A DE-side LBP tilting pad journal bearing of a 1-stage overhung heat-pump compressor in a propylene process exhibited abnormal high-temperature behavior. Its temperature had been relatively high at $78^{\circ}C$ from the beginning of operation. In 2014, after three years of operation, it increased suddenly and reached $103^{\circ}C$. Installing a varnish removal equipment and others managed to stabilize the temperature at $95^{\circ}C$. We undertook a troubleshooting approach for reviewing the comprehensive status and integrity of the temperature design of the bearing. We performed lubrication and heat-balance analysis, based on the design engineering data and documents supplied by the OEM. For the base design data of DE-side TPJB, evaluating the effects of key design variables on bearing metal temperature showed that firstly, increasing the bearing clearance and supply oil flow-rate, and next, changing the oil type, and finally, increasing the machined pad clearance and offset, are more effective in reducing the bearing metal temperature. Furthermore, a clarification meeting with the OEM revealed that an incorrect decision had been made to decrease the bearing clearance to eliminate the SSV harshness issue, while not maintaining a sufficient oil flow-rate. We conducted a detailed retrofit design analysis, wherein we increased the oil flow-rate and bearing clearance by decreasing the preload. We predicted that the bearing temperature would decrease to $63^{\circ}C$ from $75.7^{\circ}C$ even at the rerate condition. Finally, after installing and operating a retrofit replacement bearing in 2015, the bearing temperature stabilized at a low temperature of $65^{\circ}C$. Currently (January. 2017), two year later, the bearing metal temperature remains at $65^{\circ}C$. Therefore, we can conclude that the abnormal high-temperature behavior of the bearing has been resolved completely.
In this study, an ultrasonic nanocrystalline surface modification (UNSM) technique is applied to tungsten carbide-cobalt (WC-Co) to extend the service life of carbide parts used in press mold. The UNSM technique modifies the structure, reduces the surface roughness, increases the surface hardness, induces the compressive residual stress, and increases the wear resistance of materials by introducing severe plastic deformation. The surface roughness, hardness, and compressive residual stress of WC after UNSM treatment improve by about 42, 10, and 71%, respectively. A wear test under dry conditions is used to assess the effectiveness of the UNSM technique on the friction and wear behavior of WC. The UNSM technique is found to reduce the WC friction coefficient by approximately 21% and enhance the wear resistance by approximately 85%. The improved friction and wear behavior of WC may be mainly attributed to the increased hardness and compressive residual stress. Moreover, the WC specimen is treated by UNSM technique using three different WC, silicon nitride (Si3N4) and stainless steel (STS304) balls. The surface treated by WC balls shows the highest hardness when compared with treatment by stainless steel and silicon nitride balls. According to the obtained results, the UNSM technique is believed to increase the durability of the carbide component by improving the friction and wear behavior.
Kim, Kwang-Su;Oh, Man-Jin;Han, Dong-Woon;Kim, Ho-Kyung
Tribology and Lubricants
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v.32
no.3
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pp.88-94
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2016
We conduct a series of fretting corrosion tests on tin-coated electric contact to evaluate the effects of lubricant on fretting corrosion behavior. We perform these tests with a constant contact force at 25℃ 50℃, 75°C, and 100℃. In the tests with a span amplitude of 30 μm, we could not determine the conventional behavior of the first, second, and third stages of the change in electric resistance during fretting corrosion and observed that the contact resistance continuously increases with the cycles. This behavior is due to the fact that the generation of oxides on the tin-coated contact is controlled and stabilized by the presence of lubricant. SEM observations on samples with a span amplitude of 77 μm at all testing temperatures confirm that there is less oxide debris on the fretting damaged surface. Hence, for tin-coated electric connector, the effect of lubrication on the lifetime of the electric contact increases as the fretting span decreases and testing temperature increases, compared to those for connector without lubricant. Especially, for a specimen with a span amplitude of 30 μm at 100℃, the increment in contact lifetime due to lubricant is found to be more than 20 times, compared to that without lubricant.
The surface texture produced via surface texturing is an important approach for controlling the tribological behavior of friction behavior of mechanical devices. The purpose of this study is to investigate the effect of grooves generated via ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) technology on the tribological performance of AISI 4150 steel against stainless steel 316L. In the study, tribological tests are performed under two different regimes, namely mixed and hydrodynamic lubrication, by varying the applied normal load and reciprocating speed during the tests. According to the test results, the friction coefficient decreases as static load (10 N, 30 N, and 50 N) of UNSM technology increases in the mixed lubrication regime. Conversely, the friction coefficient increases as the static load (10 N, 30 N, and 50 N) of UNSM technology increases in the hydrodynamic lubrication regime. Hence, the results indicate that micro-grooves generate hydrodynamic pressure in the outlet, which increases the oil film thickness between the two mating surfaces. This potentially leads to a reduction in friction in the mixed lubrication regime due to the prevention of contact of asperities and debris. However, the results indicate an adverse effect in the hydrodynamic lubrication regime. In this regard, additional experiments should be performed to investigate the effect of grooves generated by UNSM technology at varying conditions on the friction behavior of AISI 4150 steel, which in turn can be controlled by the generated pressure and oil film thickness at the contact interface.
