PAN

Polskie Towarzystwo Tribologiczne

Instytut Technologii Eksploatacji

ZEM Rok 2002 2003 01 02 03 04

Publikacja dofinasowana przez KBN

ZEM NR 1/2003 dział: Tribologia

 
1-2003 ZEM

Dr Andrzej Kaźmierczak

2. Instytut Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn, Politechnika Wrocławska, ul. Łukasiewicza 7/9, 50-371 Wrocław, tel./fax: (+48) 713477918, e-mail: kazmiera @ ikem.pwr.wroc.pl

Physical aspects of the antiwear technology of the ring seal of combustion engine

Fizykalne aspekty przeciwzużyciowej technologii uszczelniania pierścieniowego silnika spalinowego

Key-words: Tribology, combustion engine
Słowa kluczowe: Tribologia, silnik spalinowy

Summary

The ring seal of combustion engine, which consists of an assembly of piston rings, piston and cylinder sleeve, must be able to withstand varied heat and mechanical loads. In order to achieve this, the ring seal has to have a very specific structure. Generally, it means, that it is necessary to create conditions for obtaining the minimum values of friction forces. This can be done by shaping the ring seal and sleeve's surface in such a way as to guarantee these properties. The most difficult task is to assure, by an appropriate structure and coating technology, that there will be no seizing if the oil film breaks. A new author's own and original technology of combustion engine piston rings and cylinder sleeve has been developed in this paper. The subject's ring seal has come out as a result of the complex research such as the simulation numerical research, introductory quality research involving a real object, comparative research on a tribotester and fundamental research on the real object. A new index of material selection for elements working in the reciprocating motion was suggested. It has been found that the essence of excellent tribological property of the new ring seal lies, on the one hand, in its low value of surface free energy of titanium nitride coating on the piston ring and, on the other hand, in its high value of energy which is characteristic of the nitrated surface of the cast iron cylinder sleeve. Such composition of materials guarantees the layer effect of "pure" coating surface with titanium nitride on piston ring, and assures that the border layer on the nitrated surface of the cast iron cylinder sleeve tightly clings to the base. As a result, when the ring's motion on the sleeve's surface ceases, especially in the outer dead centre in expansion stroke, the bordering layer of oil on the sleeve's surface prevents metallic contact. During the ring's motion, due to the effect of an oil wedge, an oil film is being formed on which the piston ring of the "pure" surface slips diminishing to minimum the energy loss in friction. In general, it has been found that the free surface energy can be an important index of material selection for cutting pairs, especially for those working in the reciprocating motion. Hence, if possible, the maximum difference in the values of free surface energies of co-operating elements should be obtained by a means of forming them in such a way that the element of larger surface is equipped with the higher energy value.

Streszczenie

Uszczelnienie pierścieniowe silnika spalinowego składające się z zespołu pierścieni tłokowych, tłoka i tulei cylindrowej musi sprostać zmienny obciążeniom cieplnym i mechanicznych. W tym celu stosuje się taką jego konstrukcję, aby stworzyć warunki minimalnych sił tarcia. W artykule przedstawiono nową, własną technologię pierścieni tłokowych silników spalinowych oraz tulei cylindrowej i wyjaśniono istotę ich bardzo dobrych właściwości tribologicznych. Stwierdzono, że istotą bardzo dobrych właściwości tribologicznych nowego uszczelnienia pierścieniowego jest niska wartość swobodnej energii powierzchniowej (SFE) powłoki z azotku tytanu na pierścieniu tłokowym oraz wysoka wartość tej energii, która cechuje powierzchnie azotowanej żeliwnej tulei cylindrowej. Takie zestawienie materiałowe zapewnia efekt nazwanej tu "czystej" powierzchni powłoki z azotku tytanu na pierścieniu tłokowym oraz ściśle przywartej do podłoża warstwy granicznej czynnika smarnego na powierzchni azotowanej żeliwnej tulei cylindrowej. Dzięki temu w chwili, gdy ruch pierścienia po powierzchni tulei zamiera - szczególnie w miejscu zwrotu zewnętrznego (ZZ) w suwie rozprężania - stykowi metalicznemu zapobiega tworząca się warstwa graniczna oleju na powierzchni tulei. Podczas ruchu pierścienia, dzięki efektowi klina smarnego, powstaje film olejowy, po którym prześlizguje się pierścień tłokowy o "czystej" powierzchni, zmniejszając do minimum straty energii na tarcie. Stwierdzono, że należy dążyć do możliwie maksymalnej różnicy wartości pomiędzy swobodnymi energiami powierzchniowymi współpracujących elementów, konstytuując je tak, aby element o większej powierzchni cechowała większa wartość tej energii.

