In hydraulic machinery, the hydraulic fluid acts primarily as working fluid and secondarily as a lubricant. Hence, the viscous friction force acting on the sliding components should be reduced to improve the mechanical efficiency. It is now well known that the surface texturing is a useful method for friction reduction. In this study, using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code, FLUENT, the lubrication characteristics of a surface textured slider bearing under high boundary pressure difference is studied. The streamlines, velocity profiles, pressure distributions, load capacity, friction force and leakage flowrate are highly affected by the film thickness ratio and the textured region. Partial texturing at the inlet region of the inclined slider bearing can reduce both friction force and leakage flowrate than in the untextured case. The present results can be used to improve the lubrication characteristics of hydraulic machinery.
Using emulsion lubricant whose cooling effect and incombustibility are good and which is economical, I investigated lubricative mechanism and the behavior of scattered particles in the elastic fluid lubrication region with the line contact between rollers and plates and the light interference system. The results of the study are as follows: (1) The flow in the squeeze oil film is considered as comparatively wide clearance and narrow one, and in the former case the effect of the distribution of particles and the velocity on the flow. In the latter case, emulsion particles stay in the clearance an the oil film changes with the decrease of the oil film thickness. (2) In the wide clearance the velocity difference of the flow O/W or W/O emulsion is inverse proportional to the particle size. In the narrow clearance the distribution of the remained drops is different from one another and the scattered particles change more easily in O/W type than in W/O type. (3) At the beginning of the EHL the stagnation region with slow flowing velocity exists and the behavior at the region is different depending on the particle size. (4) By observing the dischromatic light interference line, emulsion oil passing through EHL region and the crack behavior at the beginning of EHL were found.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.1
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pp.155-164
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2002
The journal bearings use in machine parts which move relative to each other and those reduce friction and wear of journals. The journal bearings are designed to operate in the hydyodynamic lubrication regime, but elastohydrodynamic lubrication nay occur if the pressures are too high or the running speeds are too low at machine elements. It is the phenomenon that the lubricant film is broken and some parts of surfaces are in rolling contact, so that wear will increase in mixed lubrication regime. The purpose of this study is to minimize the wear rate of journal bearings for extending machine life. The wear mate in mixed lubricated regime is selected as objective function because most of wear of the journal bearings develops in elastohydrodynamic lubrication. The journal bearings we represented by a bearing radius, shaft radius, and bearing width, but the bearing radius only is selected as design variables due to a bearing radius has an influence on friction loss, stability limit velocity, and film parameter, which are used as constraints. For numerical calculation, PLBA, that is a class of the RQP algorithm, is used.
Atomic force microscopy/friction force microscopy (AFM/FFM) techniques are increasingly used for tribological studies of engineering surfaces at scales, ranging from atomic and molecular to microscales. These techniques have been used to study surface roughness, adhesion, friction, scratching/wear, indentation, detection of material transfer, and boundary lubrication and for nanofabrication/nanomachining purposes. Micro/nanotribological studies of single-crystal silicon, natural diamond, magnetic media (magnetic tapes and disks) and magnetic heads have been conducted. Commonly measured roughness parameters are found to be scale dependent, requiring the need of scale-independent fractal parameters to characterize surface roughness. Measurements of atomic-scale friction of a freshly-cleaved highly-oriented pyrolytic graphite exhibited the same periodicity as that of corresponding topography. However, the peaks in friction and those in corresponding topography were displaced relative to each other. Variations in atomic-scale friction and the observed displacement has been explained by the variations in interatomic forces in the normal and lateral directions. Local variation in microscale friction is found to correspond to the local slope suggesting that a ratchet mechanism is responsible for this variation. Directionality in the friction is observed on both micro- and macro scales which results from the surface preparation and anisotropy in surface roughness. Microscale friction is generally found to be smaller than the macrofriction as there is less ploughing contribution in microscale measurements. Microscale friction is load dependent and friction values increase with an increase in the normal load approaching to the macrofriction at contact stresses higher than the hardness of the softer material. Wear rate for single-crystal silicon is approximately constant for various loads and test durations. However, for magnetic disks with a multilayered thin-film structure, the wear of the diamond like carbon overcoat is catastrophic. Breakdown of thin films can be detected with AFM. Evolution of the wear has also been studied using AFM. Wear is found to be initiated at nono scratches. AFM has been modified to obtain load-displacement curves and for nanoindentation hardness measurements with depth of indentation as low as 1 mm. Scratching and indentation on nanoscales are the powerful ways to screen for adhesion and resistance to deformation of ultrathin fdms. Detection of material transfer on a nanoscale is possible with AFM. Boundary lubrication studies and measurement of lubricant-film thichness with a lateral resolution on a nanoscale have been conducted using AFM. Self-assembled monolyers and chemically-bonded lubricant films with a mobile fraction are superior in wear resistance. Finally, AFM has also shown to be useful for nanofabrication/nanomachining. Friction and wear on micro-and nanoscales have been found to be generally smaller compared to that at macroscales. Therefore, micro/nanotribological studies may help def'me the regimes for ultra-low friction and near zero wear.
