, relative small friction forces and wear during the human limb or robot body activities in the movement. The presence of the ultra-thin hyperelastic layers consisting the soft bearing materials including hyperelastic nano-particles during the robot bearing lubrication enables to indicate numerous positive effects among other the decreases the friction coefficient values. Therefore, the results obtained in this paper may be applicable during the joint-endo-prosthesis or artificial joint design in new humanoid robots, where instead cartilage and synovial fluid are applied new soft materials with active hyperelastic micro- and nano- particles. In this paper is shortly presented the mathematical model of hydrodynamic lubrication of thin boundary layer describing the robot joint. Mathematical model in 3D for lubricant consists of three equations of motion, continuity equation, conservation of energy equation and Young-Kelvin-Laplace equation describing the thin layer interfacial energy.

15

Nanoindentation and atomic force microscopy of thin surface layers formed on the shaft surface after burnishing process

Kuznetsova T., Zubar T., Chizik S., Miszczak A., Labuda W.

Journal of KONES

|

2016

|

Vol. 23, No. 3

303--310

EN

The article presents the experimental results of investigation of the pumps shaft surface made of stainless steel after burnishing process. The process of burnishing shafts proposed here aims at increasing the service durability of marine pump shafts of seawater installations, which should give economic benefits in comparison with traditional methods. Burnishing process enables the achievement of high smoothness of machined surface together with the surface layer hardening. This process has been performed in industrial experience on universal machine tools and on CNC machines but it is regarded as plastic tooling. Therefore, the final formation of dimensions and service properties with the use of burnishing constitutes a chipless and dustless treatment, which allows for ranking burnishing among ecological tooling methods. The properties of the surface layers determine the tribological properties of the shaft. The methods of scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM) and nanoindentation (NI) were used. The morphology of the changed layers formed by plastic deforming of steel during burnishing treatment was investigated on micro- and nanolevel by SEM and AFM after 1, 2, 3 and 4 passed of burnishing tool. The values of microhardness and Young´s modulus were measured on the shaft cross section from the surface till the 50 – 300 μm depth. The presence of the soft changed layer on the hardened shaft surface after burnishing process determines the decrease of the coefficient of friction during exploitation.

16

Analysis of the load carrying capacities and the friction force in the gap of the slide journal bearing lubricated with a non-Newtonian oil described by a power-law model

Miszczak A.

Journal of KONES

|

2016

|

Vol. 23, No. 3

327--335

EN

In this paper, the author presents the results of numerical calculations of load carrying capacities and friction forces in the gap of the slide journal bearing lubricated with an oil on the non-Newtonian's properties. In the studies, the power-law model has been assumed to describe the relationship between the stress tensors and shear rate tensors. The analytical and numerical calculations have been performed for the plain bearing, non-porous with a full wrap angle. It has been assumed isothermal, laminar and steady flow of lubricant in the gap of a slide bearing. Numerical calculations have been performed for the Gumbel’s boundary conditions and dimensionless lengths of the bearings like L=b/R =2;1.5;1; ½ and ¼. The flow-rate index and coefficient of consistency have been adopted based on the results of experimental studies of changes of dynamic viscosity in terms of a shear rate. It has been assumed that the apparent viscosity depends only on the shear rate. Dynamic viscosity of the engine oil, used in a gasoline engine with a capacity of 1800 cm3, has been tested on the Haake Mars III rheometer. The analytical solutions presented in the paper were based on more general derivations carried out by Professor K. Wierzcholski in his article: ‘Non-linear hydrodynamic lubrication in conjugated fields’ (publication in printing). In this paper, the key quantities such as components of vector of the velocity, hydrodynamic pressure and temperature were presented in the form of convergent power series. The values of load carrying capacities and friction forces were determined and compared for the event where the oil has properties of Newtonian and non-Newtonian. Calculations have been made for the dimensionless quantities.

17

A new problem of hydrodynamic lubrication with temperature and viscosity variations in gap height direction

Wierzcholski K., Miszczak A.

Journal of KONES

|

2016

|

Vol. 23, No. 2

423--430

EN

Numerous Authors of scientific papers occurring in hydrodynamic theory of slide bearing lubrication, up to now almost always had neglected the oil dynamic viscosity variations caused by temperature, adhesion forces, capillary forces, or hydrogen ion concentration across the film thickness by virtue of the statement of the constant temperature as well constant adhesion as capillary forces in the thin bearing gap height direction. In addition, simultaneously by virtue of boundary layer simplifications for energy equation and by virtue of new measurements performed in micro and nano- level follows that oil temperature gradients and its values differences and adhesion or capillary gradients of forces in bearing gap height directions are not negligible small. The contemporary hydrodynamic theory of lubrication for non-isothermal lubricant flow is unfortunately based on the assumption of constant viscosity values across the film thickness, despite abovementioned self-evident contradiction between the fact of constant viscosity and simultaneously temperature variations in gap height direction. Such problem was up to now not sufficient critical examined and explained in practical and theoretical sense. After Authors, knowledge by virtue of above problem the most scientific papers in the domain of non-isothermal and lamellar hydrodynamic slide bearing or biobearing lubrication were up to now not sufficient correctly solved. It denotes that the main hydrodynamic lubrication solutions presenting for example hydrodynamic pressure by the modified Reynolds equation and temperature by the energy conservation equation are not sufficiently correctly obtained and next not correctly solved. Therefore are assumed simultaneously the temperature T and oil dynamic viscosity variations in length, width and bearing gap- height directions. From this assumption follows, that the energy equation must be solved simultaneously with the equations of motion i.e. consequently with pressure equation where viscosity depends on temperature and temperature depends on the coordinate in gap height direction.

