Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Method of Determining the Surface Tension and Surface Energy of Tribological Wear Particles

Sadowski Jan

Tribologia

|

2020

|

nr 5

61--71

EN

Surface tension of friction wear product material is linked with unit mechanical work of newly-formed surfaces of solids. A definition of surface energy also addresses the thermal effect, which is indirectly connected with wear. Physical differences between the development of liquids and solids surfaces are discussed. Both of the quantities defined are described in analytical terms and their value is determined for a selected example of experimental testing. The discussion is based on the first law of thermodynamics using the concept of specific enthalpy of wear products. Boundaries of an area in space where mechanical energy is dissipated and dimensions of a wear particle being formed are taken into account. Mechanical and thermal parts of the energy balance are differentiated.

PL

Napięcie powierzchniowe materiału produktów zużycia tarciowego zostało powiązane z jednostkową pracą mechaniczną nowo utworzonej powierzchni ciał stałych. W definicji energii powierzchniowej uwzględniono również efekt cieplny, który jest pośrednio związany ze zużyciem. Podkreślono różnice o charakterze fizycznym między rozwojem powierzchni cieczy i ciał stałych. Obie zdefiniowane wielkości zostały opisane analitycznie, a ich wartości określono dla wybranego przykładu badań eksperymentalnych. Rozważania oparto na pierwszej zasadzie termodynamiki, w której wykorzystano koncepcję entalpii właściwej produktów zużycia. Uwzględniono granice obszaru przestrzennego, w którym energia mechaniczna jest rozpraszana, oraz wymiary powstałej cząstki zużycia. W bilansie energetycznym rozdzielono część mechaniczną i termiczną.

2

Irreversibility of Friction and Wear Processes

Sadowski Jan

Tribologia

|

2020

|

nr 5

51--60

EN

Ways of energy dissipation by friction are analysed from a thermodynamic perspective. The non-equilibrium and irreversibility of processes in tribological systems are found to be sufficient conditions for Energy dissipation. M. Planck’s currently prevailing opinion that mechanical work can be converted into heat without limitations, e.g., by means of heat, is demonstrated not to apply to the friction of solids subject to wear. Ranges of work conversion into friction heat are determined. The generation of tribological wear particles is dependent on work of mechanical dissipation and its components – surface and volume work. A friction pair or its fragments, where energy is directly dissipated, are treated as open thermodynamic systems. The processes in place are described with the first law of thermodynamics equation. The effect of friction heat and the work of mechanical dissipation on variations of internal energy, enthalpy, and energy transferred to the environment as heat are defined. These dependences should be addressed when planning and interpreting tribological tests.

PL

W artykule zanalizowano sposoby rozpraszania energii przez tarcie z punktu widzenia termodynamiki. Stwierdzono, że nierównowaga i nieodwracalność procesów zachodzących w układach tribologicznych jest warunkiem wystarczającym do wystąpienia rozpraszania energii. Wykazano, że obwiązująca współcześnie opinia M. Plancka, że pracę mechaniczną można zamienić na ciepło bez ograniczeń, np. przez tarcie, nie dotyczy przypadków tarcia ciał stałych podlegających zużywaniu. Ustalono zakresy zamiany pracy na ciepło tarcia. Powstawanie cząstek zużycia tribologicznego uzależniono od pracy dyssypacji mechanicznej i jej elementów składowych – pracy powierzchniowej i objętościowej. Para cierna lub jej fragment, w którym rozpraszanie energii następuje bezpośrednio, potraktowano jako otwarty system termodynamiczny. Zachodzące procesy opisane zostały równaniem pierwszej zasady termodynamiki. Określono wpływ ciepła tarcia i pracy mechanicznej dyssypacji na zmiany energii wewnętrznej, entalpii i energii przekazywanej do otoczenia na sposób ciepła. Te zależności należy wziąć pod uwagę przy planowaniu testów tribologicznych i ich interpretowaniu.