Surface texturing is widely applied to friction surfaces of various machine elements. Most of the theoretical studies have focused on isothermal (ISO) analyses which consider constant lubricant viscosity. However, there have been limited studies on the effect of oil temperature increase owing to viscous shear. Following the first part of the present study that investigated the effects of film-temperature boundary condition (FTBC) and groove number on the thermohydrodynamic (THD) lubrication characteristics of a surface-textured parallel thrust bearing with multiple rectangular grooves, this study focuses on the effect of groove depths. Current study numerically analyzes the continuity, Navier-Stokes, and energy equations with temperature-viscosity-density relations using a commercial computational fluid dynamics (CFD) software, FLUENT. The results of variation in temperature, velocity, and pressure distributions as well as load-carrying capacity (LCC) and friction force indicate that groove depth and FTBC significantly influence the temperature distribution and pressure generation. The LCC is maximum near the groove depth at which the vortex starts, smaller than the ISO result. For intense grooves, the LCC of THD may be larger than that from ISO. The frictional force decreases as the groove becomes deeper, and decreases more significantly in the case of THD. The study shows that groove depth significantly influences the THD lubrication characteristics of surface-textured parallel thrust bearings.
Lee, Ho. Y.;Kyung. H. Nam;Joo. S. Yoon;Jeon. G. Han;Young. H. Jun
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2001.06a
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pp.3-3
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2001
Recently TiN, TiAlN, CrN hardcoatings have adapted many industrial application such as die, mold and cutting tools because of good wear resistant and thermal stability. However, in terms of high speed process, general hard coatings have been limited by oxidation and thermal hardness drop. Especially in the case of PCB drill, high speed cutting and without lubricant process condition have not adapted these coatings until now. Therefore more recently, superhard nanocomposite coating which have superhard and good thermal stability have developed. In previous works, WC-TiAlN new nanocomposite film was investigated by cathodic arc ion plating system. Control of AI concentration, WC-TiAlN multi layer composite coating with controlled microstructure was carried out and provides additional enhancement of mechanical properties as well as oxidation resistance at elevated temperature. It is noted that microhardness ofWC-TiA1N multi layer composite coating increased up to 50 Gpa and got thermal stability about $900^{\circ}C$. In this study WC-TiAlN nanocomposite coating was deposited on PCB drill for enhancement of life time. The parameter was A1 concentration and plasma cleaning time for edge sharpness maintaining. The characteristic of WC-TiAlN film formation and wear behaviors are discussed with data from AlES, XRD, EDS and SEM analysis. Through field test, enhancement of life time for PCB drill was measured.
Frictional characteristics of mesoporous $SiO_2$ thin films were evaluated with different pore sizes. The films were manufactured by sol-gel and self-assembly methods to have a porous structure. The pores on the surface may play as the outlet of wear particle and the storage of lubricant so that the surface interactions could be improved. The pores were exposed on the surface by chemical mechanical polishing (CMP) or plasma-etching after forming the porous films. The ball-on-disk tests with mesoporous $SiO_2$ thin films on glass specimen were conducted at sliding speed of 15 rpm and a load of 0.26 N. The results show considerable dependency of friction on pore size of mesoporous $SiO_2$ thin films. The friction coefficient decreased as increasing the pore size. CMP process was very useful to expose the pores on the surface.
Friction and wear affect all processes involved in the extraction of materials and their conversion into finished products in the die applications such as drawing, extrusion etc. Originating phenomenon from the contact surface between the tool and workpiece, they are usually a hindrance to materials process operations which usually result in damaging the tools, increasing energy consumption, the contamination of processed material by wear particles and also some problems associated with technologies to control friction and wear. The most well established method to control friction and wear is by the application of lubricant such as fluorocarbon. Besides, a surface technique so-called surface modification can be applied to solve the tribology problems of the die applications for both the economical and ecological reasons. In this article, we applied DLC(diamond-like carbon) thin film on alumina ceramic for HT test using the PIID(plasma ion immersion deposition), 4 groups of test specimens were tested up to $200^{\circ}C$ which is a little higher than the normal working temperature of die application. Pin-on-disc tribo-tester was used to test the friction and surfaces were characterized by SEM and EDS and else, the morphology changes of DLC coatings were studied. The present work indicated that the DLC had a great potential to reduce the friction and wear in the alumina die application without lubricants.
In this paper, a study on the frictional losses and dynamic behaviors of a reciprocating compression mechanism used in small refrigeration compressor is performed. In the problem formulation of the compressor dynamics, the viscous frictional force between piston and cylinder wall is considered in order to determine the coupled dynamic behaviors of piston and crankshaft supported on a thrust ball bearing. The solutions of the equations of motion of the reciprocating mechanism along with the time dependent Reynolds equations for the lubricating film between piston and cylinder wall and lubricant films of the journal bearings are obtained simultaneously. The hydrodynamic forces of journal bearings are calculated using finite bearing model and G$\hat{u}$m-bel boundary condition. And, a Newton-Raphson procedure was employed in solving the nonlinear equations of piston and crankshaft with a thrust ball bearing. The results explored the effects of design parameters on the frictional losses and dynamic stability of the compression mechanism.
The phenomena of oil whip in steam turbine takes place for the un-balancing force between rotor shaft and bearing oil film. The several parameters that affect onset of oil whip have been well known. However, the major parameter of oil whip is shaft mis-alinement. A oil whip causes the high vibration and the shutdown of rotor system. We mostly stop the steam turbine to adjust a shaft re-alinement concerning oil whip. In this case, It needs many costs for maintenance and long shutdown times. In this study, we study and observe the oil whip of the 300MW steam turbine in many years and we conduct the field test for another steam turbine for reducing vibration from oil whip. The results of this study are that a oil whip takes place with a particular rotating speed or a particular turbine output and the oil temperature change is a very effective method for on-line oil whip treatment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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