18

Równania hydrodynamicznego smarowania poprzecznych łożysk ślizgowych z uwzględnieniem starzenia się oleju

Sikora G., Miszczak A.

Logistyka

|

2015

|

nr 4

5649--5656, CD2

PL

Celem niniejszej pracy jest przedstawienie równań podstawowych hydrodynamicznej teorii smarowania w których uwzględniona będzie zmiana lepkości oleju smarującego od ciśnienia, temperatury, prędkości ścinania i czasu eksploatacji. Do analizy hydrodynamicznego smarowania przyjęto laminarny przepływ cieczy smarującej oraz nieizotermiczny model smarowania łożyska ślizgowego. Przyjęto walcowe łożysko ślizgowe o skończonej długości z gładką panewką o pełnym kącie opasania. W pracy przedstawiono równania podstawowe: równanie pędu, równanie ciągłości strugi, równanie zachowania energii we współrzędnych walcowych. Do rozważań przyjęto czynnik smarujący o nienewtonowskich właściwościach. Zmiany lepkości z czasem eksploatacji zamodelowano funkcją wykładniczą na podstawie wyników badań eksperymentalnych. Zaproponowano również przyjęcie modelu Corssa zmian lepkości dynamicznej w funkcji szybkości ścinania.

EN

The purpose of this paper is to present the basic equations of the hydrodynamic lubrication theory. Change of the oil viscosity in this equations depends on pressure, temperature, shear rate and exploitation time. Assumptions for the hydrodynamic lubrication analysis are laminar flow of the lubrication fluid and nonisothermal lubrication model. Considerations apply cylindrical journal bearing of finite length with a smooth bushing and full wrap angle. This paper presents the basic equations: momentum conservation equation, continuity equation, conservation of energy equation in cylindrical coordinates system. For the consideration, the non-Newtonian lubrication fluid was assumed. Dependence of the dynamic viscosity on the exploitation time was modeled by the exponential function based on the results of experimental studies. There was also cross model proposed to describe changes in dynamic viscosity in the changes of shear rate.

19

Determination of the material coefficients of the selected lubrication oils including ageing process

Sikora G., Miszczak A.

Logistyka

|

2015

|

nr 4

5641--5648, CD2

EN

Oil viscosity is a parameter influenced by many factors. Most of those factors are very well described in the literature. Such a factor is for example influence of the temperature or pressure on the oil’s viscosity. But there are also some parameters, which due to its complexity, are not described sufficiently. Such a parameter is influence of oil ageing on viscosity changes and pseudo-viscosity coefficients for the non-newtonian oils. Authors of this paper considered to determinate this parameters. Examined oil was Shell Helix AV-L, according to SAE 5W40, exploited in the personal car VW TOURAN, equipped with 2.0 L, turbocharged diesel motor. Examination of the viscosity changes in the function of shear rate, were performed on the Haake Mars III rheometer, using high shear rate chamber. Conditions of this examination were temperature of 40°C and shear rates between 0 and 73000 s-1. For the determination of pseudo-viscosity coefficients, combined analytical and experimental method, proposed by K. Wierzcholski [13] was used.

PL

Lepkość oleju smarowego jest parametrem na który wpływa wiele czynników. Dość powszechnie znany i zbadany został wpływ temperatury i ciśnienia na zmianę lepkości. Są jednak również parametry które, przede wszystkim ze względu na swoją złożoność, są opisane w sposób niewystarczający. Takim parametrem jest wpływ czasu eksploatacji na zmianę lepkości i współczynników pseudolepkości dla olejów o właściwościach nienewtonowskich. Wyznaczeniem tychże parametrów zajęli się autorzy w niniejszej pracy. Do badań wykorzystano olej silnikowy Shell Helix AVP SAE 5W40 użytkowany w silniku 2000cm3 TDI samochodu osobowego VW TURAN. Badania zmian lepkości w funkcji prędkości deformacji przeprowadzono na reometrze Hakke Mars III przy wykorzystaniu komory wysokiego ścinania. Badanie wykonano przy 40°C i prędkości ścinania zmieniającej się od 0 doj 73000 s-1. Do wyznaczenia współczynników pseudolepkości wykorzystano metodę analityczno-doświadczalną zaproponowaną przez K. Wierzcholskiego [13].

20

The influence of oil’s exploitation time on load carrying capacity in a slider bearing

Sikora G., Miszczak A.

Journal of KONES

|

2015

|

Vol. 22, No. 3

207--212

EN

In this paper, authors are presenting conclusions of the numerical calculations of pressure distribution and capacity in a slider bearing with taking changes of oil viscosity in exploitation time into account. Changes of the engine oil’s viscosity, which depend on the exploitation time, were determined on Haake Mars III rheometer and the conclusions were published in Solid State Phenomena and Logistyka in 2015. Numerical calculations were performed by solving of Reynolds equation, using finite difference method and own calculation procedures in Mathcad 15. Reynolds equation was developed by solving the continuity equation and the momentum conservation equation from the fundamentals. For the considerations, the laminar and stationary lubricating of the slider bearing of finite length and full angle of wrap were taken. Assumption of the stationary flow concerns lack of changes in flow parameters in short period of considered phenomena, f. ex. in one hour. Smooth and non-porous bushing were assumed. The aim of this paper was preliminary estimation of influence of viscosity changes in the exploitation time on the load carrying capacities of the cross slider bearing. Wherefore, the viscosity changes dependence on the pressure, temperature and also shear rate, were not taken into account. The basic equations were developed to the non-dimensional form and estimated according to the thin layer theory. In the calculations, the Reynolds boundary conditions concerning pressure distribution were taken into account. Preliminary calculations were performed for different models of viscosity changes in time and circumstances, where the viscosity increases and decreases in exploitation time.