Povrch ložiska nemusí být dokonale hladký, aby dobře mazal. Výzkum ukazuje, že správně navržené mikroskopické prohlubně mohou za určitých podmínek zlepšit chování mazacího filmu.
Kristian Tønder proto pomocí počítačového modelu zkoumal, jak pravidelná textura povrchu ovlivňuje tření, tuhost a tlumení u hydrodynamických kluzných ložisek.
Co přesně vědec zkoumal?
Studie se zaměřila na hydrodynamická kluzná ložiska. U tohoto typu mazání jsou pohybující se plochy oddělené vrstvou kapalného maziva.
Autor porovnával dvě varianty povrchu:
- běžnou hladkou ložiskovou plochu,
- plochu pokrytou pravidelnými mikroskopickými prohlubněmi.
Nešlo o fyzický laboratorní test. Výsledky byly získány pomocí numerické simulace založené na Reynoldsově rovnici, která se používá k popisu chování tenké vrstvy maziva mezi pohybujícími se povrchy.
Jednoduše řečeno: počítačový model počítal, jak by se vrstva maziva chovala na hladkém povrchu a jak na povrchu s tisíci malými důlky.
Mohou mikroprohlubně skutečně snížit tření?
Ano – ale pouze při vhodně zvolené geometrii textury.
U mělkých mikroprohlubní nejprve součinitel tření klesal. S další rostoucí hloubkou se ale trend obrátil a součinitel tření začal znovu růst.
Výsledek ukazuje, že existuje určitý kompromis. Správně navržené prohlubně mohou pomoci, příliš výrazná textura však může výhodu postupně ztrácet.
Důvodem je mimo jiné schopnost jednotlivých prohlubní zadržovat mazivo a ovlivňovat tlak vznikající v mazacím filmu.
Co se dělo s mazacím filmem?
S rostoucí intenzitou textury model obecně ukazoval vyšší tuhost mazacího filmu.
Tuhost zde jednoduše vyjadřuje, jak silně mazací film reaguje na změnu vzdálenosti mezi oběma plochami. Vyšší tuhost může znamenat, že film dokáže lépe reagovat na zatížení.
Tlumení se naopak měnilo jen málo. U velmi hlubokých prohlubní mělo spíše mírně klesající tendenci.
Co z toho plyne pro ložiska a mazání v praxi?
Studie ukazuje důležitou věc: mazání neurčuje pouze samotný olej.
Výsledné tření a chování mazacího filmu ovlivňuje také geometrie povrchů, mezi kterými se mazivo nachází.
U hydrodynamických ložisek proto může vhodně navržená mikrotextura pomoci udržovat mazivo v kontaktu a měnit tlakové poměry uvnitř mazacího filmu.
To je relevantní například pro konstrukci kluzných ložisek a dalších mazaných strojních součástí, kde se řeší tření, nosnost a stabilita mazacího filmu.
Co tato studie naopak nedokazuje?
- Nešlo o laboratorní experiment, ale o numerickou simulaci.
- Studie netestovala konkrétní motorový, hydraulický ani průmyslový olej.
- Model předpokládal mazivo s konstantní viskozitou a hustotou.
- Výsledky se týkají konkrétního typu hydrodynamického kluzného ložiska.
- Textura v modelu pokrývala celý povrch ložiska, což podle autora není běžná konstrukční praxe.
- Ze studie nelze tvrdit, že mikroprohlubně vždy sníží tření v každém ložisku.
Jaký je hlavní závěr studie?
Numerická studie ukázala, že vhodně navržené mikroprohlubně mohou zlepšit hydrodynamické mazání kluzného ložiska.
U mírné až střední textury bylo možné dosáhnout nižšího součinitele tření a současně vyšší tuhosti mazacího filmu. Příliš výrazná textura však už tuto výhodu nemusela zachovat.
Nejzajímavější praktická myšlenka je jednoduchá: vlastnosti mazacího systému neurčuje jen použitý olej, ale také tvar a struktura povrchů, mezi kterými olej pracuje.