原始研究的文章

前面。Manuf抛光工艺。,20October 2022
秒。材料形成和删除
卷2 - 2022 | https://doi.org/10.3389/fmtec.2022.1012343

调查可能的显微组织申请滚动轴承

约瑟芬凯利*,

格哈德调查和

Florian佩普

机械设计研究所和摩擦学(IMKT),莱布尼兹汉诺威大学,德国Garbsen

microdimple-textured表面对滚动轴承的应用不是很常见,但可以有利于各种使用场景。与申请普通轴承或圆柱表面,然而,滚动轴承表面模式在一定条件下只提供优势。例如,对于使用起止周期,在混合润滑条件下,滑动条件下或在轴承和滚动轴承法兰接触,可以减少摩擦与显微组织的目标使用。显微组织的几何必须选择,这样个人酒窝适应球或辊之间的接触面积和轴承表面以作为水库的润滑剂。首次应用显微组织角接触球轴承振动的条件下证明了摩擦减少影响下往复运动。在这种情况下,显微组织担任润滑水库。这个想法是转移到圆锥滚子轴承的滑动触点;调查测量是否减少摩擦是由于显微组织作为润滑剂水库甚至是否有积极的水动力效应引起的显微组织。通过计算的方法以及一些典型试验装置测量,显微组织行为的圆锥滚子轴承。

1介绍

1.1显微组织表面轴承的应用程序

microdimple-textured表面的减阻效果润滑摩擦接触已经在以前的研究中显示。应用程序可以在缸套表面显微组织联系人(威利斯,1986;刘正,1996)。此外,微机电系统的接触条件可以提高了显微组织(Komvopoulos 2003)。格罗珀et al。(2016)提出的应用等液体动力润滑的表面纹理平行推力瓦轴承或日记中轴承和数值模型来评估之前材质制造。调查使用disc-on-disc摩擦计证明显微组织可以大大降低摩擦特性,实现液体动力润滑滑动速度低(Kastner 2013;乌尔姆et al ., 2015)。此外,仿真研究表明,模式在跑道提供最高的摩擦减少(Kastner 2013)。

在pin-on-disc实验中Taee et al。(2017)表明激光显微组织可以提高磨合的行为。此外,可以减少磨损和摩擦系数可以减少12% - -23%。此外,Pakuła et al。(2019)表明激光显微组织与纳米摩擦学的应力下的皱纹可以减少穿烧结材料。亨利。(2013)能够证明润滑口袋几何有很大影响推力轴承结构的有效性。阿尔玛et al。(2019)研究激光变形机械斗挺杆cam-tapper接触。为结合rolling-sliding EHL接触,成立了一个仿真模型来实现优化的显微组织。

表面纹理可以直接影响接触表面的摩擦磨损行为在许多方面。首先,显微组织可以改善润滑膜的负荷能力通过一个增强的水动力作用引起的润滑剂存储在显微组织(Tauviqirrahman et al ., 2014)。其次,存储在显微组织可以提高润滑油润滑条件在润滑不足的情况下(李et al ., 2014)。第三,磨损颗粒可以被微观结构,降低了接触表面之间的磨损(Sagbas Durakbasa, 2013)。一个额外的有益效应可以增强tribofilm增长,据许et al。(2017)对于纹理的圆柱滚子轴承许et al ., 2021)。

Vrbka et al。(2010)研究滚动接触疲劳(RCF)表面纹理non-conformal混合润滑条件下滚动/滑动接触。他们可以证明RCF影响的大小和密度micro-dents接触。

Microdimple纹理可以制造通过激光加工(Wakuda et al ., 2003;Kastner 2013)。根据Etsion。(2005)、激光表面纹理是一种很有前途的过程与高精度实现酒窝。激光纹理曾应用于植入表面和轴颈轴承表面(Brizmer Kligerman, 2012;布劳恩et al ., 2014;Ghosh和Abanteriba, 2016)。等micro-texturing也有选择聚焦离子束(FIB)蚀刻或电子束蚀刻、提出的Gachot et al。(2017)。领域的普通轴承,研究激光结构表面以便于流体动力润滑膜的形成,特别是在启动。布劳恩et al。(2014)能达到减少80%的摩擦在一定操作条件提供一个表面显微组织。