Kim, Won-Seok;Kim, Songkil;Jang, Young-Jun;Kim, Jongkuk
Tribology and Lubricants
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v.38
no.3
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pp.101-108
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2022
The structure and properties of tetrahedral amorphous carbon (ta-C) coatings depend on the main process parameters and bending angles of the magnetic field filter used in the filtered cathodic vacuum arc (FCVA). During the process, it is possible to effectively control the plasma flux of carbon ions incident on the substrate by controlling the arc discharge current, thereby influencing the mechanical properties of the coating film. Furthermore, we can control the size and amount of large particles mixed during carbon film formation while conforming with the bending angle of the mechanical filter mounted on the FCVA; therefore, it also influences the mechanical properties. In this study, we consider tribological characteristics for filtered bending angles of 45° and 90° as a function of arc discharge currents of 60 and 100 A, respectively. Experiment results indicate that the frictional behavior of the ta-C coating film is independent of the bending angle of the filter. However, its sliding wear behavior significantly changes according to the bending angle of the FCVA filter, unlike the effect of the discharge current. Further, upon changing the bending angle from 45° to 90°, abrasive wear gets accelerated, thereby changing the size and mixing amount of macro particles inside the coating film.
Unseong Kim;Kyeongryeol Park;Seongmin Kang;Yong Seok Choi;Kyungeun Jeong;Soomin Lee;Kyungjun Lee
Tribology and Lubricants
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v.40
no.4
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pp.133-138
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2024
This study evaluates the structural safety of wind turbine blades, analyzes the behavior of composite laminate structures with and without defects, and assesses surface erosion wear. The NREL 5 MW standard is applied to assign accurate composite material properties to each blade section. Modeling and analysis of the wind turbine blades reveal stable behavior under individual load conditions (gravity, motor speed, wind speed), with the web bearing most of the load. Surface erosion wear analysis in which microparticle impacts are simulated on the blade coating shows a maximum stress and maximum displacement of 14 MPa and 0.02 mm, respectively, indicating good initial durability, but suggest potential long-term performance issues due to cumulative effects. The study examines defect effects on composite laminate structures to compare the stress distribution, strain, and stiffness characteristics between normal and cracked states. Although normal conditions exhibit stable behavior, crack defects lead to fiber breakage, high-stress concentration in the vulnerable resin layer, and decreased rigidity. This demonstrates that local defects can compromise the safety of the entire structure. The study utilizes finite element analysis to simulate various load scenarios and defect conditions. Results show that even minor defects can significantly alter stress distributions and potentially lead to catastrophic failure if left unaddressed. These findings provide valuable insights for wind turbine blade safety evaluations, surface protection strategies, and composite structure health management. The methodology and results can inform the design improvements, maintenance strategies, and defect detection techniques of the wind energy industry.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.263-264
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2002
The tribological characteristic of several environmentally friendly lubricating base stocks was examined, and the effect of some commonly used additives on th tribological behavior of the lubricating oils was comparatively investigated on a four-ball machine. It has been found that the commercial additives including butene sulfide, wax chloride, zinc dialkyldithiophosphate and ashless P-N type agent helped to improve the friction-reducing and antiwear properties as well as the extreme pressure behavior. Non-toxic nanoscale $(CF)_x$ showed the best friction-reducing ability, though it registered relatively poor extreme pressure properties. The mechanism on friction of nano-scale material is discussed.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.05a
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pp.185-192
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2002
This paper focused on the dynamic behavior of camshaft in a direct acting type valve train system. To investigate camshaft behavior, transient vibration analysis is performed by using the transfer matrix method. The camshaft is treated as lumped mass system supported by spring and damper. Front the presented analytical model, we could predict dynamic behavior of camshaft, shaft locus within bearing and bearing load. The presented mode and results will be very helpful to design the optimal camshaft and valve train system.
A new type slider with optical components is going to be introduced on market for portalbe and high capacity disk drive, and it will show a great potential for high performance drive in the paper the dynamic behavior and static characteristics of silder for a small form factor optical disk drive have been investigated numerically by an in-house simulation code using FEM. A curvature effect is found when a slider is applied to a relatively small disk, which makes rolling characteristics worse due to the negative pressured generated at the air bearing surface because of the curvature of small disk diameter.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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1998.04a
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pp.139-145
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1998
This paper addresses the R-curve properties, wear resistance, and erosion resistance of the two silicon carbide ceramics with different microstructures, i.e. , fine grained SiC and in situ-toughened SiC(IST SIC). Fine grained SiC exhibits a relatively flat R-curve behavior whereas the IST SiC exhibits a increasing R-curve behavior. The increasing R-curve behavior in IST SiC is attributed to relatively weak grain boundaries. The rate of material removal during wear tests and erosion tests was higher for IST SiC than that for fine grained SiC. This is attributed to the weaker grain boundaries in IST SiC than that in fine grained SiC. It is implied that fracture toughness in short crack regime should be taken into consideration in the interpretation of the microscopical material removal process. We show that the higher the strength of grain boundaries is, the higher wear and erosion resistances are.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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