 

ZEM NR 2/2003 dział: Tribologia

 
ZEM NR 3/2003 dział: Tribologia
 
ZEM NR 4/2003 dział: Tribologia
 
4-2003 ZEM

Danuta Kotnarowska*

* Politechnika Radomska, Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn, 26-600 Radom, ul. Chrobrego 45, tel. (+48)3617670, e-mail:danutakotnarowska @ op.pl

Examination of erosive wear process dynamics of polymer coatings

Badania dynamiki procesu erozyjnego zużywania powłok polimerowych

Key-words: polymer coating, erosion, wear rate, prediction of wear
Słowa kluczowe: powłoka polimerowa, erozja, szybkość zużywania erozyjnego, prognozowanie zużycia

Summary
An assessment of erosive wear process dynamics of epoxy coatings is presented in the paper.
On the ground of examination results it was stated, that kinetics of erosive wear depends on: erosive particles velocity, their concentration, micro- and macrostructure of coating, and impact angle of particles. The microcutting of coatings is dominant process of examine coatings wear and its biggest share is observed for impact angles a < 30°.
Mathematical model of erosive wear process of construction element surface describes effectively dynamics of this process in dependence on: erosive particles impact angle, their concentration and velocity in the moment of impact.
Using of finite elements method allowed for effective predicting of surface profile shape of polymer coatings subjected to the erosive particles influence.

Streszczenie

W artykule przedstawiono ocenę dynamiki procesu erozyjnego zużywania powłok epoksydowych. Na podstawie przeprowadzonych badań ustalono, że kinetyka erozyjnego zużywania zależy od: szybkości cząstek erozyjnych, ich koncentracji, mikro- i makrostruktury powłoki, a także od kąta pod jakim cząstki erozyjne uderzają w powłokę. Dominującym procesem zużywania badanych powłok epoksydowych jest mikroskrawanie, którego największy udział jest obserwowany dla kątów padania a < 30°. Opracowany matematyczny model procesu erozyjnego zużywania powierzchni konstrukcji efektywnie opisuje dynamikę tego procesu, w zależności od: kata padania cząstek erozyjnych, ich koncentracji i szybkości uderzania w powierzchnię elementu. Zastosowanie metody elementów skończonych pozwoliło na efektywne prognozowanie kształtu profilu powierzchni powłok polimerowych, poddanych oddziaływaniu cząstek erozyjnych.

 


4-2003 ZEM

Anna Ryniewicz*, Andrzej Ryniewicz**, Tomasz Madej*

*Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków
** Politechnika Krakowska, Wydział Mechaniczny, Al. Jana Pawła II, 30-864 Kraków

The analysis of stresses and translations in working zone of endoprosthesis of hip joint

Analiza naprężeń i przemieszczeń w strefie roboczej endoprotezy w stawu biodrowego

Key-words: hip joint, endoprothesis, analysis, stresses, translations
Słowa kluczowe: staw biodrowy, endoprotezy, analiza, naprężenia, translacje

Summary
In this elaboration, the analysis of stress and translation in virtual endoprosthesis of hip joint have been presented. The tests of biobearing, used in arthroplasty in which head and pin were metal CoCrMo while acetabulum was made from polyethylene PE-UMHW, were carried on. The elements of virtual endoprosthesis were set in bone structure: near the part of femoral bone and acetabulum part of pelvis bone. The geometric model has been created and edge conditions in use of finite element modeling have been established.

