مطالعه‌ي عددي و تجربي عملكرد تريبولوژي تماس سطوح فلزي در حضور روانكار گريس

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش، رفتار تريبولوژيكي تماس پين بر ديسك در رژيم روانكاري مخلوط با تمركز بر روانكار گريس ليتيومي مورد بررسي قرار گرفته است. در اين رژيم، بار تماس به‌طور همزمان توسط فيلم روانكار الاستوهيدروديناميكي (EHL) و تماس‌هاي زبري‌ها حمل مي‌شود و پيش‌بيني ضخامت فيلم، دماي تماس و ميزان سايش نيازمند در نظر گرفتن اثر زبري سطح، تقسيم بار و نقص فيلم روانكار است. بدين منظور، ابتدا ضخامت پايه‌ي فيلمEHL با استفاده از روابط كلاسيك همراك-داوسون و با در نظر گرفتن مدول مؤثر تماس محاسبه گرديد. سپس، اثر گريس بر ضخامت فيلم از طريق يك ضريب اصلاحي مهندسي، مبتني بر نتايج تجربي گزارش‌شده در ادبيات، اعمال شد تا افزايش ضخامت فيلم ناشي از حضور ذرات غليظ‌كننده گريس لحاظ گردد. پيش‌بيني دقيق سايش مستلزم در نظر گرفتن زبري سطح، تقسيم بار، دماي تماس و نقص فيلم روانكار است. بدين منظور، ابتدا سايش خشك به‌عنوان حالت مرجع با استفاده از رويكرد مكانيك آسيب پيوسته مدل‌سازي شده و ميزان آسيب در ناحيه تماس بدون روانكار مورد تحليل قرار گرفته است. اين مرحله به‌عنوان مبناي فيزيكي براي اصلاح مدل سايش در حضور روانكار به كار گرفته شده است. در ادامه، با استفاده از مفهوم روانكاري مخلوط و چارچوب تحليلي-عددي تماس ناهمواري‌ها در مقياس ميكرو با استفاده از مدل الاستيك-پلاستيك كوگوت-اتسيون كه روابط دقيق‌تر و كامل‌تري نسبت به مدل گرينوود-ويليامسون ارائه مي¬دهند و به كمك رويكرد گرينوود، جانسون و پون، نسبت بار حمل‌شده توسط زبري‌ها محاسبه شد. نقص فيلم روانكار به‌عنوان يكي از پارامترهاي كليدي، مدل‌سازي گرديد كه وابستگي مستقيم به دماي سطح تماس دارد. دماي سطح تماس با تركيب دماي حالت پايدار سطح و دماي فلش زبري‌ها، با بهره‌گيري از يكي از مدل‌هاي ساده¬ي حرارتي پين بر ديسك، و مدل¬هاي كلاسيك محاسبه شد. اين دما به‌عنوان ورودي اصلي در اصلاح ضريب سايش مورد استفاده قرار گرفت. در نهايت، ميزان سايش با استفاده از قانون آرچارد و با در نظر‌گرفتن تقسيم بار واقعي در تماس و اصلاح ضريب سايش بر اساس نقص فيلم و دماي سطح پيش‌بيني گرديد. براي اعتبارسنجي مدل و استخراج ورودي¬ها، آزمون‌هاي تجربي شامل آزمون سايش پين روي ديسك، آزمون رئولوژي گريس و زبري‌سنجي سطوح انجام شد و نتايج عددي با داده‌هاي تجربي مقايسه گرديد. نتايج نشان مي‌دهد كه اثر بار و سرعت لغزش بر سايش در تماس‌هاي گريس‌روانكار غيرخطي بوده و از طريق تغيير همزمان دما، ضخامت فيلم و سهم تماس زبري‌ها كنترل مي‌شود. اعمال اصلاح ضخامت فيلم گريس و لحاظ كردن دماي سطح در مدل نقص فيلم، دقت پيش‌بيني سايش را به‌طور قابل‌توجهي بهبود داده است. مقايسه‌ي نتايج مدل با داده‌هاي تجربي نشان داد كه پيش‌بيني حجم سايش در شرايط مختلف با خطايي در بازه‌ي حدود 11 تا 30 درصد و ميانگين تقريبي 25 درصد همراه بوده است كه بيانگر توانايي مناسب چارچوب مهندسي ارائه‌شده در توصيف رفتار سايش در رژيم روانكاري مخلوط است. چارچوب ارائه‌شده امكان تحليل يكپارچه‌ي ضخامت فيلم روانكار، دماي سطح و سايش را در رژيم روانكاري مخلوط فراهم مي‌كند.

237680

طراحي كاربردي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان