About the influence of the fluid quantity on the Contact mechanics in lubricated systems
| Autor: | Stahl, Lukas |
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| Přispěvatelé: | Müller, Michael, Herrmann, Christoph |
| Jazyk: | němčina |
| Rok vydání: | 2022 |
| Předmět: | |
| Popis: | Bei geschmierten Systemen gibt es verschiedene Betriebszustände, bei denen das Angebot an Schmierstoff eingeschränkt sein kann, wie zum Beispiel Leerlauf oder Ausfall der Ölversorgung. Es kommt zu Mangelschmierung und Teilfüllung, die makroskopisch im gesamten System oder auch nur lokal auftreten können. Diese Betriebszustände können für die Zuverlässigkeit kritisch sein. Die vorliegende Arbeit widmet sich insbesondere der Fragestellung, welchen Einfluss die Fluidmenge selbst in diesen Reibregimen hat und wie die Fluidmenge den Übergang von der Trockenreibung zur hydrodynamischen Reibung steuert. In der konventionellen Betrachtungsweise, wie zum Beispiel der Stribeck-Kurve, wird die Fluidmenge nicht als Einflussgröße aufgeführt, obwohl die Stribeck-Kurve genau diesen Übergang abbildet. Für die Behandlung dieser Fragestellung werden Versuche mit zwei Tribometern auf unterschiedlichen Größenskalen und Simulationen mit einem neuartigen Modell durchgeführt, welches für teilgefüllte Spalte und Festkörperkontakte geeignet ist. Der Fokus dieser Studien liegt auf der Analyse der tribologischen und kontaktmechanischen Eigenschaften der untersuchten Reibszenarien und der Beschreibung des expliziten Fluidflusses. Bei den Experimenten zeigt sich, dass bereits Kleinstmengen an Fluid die Reibzahl erheblich reduzieren und dass komplexe Wechselwirkungen mit anderen Parametern, wie der Topographie, der Relativgeschwindigkeit und der Normalkraft, existieren. Bei vielen Reibszenarien steigt die Reibzahl im Bereich der Vollfüllung mit steigendem Füllgrad an. Im Sinne eines optimierten Lasttrageverhaltens kann das Reibsystem also auch zu viel Fluid enthalten. Bei den Versuchen mit Beobachtung der Kontaktzone können ausgeprägte Flussmuster identifiziert werden, die sich bestimmten Reibregimen zuordnen lassen. Die Experimente werden darüber hinaus anhand von Kennzahlen miteinander verglichen. Die Reibkörper der Experimente werden topographisch vermessen und in den Simulationen als Reibgeometrie verwendet. So wird das jeweilige Reibszenario präzise nachgebildet. Die Simulationsergebnisse zeigen qualitativ ähnliche Reibcharakteristiken wie die Experimente, ermöglichen vertiefte Analysen des Spalts und der Fluidverteilung und können einen breiteren Parameterbereich abdecken. Die Absolutwerte der Reibkennwerte liegen allerdings bei einigen Szenarien auseinander. Abschließend wird daher bewertet, inwieweit die Wahl von repräsentativen Ausschnitten das Simulationsergebnis beeinflusst und welchen Einfluss lokale Kleinstmengen an Fluid auf das Reibverhalten des Gesamtsystems haben. In lubricated systems, there are various operating conditions in which the supply of lubricant may be limited, such as idling or failure of the oil supply. Lack of lubrication and partial filling occur, which can be macroscopic in the entire system or only local. These operating conditions can be critical for reliability. The present work is devoted in particular to the question of what influence the fluid quantity itself has in these friction regimes and how the fluid quantity controls the transition from dry friction to hydrodynamic friction. In the conventional approach, such as the Stribeck curve, the fluid quantity is not listed as an influencing variable, although the Stribeck curve depicts precisely this transition. To address this issue, experiments with two tribometers on different size scales and simulations with a novel model suitable for partially filled gaps and solid contacts are carried out. The focus of these studies is on the analysis of the tribological and contact mechanical properties of the investigated friction scenarios and the description of the explicit fluid flow. The experiments show that even the smallest amounts of fluid significantly reduce the coefficient of friction and that complex interactions exist with other parameters, such as the topography, the relative velocity and the normal force. In many friction scenarios, the coefficient of friction increases in the hydrodynamic friction regime as the filling level increases. In terms of optimised load-bearing behaviour, the friction system can therefore also contain too much fluid. In the experiments with observation of the contact zone, distinctive flow patterns can be identified that can be assigned to specific friction regimes. The experiments are also compared with each other using key figures. The friction bodies of the experiments are measured topographically and used as a friction geometry in the simulations. In this way, the respective friction scenario is precisely simulated. The simulation results show qualitatively similar friction characteristics as the experiments, allow in-depth analyses of the gap and fluid distribution and can cover a wider parameter range. However, the absolute values of the friction characteristics differ for some scenarios. In conclusion, it is therefore evaluated to what extent the choice of representative domains influences the simulation result and what influence local minute amounts of fluid have on the friction behaviour of the overall system. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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