显微组织的切割过程包括微观规划、车削、铣削和磨削。的方法内创建酒窝与单个后牙槽珩磨加工过程提供高的几何灵活性和低努力,以个人microdimple长度为几百微米,宽度和深度从几微米。其目的是提供一个润滑剂摩擦学的内部储层接触在影片停滞,提高液体积聚在低相对速度。应用显微组织表面的角接触球轴承提出了通过与单个齿槽铣削佩普et al。(2017)。

我们打算将这种方法应用于圆锥滚子轴承;圆锥滚子轴承最好用于传动系或商用车辆的车轮轴承安排。德国汽车工业在超过1000万每年使用圆锥滚子轴承(2013年戴姆勒)。滚子轴承,可以支持高负载由于线性滚动表面接触。由于其接触角,他们可以支持径向、轴向和负荷相结合。此外,他们可以支持高倾斜时刻小安装空间不需要额外的轴承支撑。

轴承法兰是关键摩擦学的圆锥滚子轴承的接触。外部轴承负荷,其径向和轴向分量,传播在很大程度上辊之间的法向力和调心,那里几乎是纯滚动和滑动组件可以忽略不计。即使没有外部轴向载荷,有内部轴向力辊侧和法兰之间传播通过的接触面积在圆周方向伸出。尽管这种接触辊的优势,有效地引导和阻止扭曲,辊之间的传播力和法兰发生运动学上地诱导滑动;在圆周方向滑动运动和自旋重叠。

圆锥滚子轴承的关键操作条件包括低速和高负载(王2015年)。在这些情况下,滚子和法兰之间的接触点是在混合润滑条件下操作,造成大部分的摩擦力矩(王2015年)。在商用车辆的传动系,例如,这些条件发生在启动和停止。提高摩擦学性能的联系可以产生大影响商用车辆的效率。

为了这个目的,我们首先回顾设置的显微组织是成功应用,即角接触球轴承,应用相似的目的microtexturing圆锥滚子轴承法兰表面的过程。

1.2初步调查变形角接触球轴承

在初步研究中,角接触球轴承旋转运动下操作。这些轴承都是配备了显微组织表面。通过应用显微组织过程描述Kastner。(2013),显微组织也可以产生硬化材料使用一颗牙齿槽。图1描绘一个角接触球轴承表面显微组织。可以整个跑道表面结构,目的是允许酒窝陷阱润滑剂接触球和跑道。

图1

图1。变形角接触球轴承(7208型):(一)概述(B)数组的酒窝(C)单一的酒窝。

为了能够在小的转动轴承实验操作角度,一个测试平台设计和建造(佩普et al ., 2016)。这个测试平台可以测试两个角接触球轴承在背靠背的安排。伺服电动机用于操作轴承旋转运动和盘弹簧装配轴承适用于纯轴向载荷。扭转应变计和旋转编码器安装,使摩擦结合角分辨率的测量,即。能力,对应的摩擦与瞬时角位置测量旋转运动。这使得调查的摩擦特性的逆转点旋转运动;在反转点,球的速度是零和的风险增加摩擦磨损由于混合润滑是更严重的。调查,轴承表面的逆转点检查激光扫描显微镜(日本基恩士VK-X200, Keyence公司,大阪,日本)为了能够得出表面损伤相比,从大规模生产轴承。

修改类型的角接触球轴承7208人进行旋转运动减少数量的7(最初)总共有14个球。由于数量减少的球,旋转运动不会导致一个重叠的旅行路径独立的球轴承滚道。的平均经受内圈和滚动元素测量使用激光扫描显微镜(日本基恩士VK-X200, Keyence公司,大阪,日本),产生的R值_一个和R = 0.04µm滚动的元素_一个分别为= 0.2µm内环。旋转角度的48°(+ -24°)使用120万年5赫兹的频率主循环。轴承的轴向负荷应用通过阀瓣弹簧组为2.4 kN。结果赫兹ball-inner环接触压力为1.5的绩点和接触的半轴尺寸= 1.2毫米和b = 0.2毫米。执行的测试是使用润滑脂(Kluber Topas L152, Kluber润滑慕尼黑SE & Co .公斤,德国)润滑,轴承的自由体积的30%。