3

Reliability estimation for momentum wheel bearings considering frictional heat

Huang Hong-Zhong, Yu Kang, Huang Tudi, Li He, Qian Hua-Ming

Eksploatacja i Niezawodność

|

2020

|

Vol. 22, no. 1

6--14

EN

Momentum wheels are the key components of the inertial actuators in the satellites, and the momentum wheel bearings are weak links of momentum wheels as they operate under harsh conditions. The reliability estimation for momentum wheel bearings are helpful to guarantee the mission successes for both momentum wheels and satellites. Hence, this paper put emphasis into reliability estimation of a momentum wheel bearing considering multiple coupling operating conditions and frictional heat by using the finite element analysis. The stress-strength interference model is employed to calculate the reliability of the momentum wheel bearing. A comparative analysis for reliability estimation with and without frictional heat of the momentum wheel bearing is conducted. The results show that the frictional heat cannot be ignored in the reliability analysis of momentum wheel bearings.

PL

Koła zamachowe są kluczowymi elementami składowymi siłowników bezwładnościowych w satelitach. Ich łożyska stanowią słaby punkt podczas pracy w trudnych warunkach. Ocena niezawodności łożysk kół zamachowych pozwala zapewnić powodzenie misji zarówno w odniesieniu do samych kół zamachowych, jak i satelitów. Dlatego też niniejszy artykuł poświęcono zagadnieniu oceny niezawodności łożyska koła zamachowego z wykorzystaniem analizy metodą elementów skończonych przy uwzględnieniu wielu sprzężonych warunków pracy oraz ciepła tarcia. Do obliczenia niezawodności łożyska koła zamachowego zastosowano model obciążeniowo-wytrzymałościowy. Przeprowadzono także analizę porównawczą oceny niezawodności łożyska koła zamachowego z uwzględnieniem lub bez uwzględnienia ciepła tarcia. Wyniki pokazują, że w analizie niezawodności łożysk kół zamachowych nie można pominąć ciepła tarcia.

4

Theoretical analysis of temperature rising for chilled water in the long distance transport pipelines in coal mine

Yudong Qi, Weimin Cheng, Song Xin

Archives of Mining Sciences

|

2019

|

Vol. 64, no. 4

785--796

EN

In order to provide sufficient cooling capacity for working and heading faces of the coal mine, chilled water is often transported a long distance along pipelines in deep mine, which inevitably results in its temperature rising owing to heat transfer through pipe wall and the friction heat for flow resistance. Through theoretical models for temperature increasing of the chilled water were built. It is pointed out that the temperature rising of the chilled water should be considered as a result of the synergy effects of the heat transfer and the friction heat, but theoretical analysis shows that within engineering permitting error range, the temperature increasing can be regarded as the sum caused by heat transfer and fraction heat respectively, and the calculation is simplified. The calculation analysis of the above two methods was made by taking two type of pipe whose diameters are De273 × 7 mm and De377 × 10 mm, with 15 km length in coal mine as an example, which shows that the error between the two methods is not over 0.04°C within the allowable error range. Aims at the commonly used chilled water diameter pipe, it is proposed that if the specific frictional head loss is limited between 100 Pa/m and 400 Pa/m, the proportion of the frictional temperature rising is about 24%~81% of the total, and it will increase with high flow velocity and the thin of the pipe. As a result, the friction temperature rising must not be ignored and should be paid enough attention in calculation of the chilled water temperature rising along pipe.

