Present study was undertaken to investigate the leakage and friction of self-lubricating piston seal rings. A crank-piston type gas leakage test set-up was constructed. The piston rings were made of PTFE-polyimide composite. The free gap configurations of the seal rings were butt and step types. Eccentric tension rings were used to give the seal rings prepressure between the seal rings and cylinder wall. Two sizes of the tension rings were installed to investigate their effect on the gas leakage and friction of the seal rings. The results showed that step type seal rings are superior than the butt types. High tension spring rings resulted in low leakage and high friction loss. In order to reduce the gas leakage and friction loss of the piston seal rings, there should be compromise between the number of ring stages and prepressure of the tension rings.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.5
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pp.651-657
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2010
A composite piston with a crown made of steel and a skirt made of NCI is used in a marine diesel engine, which has a maximum firing pressure of over 180 bar and a high thermal load. In the fatigue design of the composite piston, the fatigue is influenced by factors such as the load type, surface roughness, and temperature; further, the distribution ratio of the firing force from the crown to the skirt is important for optimizing the design of the crown and skirt. In this study, the stress gradient method was used to consider the effect of the load type. The temperature field on the piston was predicted by cocktail-shaking cooling analysis, and influence of high temperature on fatigue strength was investigated. The load transfer ratio and contact pressure were optimized by design of the surface shape and accurate tolerance analysis. Finally, the cooling performance and durability design of the composite piston were verified by performing a long-term prototype test.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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1997.04a
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pp.142-150
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1997
A numerical analysis is carried out to study the effect of piston shape on the lubricaton characteristics between the cylinder and piston in hydraulic piston pump. The shapes of piston affect significantly the pressure distributions, the lateral force and leakage flowrate. Composite shaped piston is more effective than other shapes which not only reduces the possibility of hydraulic locking but improves the volumetric efficiency of the piston pump.
Thin film flow in the clearance between cylinder bore and axially moving compositeshape piston is analyzed to study the effect of piston shape on the lubrication characteristics of hydraulic piston pump and motor. It is shown that the piston shape significantly affect the distribution of fluid film pressure, lateral force acting on the piston and leakage flow rate in the clearance. And it is also shown that the composite-shape piston is more effective than the cylindrical piston under tilted condition to reduce the possibility of hydraulic locking. Therefore, the results of present study can be used usefully in the design-and manufacturing of hydraulic piston pump and motor.
Transactions of The Korea Fluid Power Systems Society
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v.3
no.3
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pp.1-7
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2006
In this paper, a theoretical analysis is carried out to study the lubrication characteristics of sealless piston for hydraulic cylinders. The analytical pressure distributions are obtained solving one-dimensional Reynolds equation with partially tapered moving piston. Nearly analytical expressions for lateral forces acting on the piston and leakage flow rate through the clearance are also presented. Using the analytical expressions, the influence of design parameters on lubrication characteristics can be easily evaluated without numerical analysis. Composite-shaped piston which minimizes the leakage flow rate is the optimum in sealless piston for hydraulic cylinder.
The aim of this paper is to determine temperature and stress distributions in a ceramic based on Partially Stabilized Zirconia coated steel piston crown by using plasma spraying for improving performance of a marine diesel engine. Effects of coating constituent and thickness on temperature and stress distributions were investigated including comparisons with results from an uncoated piston by means of finite element method namely ANSYS. Temperature developed at the coated surface is significantly higher than that of the uncoated piston. The maximum stress components occur between bond coat and adjacent ceramic layer. Provided that coating thickness is constant as 0.5 mm, when numbers of layers increase, magnitude of the normal stress decrease about 34.1% on the base metal surface according to uncoated piston, but the base metal surface temperature of the steel piston increase about 13.1%.
The advantages of Thermal sprayed coatings as a replacement for cast iron liners are reduced weight, better heat transfer and reduced cost. One of the most important performance attributes of a cylinder bore coating is its wear resistance, since it must survive the abrasive sliding of both the piston rings and the piston skirt. In this study, composite powders were prepared by ball milling of Al-13Si-3Mg(wt%) alloy with SiC particles. The concentrations of SiC were 40 and 60wt%. The composite powders were sprayed using Metco-9MB plasma torch. Plasma sprayed coatings were heat-treated at 500℃ for 3 hours. The wear resistances of the plasma sprayed coatings were found to improve with heat treatment and superior to the commercially available G.C.I.(gray cast iron). AlSiMg-40SiC heat-treated coatings showed the best wear resistance in this study.
This study is mainly concerned with friction and wear properties for the piston ring of non-lubricating air compressor which made of PTFE-polyimide composites. At the PTFE and polyimide alone mixture specimens, PTFE80%-polyimide20%, which shows the lowest men friction coefficient and specific wear rate at 0.94m/s sliding speed. At each of carbon, copper and oxide lopper mixed with PTFE80%-polyimide20%. In case of copper10%, at 0.94m/s sliding speed, the mean friction coefficient shows 0.087, which is the lowest value in all specimens. In case of the specific wear rate, copper30% specimen shows the lowest value of $2.537E-5(mm^3/Nm)$ in all specimens.
Min Jong Lee;Donghyeon Lee;Yongseok Lee;Ki-Eek Kwon;Zuo-Jia Wang;Woo-Seok Shim;Mantae Kim;Dong-Jun Kwon
Composites Research
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v.37
no.4
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pp.343-349
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2024
The use of composite materials for structural fasteners is increasingly common, making it crucial to assess the deformation of these fasteners under fatigue behavior. In this study, clamp-type fasteners were manufactured using carbon fiber reinforced composites, and their structural stability and sectional damage rates were evaluated using electrical resistance measurement during fatigue behavior. While clamp-type composite fasteners exhibited minimal deformation in flat sections, significant deformation occurred in the bent sections due to fatigue. It was observed that insufficient angular stability led to concentrated damage in the bent sections. The dynamic fatigue behavior showed that the length change rate of the composite fasteners was within 0.6%, but the angular change rate reached up to 6%, indicating that the bent sections are the most critical areas. By utilizing the self-sensing capability of the composite fasteners, sectional damage behavior was assessed through electrical resistance measurement. Significant damage was noted in the bent sections due to fatigue, and 3D-CT results revealed substantial deformation and interfacial damage when the initial bend angle of the fasteners was less than 90 degrees. These findings highlight the importance of reinforcing the stiffness of the bent sections and establishing systematic angular standards in the development of composite fasteners.
This paper is a study for accurate iron loss calculation of a cylindrical linear machine for free piston engine. This study presents that it is possible to accurately predict power loss in ferromagnetic laminations under magnetic flux by specially considering the dependence of hysteresis, classical, and excess loss components on the magnetic induction derivative. Significant iron loss in the armature core will not only compromise the machine efficiency, but may also result in excessive heating, which could lead to irreversible deterioration in the machine performance. Thus, correct prediction of power losses under a distorted flux waveform is therefore an important prerequisite to machine design, particularly when dealing with large apparatus where stringent efficiency standards are required. Finally, it will be discussed about the iron loss in various materials of cylindrical linear electric machine by geometric and electrical parameters. It will give elaborate information about the perfect design and design rules of cylindrical linear machine and in parallel tools for the calculation, simulation and design will be available.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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