的显微组织轴承摩擦力矩可以减少的旋转角untextured相比,标准轴承。这中可以看到图2,显示测量摩擦转矩的旋转角度为标准的轴承相比,显微组织轴承(转矩测量是在0.2赫兹以防止转动规条损害)。microdimples地表变形的主要影响轴承的摩擦性质来实现。摩擦转矩的显微组织允许减少了一半。

图2

图2。摩擦转矩的旋转角和显微组织为标准。

此外,它可以表明,在长期的测试中以更高的旋转5赫兹的频率和超过120万个周期,跑道上的磨损减少显微组织图3一)。显示了一个光学图像的显微组织轴承的轴承滚道表面前一个实验。一个酒窝的长度大约是750μm,宽度大约是30μm,深度大约10µm。在反转点的球,穿是可以找到。逆转点后显微组织轴承测试所示图3 b)。相比之下,逆转点标准的轴承在测试中描述图3 c)显示增加磨损。

图3

图3。光学图像轴承调心:(一)变形前轴承测试(B)变形后的轴承表面逆转点测试(C)标准轴承表面后的逆转点测试。

因此结果表明,显微组织轴承改进测量摩擦磨损特性。特别是在这一领域,减少摩擦导致显著的能源节省。执行的效果可能还在进一步的研究证明与显微组织恒定速度关节(佩普et al ., 2022)。在这项研究中减少功率损耗测量关节结构恒定速度的20%是实现串行恒定速度相比关节。

作为下一个步骤的概念扩展到圆锥滚子轴承。在这里,最初的目的是研究物理现象,会导致观察到的减少摩擦角接触球轴承。下面这个,它是研究如何应用这种减少之间的摩擦辊和轴承法兰结束。计算方法探讨接触条件下,理论膜厚度的模拟和测量结果。

2应用圆锥滚子轴承

基于经验与有益的显微组织表面角接触球轴承,我们试图将这些结果的应用圆锥滚子轴承。目的是优化法兰接触圆锥滚子轴承的显微组织(应用也是一颗牙齿槽)和澄清如果这样酒窝充当润滑剂水库在低速度和水动力的影响进行调查。

2.1圆锥滚子轴承法兰接触条件

我们首先考虑的概述为圆锥滚子轴承法兰接触接触条件以及初步计算。roller-flange联系的功能之一就是抵消内部而导致的轴力调心的接触角相对于外部负载应用。此外,辊阻止扭曲是由于产生的法向力roller-flange接触。轴承的CAD模型部分所示图4一),内圈滚道和法兰所示图4 b)。5所示图5,造成重叠的滑动和旋转滑动接触条件。

图4

图4。圆锥滚子轴承(一)CAD模型的31312轴承部分,(B)轴承内圈的部分法兰和跑道。

图5

图5。接触条件:roller-flange接触运动学的原理(王2015年)。

的真实形状roller-flange接触面积也是一个活跃的研究领域(惠勒,2018;凯利et al ., 2022)。接触面积变形后的形状在很大程度上取决于macrogeometry联系机构,依赖于精确的轴承模型(Kieckbusch 2017)。轴承的接触合作伙伴31312 -类型的测量和macrogeometry决心是类似于一个筒子环面接触。先天的目前尚不清楚联系人可以模仿传统的椭圆接触,需要有限元分析。

为此成立了一个轴承的有限元模型使用测量圆锥滚子轴承的几何类型31312年。相关的参数所示表1;边界条件和接触区域所示图6。有限元分析的结果表明,该特定macrogeometry在这个负载导致近椭圆接触只有很轻微的曲线,可以充分接近使用椭圆接触。连续近形状的原因是抵消曲率线的两个接触身体。一方面,锥形向下凸缘将导致曲线的压力和变形图6,但另一方面,环形辊最终将导致一个向上的曲线。这些效应抵消在这种情况下导致连续附近,椭圆接触几何。

表1

表1。总结仿真参数。

图6

图6。有限元分析(一)法兰接触压力(B)在法兰变形显示near-elliptical但略弯曲形状联系。

2.2计算模型纹理的圆锥滚子轴承

评估的效果酒窝膜厚度和流体摩擦,EHL计算模型,在计算主要未知液膜压力和膜厚,是必需的。这涉及到求解弹性方程的变形几何由于电影压力与电影的压力变形的计算几何、操作条件(温度、正常负载表面速度),和流体的流变模型。

由于其优越的收敛性质,双数EHL Habchi实施后解决。这个解决方案方法同时解决一个域的三维线性弹性方程 $Ω_{年代}$ 二维雷诺方程,雷诺兹域 $Ω_{R}$ 和负载平衡条件(通过拉格朗日乘子)使用牛顿法和有限元法(Habchi 2018)。牛顿法的必要性是由于非线性的雷诺方程。线性组件剩余的全微分方程组因此首先使用泰勒级数展开计算,然后用有限元方法离散与牛顿法得到解决。要解决的三个物理方程之间的相互作用也因此考虑,导致以下语句系统的弱形式的pd (Habchi 2018):

找到 $((U, V, W], P, H_{0}) \in H^{1} {(Ω_{年代})}^{3} \times H^{1} (Ω_{R}) \times R$ 这样 $\forall ((Ψ_{U}, Ψ_{V}, Ψ_{W}], Ψ_{P}, Ψ_{H 0}) \in H^{1} {(Ω_{年代})}^{3} \times H^{1} (Ω_{R}) \times R$ 它是适用的:

\begin{array}{c} \int_{Ω_{年代}} (\frac{\partial U}{\partial X} \frac{\partial Ψ_{U}}{\partial X} + \frac{θ}{2} (θ \frac{\partial U}{\partial Y} + \frac{\partial V}{\partial X}) \frac{\partial Ψ_{U}}{\partial Y} + \frac{1}{2} (\frac{\partial U}{\partial Z} + \frac{\partial W}{\partial X}) \frac{\partial Ψ_{U}}{\partial Z}] d X d Y d Z = 0 \\ \int_{Ω_{年代}} (θ^{2} \frac{\partial V}{\partial Y} \frac{\partial Ψ_{V}}{\partial Y} + \frac{1}{2} (θ \frac{\partial U}{\partial Y} + \frac{\partial V}{\partial X}) \frac{\partial Ψ_{V}}{\partial X} + \frac{1}{2} (\frac{\partial U}{\partial Z} + \frac{\partial W}{\partial X}) \frac{\partial Ψ_{V}}{\partial Z}] d X d Y d Z = 0 \\ \int_{Ω_{年代}} (\frac{\partial W}{\partial Y} \frac{\partial Ψ_{W}}{\partial Z} + \frac{1}{2} (θ \frac{\partial U}{\partial Z} + \frac{\partial W}{\partial X}) \frac{\partial Ψ_{W}}{\partial X} + \frac{θ}{2} (\frac{\partial V}{\partial Z} + θ \frac{\partial W}{\partial Y}) \frac{\partial Ψ_{W}}{\partial Y}] d X d Y d Z = - \int_{Ω_{R}} \frac{2 p_{H} R_{x}}{E^{'} b} P Ψ_{W} d X d Y \end{array} (1)

\begin{array}{c} \int_{Ω_{R}} (\frac{ρ H^{3}}{12 η} \frac{p_{H} b^{3}}{\hat{η_{0}} R_{x}^{2}} (\frac{\partial P}{\partial X} \frac{\partial Ψ_{P}}{\partial X} + θ^{2} \frac{\partial P}{\partial Y} \frac{\partial Ψ_{P}}{\partial Y}) + ρ H \vec{u_{米}} \cdot (\frac{\partial}{\partial X}, θ \frac{\partial}{\partial Y}] Ψ_{P} + ζ P Θ (- P) Ψ_{P}] d X d Y \\ w h e r e H (X, Y) = H_{0} + \frac{X^{2}}{2} + \frac{Y^{2}}{2} \frac{D}{θ^{2}} - W + 年代, θ = \frac{b}{一个}, D = \frac{R_{x}}{R_{y}}, η = η (P, T), ρ = ρ (P, T) \end{array} (2)

\int_{Ω_{R}} (P - \frac{(2) π}{3 米 e 一个 年代 (Ω_{R})}) Ψ_{H 0} d X d Y = 0 (3)

{P |}_{\partial Ω_{R}} = 0, {U, V, W |}_{{(X, Y, Z) \in Ω_{年代} : Z = Z_{最小值}}} = 0, ({V |}_{{(X, Y, Z) \in Ω_{年代} : Y = 0}} = 0) (4)

在这里情商。三维线性弹性情商。对应于非线性雷诺情商。代表负载平衡条件,Eq。4边界条件。这些方程与有限元离散方法,解决了在一个矩阵和一个使用牛顿法迭代循环,所描述的(Habchi 2018)。

的EHL non-dimensionalization后(Habchi 2018)是使用和给出的命名法。由于无法找到复杂的弱形式,作为一个商业有限元软件,单击模块的有限元离散化弱形式必须使用有限元软件,允许直接输入的弱形式,这是一个罕见的特性在商业有限元软件。出于这个原因,开源有限元软件包NGSolve (NGSolve),它允许输入的弱形式使用python脚本,但有一个计算核心在c++中实现,允许快速和并行线性系统的解决方案。NGSolve此外啮合综合能力和丰富的FE-specific功能。

由于non-dimensionalization,一个标准的网格被选为所有情况下考虑,明白了图7。依照(无量纲的大小选择Habchi 2018),他提出了这个大小适当大,最常见的计算情况下基于参数研究。这个网是精炼的赫兹接触区以及雷诺域按照网格收敛性的研究。

图7

图7。无量纲的有限元网格尺寸60×30×60(60×60×60)与雷诺域的大小9×3 (9×6)。

流变模型是Roelands方程用于流体粘度和密度Dowson-Higginson方程(Habchi 2018)。酒窝的几何形状作为显微组织模拟使用凹凸函数(见图8),它有一个光滑的衰减为零,从而忽视了压力峰值由于不连续几何的衍生品。

图8

图8。一个凹凸函数的例子。

酒窝的水动力效应可以使用循环引用联系首先被理解。循环引用的参数联系案例中可以找到表2。

表2

表2。参数的循环引用的情况。

各种酒窝深度比较固定设置的酒窝集中在接触。由此产生的本地电影厚度所示图9压力和膜厚度轮廓图10。

F = \int_{Ω_{R}} 为 (τ_{x}, τ_{y}] 为 d x d y, τ_{我} = η (P, T) \cdot {\dot{γ}}_{我}, {\dot{γ}}_{我} = \hat{η} (P, T) \cdot \frac{u_{我}^{年代}}{h} - \frac{h}{2} \frac{\partial p}{\partial 我}, 我 = x, y (5)

图9

图9。当地无量纲膜厚度分布的显微组织参考接触不同的深度。

图10

图10。无因次电影压力(黑色)和膜厚度(蓝色)轮廓在x(即。,entrainment direction) (continuous) and y (dashed) directions for varied microdimple depth.

作为酒窝的性能指标,EHL摩擦力计算情况下的计算,然后进行比较。剪切应力是评估使用极限剪切应力的关系(Habchi 2018)。由于等温条件假设,slide-to-roll比率只进入通过滑动速度 $u_{x}^{年代}, u_{y}^{年代} 。$ 纯滚动的极端情况下,纯滑动进行了比较,结果显示表3。

表3

表3。计算摩擦力量。

在上述情况下考虑摩擦力的计算,很明显,显微组织没有显著的影响在这两种情况下的流体摩擦。在纯滑动的情况下,极限剪切应力达到可比数值在所有情况下。在纯滚动的情况下,剪切由于压力梯度是占主导地位的术语,这是再一次类似的在所有情况下的最佳发生在100 nm深度。重要的是要记住,有实际限制这个指标,因为固体和粗糙的摩擦是不考虑。在实践中,显微组织的流体动力学酒窝会导致更多的在进口边固相固相接触。这种效果可以看到无量纲膜厚度的阴谋图10,酒窝的前缘的倾向表现出降低膜厚度。这发生由于压降的酒窝,这意味着直接上游的酒窝,有本地电影变形表面的压力不足。接触后的流体阻力最小的路径;随着流体方法酒窝,阻力最小的路径进入酒窝。因此,流体从酒窝的边缘被重定向到酒窝,导致膜厚度减少边缘和直接下游的顶部和底部边缘。直接下游的酒窝有部分膜厚度增加,这是由于重定向流体收集的酒窝,然后被迫酒窝出口。

液体被重定向的程度与压降的大小与经验在酒窝边界。因此,减少液体重定向的负面影响,从而在实践中导致增加固相固相接触,操作参数,减少压降是首选。在这些操作参数是一个小酒窝深度以及小pressure-viscosity系数的润滑剂。

有鉴于此,这些有利的条件被选为计算真正的法兰接触条件和约束下的选择基于一颗牙齿槽的制造方法。作为最小值,将在实践中,一个pressure-viscosity系数6 GPa⁻¹匹配选择,例如,一些水性润滑剂。所示的计算条件表4。由于附近椭圆接触形状确定通过有限元,差距,压力被近似标准EHL无畸变的椭圆轮廓。表面的速度是根据计算(凯利et al ., 2022)。所示的结果图11- - - - - -13。

表4

表4。法兰EHL参数计算。

图11

图11。(一)法兰压力分布用有限元法计算(B)EHL初始赫兹压力分布计算的解算器(轴新等于长度)。

图11比较EHL的初始赫兹压力分布计算的有限元法计算轴承部分,显示公平的协议实现。膜厚度计算图所示数字12 a, B。进一步研究的结果发表在图13,显示压力和膜厚的轮廓X和Y的方向。很明显,参数选择最小化的负面效应讨论了参考接触同时仍然满足现实世界的约束条件对所选的制造方法。

图12

图12。无量纲膜厚度(轴新等于长度)(一)光滑的参考案例,(B)microdimpleμm尺寸750×100μm×10µm。

图13

图13。无因次电影压力(黑色)和膜厚度(蓝色)轮廓在x(即。,entrainment direction) (continuous) and y (dashed) directions for smooth reference (left) and microdimple with dimensions 750 μm × 100 μm × 10 µm (right).

根据计算方法的结果,我们无法得出结论,显微组织与该制造方法改善轴承的摩擦力矩通过流体动力学,即通过物理现象,我们打算与EHL计算模型。事实上,“深度”显微组织10μm-30µm深度成为可能的制造过程恶化系统的流体动力学。

2.3实验结果微结构化的圆锥滚子轴承

正如在前一节中提到的,有制造限制在创建这些显微组织;可能深度范围从1μm-30µm在平坦的样本,减少范围的10μm-30µm轴承法兰面。图14显示的例子这样的显微组织,图14)一般模式的法兰表面文章实验和显微组织图14 b)显示一个单独的测量显微组织在平坦的示例,使用3 d激光扫描显微镜(日本基恩士VK-X200, Keyence公司,大阪,日本)。根据EHL模拟前一节中,显微组织在这个深度范围内不改善系统的流体动力学。然而,角接触球轴承的实验证据显示了摩擦力矩比的改善仍然是可能的,因此,最有可能不是由于水动力性能的改善。

图14

图14。(一)的显微组织模式(90°径向,10µm深)法兰表面实验后,×50放大,(B)显微组织形态测量的例子在平坦的示例使用3 d激光扫描显微镜。

先前的实验结果显示改进的显微组织角接触球轴承摩擦力矩(图2)获得在振荡条件下油脂润滑,即。条件,可能会导致油脂饥饿(Wandel et al ., 2022)。因为我们排除了这个改善是由于水动力的影响是正面的,我们可以得出这样的结论:这些类型的显微组织最有可能作为润滑脂水库。的积极效果的油脂接触必须平衡负水动力效应,也就是说,仅仅在油脂饥饿条件下发生减阻效果。

根据这一分析,实验和显微组织人为饥饿条件下轴承实验通过填写LiX-PAO110润滑脂的轴承只有轴承的自由体积的10%,即8毫升/轴承。显微组织轴承总是搭配一个标准工业轴承在这些实验中由于预算和制造约束。安装顺序与标准保持不变工业轴承安装在马达试验台。轴承安装在一个试验台,跑30分钟或佣金+ 10 RPM和40 kN的轴向载荷,即。,足够的时间观察稳态测量扭矩。稳态转矩被比较。

图15显示了一个比较之间的转矩曲线参考和一双显微组织轴承。显微组织在20°方向径向和30µm深。在实验的最后10分钟内,轴承与显微组织轴承跑与摩擦减少5%相比,参考实验。还有一个短的时间小于3分钟的显微组织轴承副的实验显示了显著减少摩擦。

图15

图15。比较之间的转矩曲线对显微组织和引用关系。

3结论

纹理的表面为滚子轴承的可行性在一定操作条件下可以证明。对于microdimple-texturing的角接触球轴承,减少摩擦扭矩和穿的逆转点轴承了。因为有益的水动力作用是排除使用EHL模拟,可以得出结论,减少测量摩擦磨损是由于改善润滑脂饥饿条件(Wandel et al ., 2022)。因此,microdimple-textured表面可以提高轴承的功能油脂饥饿条件下操作,导致更高的资源效率。圆锥滚子轴承在圆周运动的实现是更具挑战性的有利影响由于饥饿状况未发生由于操作条件。它可以表示:

•计算方法证明了显微组织生产通过飞切割或单个齿槽切割太大提高水动力流体膜建立。

•实验调查证明仍有显微组织的减阻效果,表明他们可能作为有益的油脂油脂饥饿条件下储层。

•分析被应用于圆锥滚子轴承运行实验油脂量减少,导致轻微的减少摩擦实验以及年底开始显著减少摩擦。转矩测量提出了一个示例使用一个20°角径向和震源深度30µm。

•但值得一提的是,在这两个应用程序的情况下,实验后的显微组织模式仍保存完好,尽管残酷的实验条件导致显著的磨损。

另一个结果是,单齿槽的制造路线是一个可行的选择。这样的一个齿槽的好处是结构轴承的可能性在一个传统的制造业中心。实现酒窝的小尺寸,形成解决方案如精密锻造或激光结构可以应用。微观结构的方法通过单齿槽导致高度的灵活性和低经济的努力。

数据可用性声明

最初的贡献提出了研究中都包含在本文/辅料,可以针对相应的作者进一步询问。

作者的贡献

FP和JK在设计和实验研究。JK的计算方法。GP和FP是主管的项目和提供建议在概念和写作。

资金

这项工作是支持的联邦经济事务部和能源(BMWi)通过“Antriebsstrang 2025: Energieeffiziente Prozessketten苏珥Herstellung进行reibungs-gewichts——和lebensdaueroptimierten Antriebsstrangs, TP3 Gleichlaufgelenk”项目,并由德国研究基金会(DFG),通过“Hartfrasen冯Mikroschmiernapfen苏珥Reibungs-und Verschleißreduktion在hochbelasteten Walzkontakten”项目(项目编号407531729)。这项工作是支持的计算集群,这是由莱布尼兹汉诺威大学,下萨克森州科学和文化(MWK)和德国研究基金会(DFG)。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。

脚注

¹除非另有说明。

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4术语

下表包含假定nomenclature-the单位是那些认为弱形式,导出与SI单位。在其他一些情况下,指定其他单位。

关键词:滚动联系人、microdimples、纹理表面,角接触球轴承、圆锥滚子轴承

引用:凯利J,调查G和F佩普(2022)调查可能的显微组织申请滚动轴承。前面。Manuf抛光工艺。2:1012343。doi: 10.3389 / fmtec.2022.1012343

收到:2022年8月05;接受:2022年9月26日;
发表:2022年10月20日。

编辑:

这田,山东科技大学,中国

审核:

菲利普·g·Grutzmacher奥地利维也纳技术大学
罗伯特Tomkowski瑞典皇家理工学院,

*通信:约瑟芬凯利,kelley@imkt.uni-hannover.de

原始研究的文章

调查可能的显微组织申请滚动轴承

1介绍

1.1显微组织表面轴承的应用程序

1.2初步调查变形角接触球轴承

2应用圆锥滚子轴承

2.1圆锥滚子轴承法兰接触条件

2.2计算模型纹理的圆锥滚子轴承

2.3实验结果微结构化的圆锥滚子轴承

3结论

数据可用性声明

作者的贡献

资金

的利益冲突

出版商的注意

脚注

引用

4术语

本文是研究课题的一部分

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