PL

W celu zapewnienia odpowiedniego chłodzenia dla urządzeń górniczych wykorzystywanych do prac wydobywczych i urządzeń do drążenia tuneli w kopalni konieczny jest transport ochłodzonej wody rurociągami, nierzadko na znaczne odległości w obrębie kopalni podziemnej. Transport rurociągami nieuchronnie prowadzi do wzrostu temperatury wody wskutek wymiany ciepła poprzez ścianki rurociągu i wskutek tarcia związanego z oporem przepływu. Opracowane zostały modele teoretyczne wzrostu temperatury wody ochładzanej; na ich podstawie wskazano, że wzrost temperatury wody rozpatrywać należy jako oddziaływanie efektu synergii pomiędzy wymianą ciepła i ciepłem tarcia. Analiza teoretyczna wykazuje jednak, że przy poziomie błędu dopuszczalnego w praktyce inżynierskiej, wzrost temperatury wody traktować można jako zwykłą sumę wpływu wymiany ciepła i ciepła tarcia, tym samym znacznie upraszczając procedurę obliczeniową. Weryfikację wyników obliczeń otrzymanych w oparciu o dwie wymienione metody prze-prowadzono poprzez zbadanie przepływu wody w kopalni węgla, rurociągiem o długości 15 km złożonym z dwóch rodzajów rur, o wymiarach De 273 × 7 mm i De 377 × 10 mm. Wykazano, że różnica wyników uzyskanych dla obydwu metod nie przekraczała 0.04°C, przy założonym dopuszczalnym poziomie błędu. W odniesieniu do typowych rodzajów rur używanych do przesyłania wody ochłodzonej proponuje się ograniczenie dopuszczalnego spadku ciśnienia w przewodzie w granicach 100 Pa/m-400 Pa/m. Udział wzrostu temperatury wskutek oddziaływania sił tarcia waha się w granicach 24%-81% i rośnie wraz ze wzrostem prędkości przepływu i ze zmniejszaniem grubości ścianek rury. Jest więc rzeczą oczywistą, że wzrost temperatury wody wskutek oddziaływania sił tarcia nie może być pomijany i winien zostać odpowiednio uwzględniony przy obliczeniach wzrostu temperatury wody w rurociągu.

5

Eksperymentalne oraz numeryczne określenie rozdziału ciepła tarcia w uszczelnieniu szczotkowym

Stanclik M.

Zeszyty Energetyczne

|

2015

|

T. 2

21--30

PL

W pracy przedstawiono metodę określenia współczynnika rozdziału ciepła tarcia w uszczelnieniu szczotkowym. Przeanalizowany przypadek dotyczy pracy uszczelnienia przy braku różnicy ciśnień. Wykorzystując metodę elementów skończonych w oprogramowaniu ANSYS, poddano analizie cieplnej węzeł uszczelniający, który wcześniej był obiektem badan eksperymentalnych. W modelu palisadę drucików uszczelnienia potraktowano jako materiał jednorodny, po wyznaczeniu jego właściwości cieplnych oraz po określeniu indywidualnych warunków wymiany ciepła określono rozkład temperatury w uszczelnieniu dla obciążenia cieplnego wyznaczonego podczas eksperymentu. Na podstawie numerycznego bilansu strumieni ciepła określono współczynnik rozdziału ciepła tarcia między wał oraz uszczelnienie. Walidacje uzyskanych rezultatów przeprowadzono na podstawie oceny rozkładów temperatury uzyskanych numerycznie i zmierzonych podczas eksperymentu.

6

Operation of slide journal bearings in unsteady energetic description.

Girtler J.

Zagadnienia Eksploatacji Maszyn

|

2004

|

Vol. 39, nr 1

7-17

EN

The paper includes a proposal of interpretation that valuates operations, which (just like operation of Hamilton and Maupertius showed in classical mechanics and operation resulting from changes of body momentum) is considered as a physical quantity with a unit of measure: joulesecond (joule x second). Original method of analysis and estimation of slide journal bearing operation has been also presented with regards to its reliability and safety. The homogeneous process of Poison has been applied in order to substantiate the usability of such interpreted operation. This process has enabled constructing a model of run of getting-worse bearing operation with the operation time going by. Thus, the model is a random process of homogeneous and independent gains in energy lost due to friction and bearing wear.

PL

W artykule zaproponowano interpretację wartościującą działania, które (podobnie jak przedstawione w mechanice klasycznej działania Hamiltona i Maupertiusa oraz działanie wynikające ze zmiany pędu ciała) są rozpatrywane jako wielkość fizyczna o jednostce miary zwanej dżulosekundą [dżul x sekunda]. Przedstawiono propozycję ilościowej interpretacji działania dowolnego poprzecznego łożyska ślizgowego, w którym zachodzą oddziaływania energetyczne w określonym czasie. Uzasadniono, że w przypadku przyjęcia zaproponowanej interpretacji działania poprzecznych łożysk ślizgowych, w których następują przemiany energetyczne, działanie może być nośnikiem informacji o stanie tych łożysk, a więc - sygnałem diagnostycznym. Przedstawiono oryginalną metodę analizy i oceny działania łożyska ślizgowego z uwzględnieniem jego niezawodności i bezpieczeństwa funkcjonowania. Przedstawione zostały także możliwości zastosowania tej metody w procesie podejmowania decyzji. Do uzasadnienia przydatności tak interpretowanego działania zastosowano jednorodny proces Poissona. Proces ten umożliwił skonstruowanie modelu przebiegu pogarszania się działania łożyska z upływem czasu jego funkcjonowania. Modelem tym jest więc proces losowy o jednorodnych i niezależnych przyrostach energii traconej z powodu tarcia oraz wskutek zużycia łożyska.

7

Metoda energetyczno-czasowa oceny działania poprzecznych łożysk ślizgowych

Girtler J.

Tribologia

|

2002

|

nr 1

215-226

PL

W artykule zaproponowano interpretację wartościującą działania, które (podobnie jak przedstawione mechanice klasycznej działania Hamiltona i Maupertiusa oraz działanie wynikające ze zmiany pędu ciała) jest rozpatrywane jako wielkość fizyczna o jednostce miary zwanej dżulosekundą [dżul x sekunda]. Przedstawiono oryginalną metodę analizy i oceny działania łożyska ślizgowego z uwzględnieniem jego niezawodności i bezpieczeństwa funkcjonowania. Do uzasadnienia przydatności tak interpretowanego działania zastosowano iednorodny proces Poissona. Proces ten umożliwił skonstruowanie modelu przebiegu pogarszania się działania łożyska z upływem czasu jego funkcjonowania. Modelem tym jest więc proces losowy o jednorodnych i niezależnych przyrostach energii traconej z powodu tarcia oraz wskutek zużycia łożyska.

EN

The paper presents the suggestion of the quantitative interpretation of operation, which (just like in physics: the operations of Hamilton and Maupertius and the operation issuing from the changes of body momentum) is considered as a physical quantity of the unit of measure: named a joule-second [joule x second]. It has been also showed that the interpretation of work can be considered as the reliability index, and in special cases - as the safety index of bearing's work. To give the grounds for such usability of mentioned bearing's work, the homogeneous process of Poisson has been applied. This process has enabled constructing the model of a run of getting worse (decreasing) work of a bearing with the lapse of work time. Thus, such the model is a random process of homogeneous and independent gains in grows of loss energy as the result of friction in the bearing and of using it in determined time.

8

Analiza procesów tribologicznych zachodzących podczas współpracy kompozytów PTFE ze stalą

Wieleba W.

Prace Naukowe Instytutu Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Politechniki Wrocławskiej. Monografie