Streszczenie

W opracowaniu przedstawiono analizę naprężeń i przemieszczeń w wirtualnej endoprotezie stawu biodrowego. Analizie poddano biołożysko stosowane w artroplastyce niskotarciowej metodą Charnley'a (LFA - low friction arthroplasty), w którym główka i trzpień były metalowe (CoCrMo) a panewka wykonana z polietylenu (PE-UHMW). Elementy endoprotezy wirtualnie osadzono w strukturach kostnych: części bliższej kości udowej i części panewkowej kości miednicznej. Zamodelowano geometrycznie, ustalono warunki brzegowe i dokonano analizy w roboczej strefie tribologicznej z wykorzystaniem metody elementów skończonych.

 


4-2003 ZEM

Paweł Droździel*, Piotr Ignaciuk**

* *Politechnika Lubelska, Katedra Podstaw Budowy Maszyn, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin,
**Politechnika Lubelska, Katedra Silników Spalinowych, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin

The wear of cylinder liner during start-up of 4C90 diesel engine

Zużycie tulei cylindrowych podczas rozruchu spalinowego silnika 4C90 o zapłonie samoczynnym

Key-words: start-up of a combustion engine, wear of cylinder liner
Słowa kluczowe: rozruch silnika spalinowego, zużycie tulei cylindrowych

Summary
The start-up of a ca combustion engine is a transitory process while the increased wear of kinematic pairs can be observed. Due to the insufficient amount of oil resulting from the interia of the engine lubrication system as well as too low relative velocity of the mating surfaces they are either mixed or dry friction (in extreme cases) that occur in the friction nodes of the engine. It is only after several seconds when the engine is idle running that there are favourable conditions for the fluid friction to develop.
Increased wear intensity observed at the engine start-up applies mainly to the elements of the TPC unit (piston-piston rings - cylinder). The rise in the wear of a cylinder liner that takes place during each engine start-up is equal to the wear level achieved either after several hours of continuous engine work or after a car operational run of as several hundred kilometres.
The start-up of a cylinder liner depends on many parameters such as start-up temperature, time of breaks in the engine operation, rheological properties of the engine oil, fuel quality, kind of lubrication system, technical conditions of the start-up system and the wear level of the TPC unit. However, the start-up temperature seems to be the most important among the above-mentioned parameters. It is well known that the lower values the temperature gets, the greater the wear level is. An assessment of the correlation between the engine start-up temperature and the start-up wear of a cylinder liner is a key issue both from the scientific and practical point of view.

Streszczenie

Rozruch samochodowego silnika spalinowego jest procesem przejściowym, w którym obserwuje się zwiększone zużycie par kinematycznych. Wynikający z bezwładności układu olejenia silnika brak dostatecznej ilości oleju oraz zbyt mała prędkość względna współpracujących ze sobą powierzchni powoduje występowanie tarcia mieszanego lub w skrajnych przypadkach tarcia suchego w węzłach tarcia silnika. Zwiększona intensywność zużywania się w czasie rozruchu silnika występuje szczególnie w elementach zespołu TPC (tłok - pierścienie tłokowe - cylinder). Przyrost zużycia tulei cylindrowej, jaki ma miejsce w trakcie jednego rozruchu silnika, odpowiada wartości zużycia w czasie kilkunastu godzin nieprzerwanej pracy silnika lub wartości zużycia na odcinku eksploatacyjnego przebiegu samochodu rzędu kilkuset kilometrów.
Zużycie rozruchowe tulei cylindrowej zależy przede wszystkim od temperatury rozruchu silnika. Ogólnie wiadomo, że im jest niższa jej wartość, tym następuje większy wzrost zużycia. Określenie korelacji pomiędzy temperaturą rozruchu silnika, a zużyciem rozruchowym tulei cylindrowej jest istotne zarówno z naukowego, jak i z praktycznego punktu widzenia. Niniejszy artykuł prezentuje przebieg oraz wyniki badań zużycia rozruchowego tulei cylindrowej samochodowego silnika spalinowego 4C90 o zapłonie samoczynnym. Przeprowadzone badania miały na celu określenie zużycia rozruchowego gładzi tulei oraz wpływu temperatury rozruchu na obserwowaną wartość zużycia.

 

PAN

Polskie Towarzystwo Tribologiczne

Instytut Technologii Eksploatacji

ZEM Rok 2002 2003 01 02 03 04

Publikacja dofinasowana przez KBN

Last modification: 18 December 2003 17:29    |   JureK.