|

2002

|

Vol. 84, nr 30

150-150

PL

Przeprowadzono analizę procesu dyssypacji energii w postaci ciepła tarcia. Zaobserwowano, że w procesie tarcia kompozytów PTFE udział ciepła w pracy tarcia jest zależny od chropowatości współpracującego elementu stalowego. Stwierdzono, że podczas tarcia kompozytów PTFE ciepło tarcia jest generowane nie tylko na powierzchni styku współpracujących materiałów, ale również w ich wnętrzu. Ze względu na słabą przewodność cieplną materiałów polimerowych prowadzi to w razie dużej ilości generowanego ciepła do powstania znacznych różnic temperatury w materiale polimerowym. Najwyższa temperatura występuje w materiale polimerowym w pewnej odległości od powierzchni styku. Zbadano zjawisko tarcia wewnętrznego w kompozytach PTFE oraz oceniono jego rolę w procesie wydzielania się ciepła tarcia. Wyniki badań wykorzystano do analizy procesu generowania ciepła tarcia w pierścieniu uszczelniającym wał z wykorzystaniem metod numerycznych (metody elementów skończonych). Oceniono wpływ chropowatości na właściwości tribologiczne kompozytów w powiązaniu z twardością elementu stalowego. Zbadano również wpływ parametrów ruchowych, tj. prędkości ślizgania v, nacisku jednostkowego p w miejscu styku polimerowej próbki ze stalą i temperatury otoczenia To, w której odbywa się proces tarcia, na procesy tribologiczne dla wybranych kompozytów utworzonych na osnowie PTFE. Określono zakresy parametrów tarcia (chropowatości powierzchni stalowego przeciwelementu oraz prędkości ślizgania v i średniego nacisku jednostkowego p), w których badane kompozyty wykazywały najlepsze właściwości tribologiczne. Na podstawie przeprowadzonej analizy procesów tribologicznych zachodzących podczas współpracy kompozytów PTFE zawierających wypełniacze dyspersyjne ze stalą zaproponowano model mechanizmu tarcia i zużywania kompozytów PTFE. Uwzględnia on dodatkowe rozgrzewanie materiału polimerowego pod powierzchnią tarcia wynikające z ciepła generowanego wewnątrz materiału polimerowego w wyniku tarcia wewnętrznego. Przedstawiony model wyjaśnia obserwowaną w czasie badań tribologicznych cykliczność zmian wartości współczynnika tarcia w powiązaniu ze zmianami temperatury materiału polimerowego.

EN

The analysis of the energy dissipation process in the form of friction heat has been presented. It was observed, that the participation of heat in friction work depends on the surface roughness of the steel counterface. The friction heat is generated not only in the contact zone of rubbing materials but also in the bulk of polymer materials sliding against steel. Significant gradients of temperatures in polymer material were caused by low thermal conductivity of these materials. The results showed that the maximum temperature occurs at a certain distance under the nominal surface of contact, i.e. in the subsurface region of polymer composites. The main reason of this phenomenon is the dissipation of energy, in the form of heat, owing to the internal friction and the variation of plastic stress and strain in the bulk of polymer materials. The vibrations of stress and strain are caused by shape deviations, waviness and roughness of the surface of the steel counterface. Also, the variation of friction force during the sliding process caused the vibration of stress and strain. The internal friction in PTFE composites was investigated and the role of this phenomenon in the process of heat generation was determined. The results were used for analysis of the heat generation process in the lip seal. The solution was obtained with the help of numeric methods (finite element method). The effect of surface roughness and hardness of the steel counterface on tribological properties of PTFE composites was described. Also, the effect of motion parameters (i.e. sliding velocity v, contact pressure p and environment (air) temperature To) on the coefficient of friction and specific wear rate of PTFE composite sliding against steel was presented. The ranges of parameters of the sliding process (surface roughness of steel counterface, contact pressure p, sliding velocity v) for which PTFE composites sliding against steel show the best tribological properties has been also presented.

9

Model zagadnienia dynamicznego kontaktu z wydzielaniem ciepła tarcia

Olesiak Z.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

1998

|

z. 7

261--266

PL

Celem pracy jest skonstruowanie i zbadanie modelu ciała sprężystego z uwzględnieniem wydzielania ciepła tarcia , w ruchu o zmiennej prędkości. Ciało w postaci warstwy sprężystej porusza się pod działaniem siły, będącej funkcją czasu . Ciepło tarcia powoduje wzrost temperatury i przyrost objętości ciała i zaklinowywanie się między dwoma ścianami . Zmniejszenie prędkości powoduje zmniejszenie wydzielanego ciepła i ponowne zwiększeni e prędkości. Pełną wersję pracy czytelnik znajdzie w publikacj i [1] .

EN

The purpose of the paper is to construct an dinvestigate a model of an elastic solid with frictional heat generation in motion with varying velocity. The solid in the form of a layer moves between two rigid walls under the action of ateime dependent force . The frictional heat generates not onl y an increase of temperature, but also an increase of the solid volume . Then the gap between the walls and the solid decreases and in the result the motion slows down until the arrest . The full version of the paper has been discussed and presented in [1].