بررسی اثر لغزش سیال در روانکاری الاستوهیدرودینامیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• جواد شریفی یلمه
• امیر ترابی

گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

10.22067/jacsm.2024.84427.1203

چکیده

شرط عدم لغزش از جمله شرایط پذیرفته شده در کاربردهای معمول حرکت سیالات است. در برخی موارد خاص این فرض به چالش کشیده می شود. وقتی سرعت و فشار بالایی در بخشی از جریان نزدیک سطح اتفاق افتد مانند روان کاری سطوح ناهمدیس احتمال بروز لغزش روی سطح وجود دارد. در این مطالعه، اثر لغزش سیال روی سطح در روان‌کاری الاستوهیدرودینامیک، به صورت عددی بررسی شده‌است. مدلی عددی بر اساس معادلات حاکم بر جریان سیال روان‌کار و با فرض نیوتنی بودن سیال و همدما بودن جریان در هندسه‌ای شامل یک سطح استوانه ای بالایی و سطح مسطح پایینی استخراج و به شیوه‌ی تفاضل محدود گسسته سازی و با روش حداقل مربعات حلی گردید. در بررسی‌ها علاوه بر اثبات وجود لغزش، اثر آن به ازای مقادیر گوناگون پارامترهای مسئله نظیر سرعت سطوح، میزان بار، نسبت سرعت سطوح و تنش برشی حدی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش سرعت و بار لغزش قابل ملاحظه ای اتفاق می افتد و شرط عدم لغزش باعث انحراف 20 تا 90 درصدی در تخمین ضریب اصطکاک می شود . در نسبت سرعت سطوح برابر میزان لغزش بیشتر بوده و با بالا رفتن تنش برشی حدی وقوع لغزش محدودتر می‌شود. لغزش باعث کاهش اصطکاک روان کاری می شود.

کلیدواژه‌ها

• روانکاری
• الاستوهیدرودینامیک
• لغزش
• اصطکاک
• مدل سازی
• معادله رینولدز

موضوعات

• مکانیک سیالات

---

عنوان مقاله [English]

Investigation of Slip Condition in the Elastohydrodynamic Lubrication

نویسندگان [English]

• Javad Sharifi Yalameh
• Amir Torabi

Faculty of Engineering and Technology, Shahrekord University, Shahrekord, Iran.

چکیده [English]

The non-slip condition is one of the acknowledged conditions in the common fluid dynamic applications. In some specific cases, this assumption is challenged. When high speed and pressure occur in a part of the flow near the surface, such as in the lubrication of non-conformal surfaces, there is a possibility of slippage on the surface. In this study, the effect of fluid slipping on the surface in elastohydrodynamic lubrication has been numerically investigated. A numerical model was derived based on the equations governing the flow of the lubricating fluid and with the assumption that the fluid is Newtonian and the flow is isothermal. The geometry includes an upper long cylindrical surface and a lower flat surface. The equations were discretized by the finite difference method and solved by the least squares method. In this investigation, in addition to proving the existence of slip, its effect was considered for various values of problem parameters, such as the speed of the surfaces, load, the ratio of the speed of the surfaces, and the limit shear stress. The results showed that with the increase in speed and load, a significant slip occurs and the no-slip condition causes a deviation of 20% till 90% in the estimation of the friction coefficient. At the speed ratio near one, the slippage is higher. As the shear stress increases, the occurrence of sliding becomes more limited. Slipping reduces the friction of lubrication.

کلیدواژه‌ها [English]

• Lubrication
• Elastohydrodynamic
• Slip condition
• Friction
• Modeling
• Reynolds equation

مراجع

[1] M. Kaneta, H. Nishikawa, and K. Kameishi, “Observation of Wall Slip in Elastohydrodynamic Lubrication”, ASME. Journal of Tribology, vol. 112, no. 3, pp. 447–452, (1990). https://doi.org/10.1115/1.2920280

[2] P.L. Wong, X. M. Li and F. Guo, “Evidence of lubricant slip on steel surface in EHL contact”, Tribology International, vol. 61, pp. 116-119, (2013).‏ https://doi.org/10.1016/j.triboint.2012.12.009

[3] A. Ponjavic, J.S. Wong, “The effect of boundary slip on elastohydrodynamic lubrication”, RSC Advances, vol. 4, no. 40, pp. 20821-20829, (2014).‏ https://doi.org/10.1039/C4RA01714E

[4] L. Guo, P. L. Wong and F. Guo, “Correlation of contact angle hysteresis and hydrodynamic lubrication”, Tribology Letters, vol. 58, pp. 1-9, (2015).‏ https://doi.org/10.1007/s11249-015-0518-1

[5] X. Jin, J. Wang, Y. Han, N. Sun and J. Zhu, “Discrepancy in oil film distribution observed in ZEV reciprocating motion”, Industrial Lubrication and Tribology, vol. 73, no. 1 pp.177-189, (2021).‏ https://doi.org/10.1108/ILT-01-2020-0021

[6] M. Kalin, M. Kus, “New strategy for reducing the EHL friction in steel contacts using additive-formed oleophobic boundary films”, Friction, vol. 9, pp.1346-1360, (2021).‏ https://doi.org/10.1007/s40544-020-0403-2

[7] Y. Zhang, S. Wen, “An analysis of elastohydrodynamic lubrication with limiting shear stress: part I—theory and solutions”, Tribology Transactions, vol. 45, no. 2, pp.135-144, (2002). https://doi.org/10.1080/10402000208982532

[8] F. Aurelian, M. Patrick and H. Mohamed, “Wall slip effects in (elasto) hydrodynamic journal bearings”, Tribology International, vol. 44, no. 7-8, pp.868-877, (2011).  https://doi.org/10.1016/j.triboint.2011.03.003

[9] Q.D. Chen, H.C. Jao, L.M. Chu, W.L. Li, “Effects of anisotropic slip on the elastohydrodynamic lubrication of circular contacts”, Journal of Tribology, vol. 138, no. 3, pp. 031502, (2016). https://doi.org/10.1115/1.4031991

[10] Y. Zhao, P.L. Wong, L. Guo, “Linear complementarity solution of 2D boundary slip EHL contact”, Tribology International, vol. 145, pp.106178, (2020). https://doi.org/10.1016/j.triboint.2020.106178

[11] B.W. Sun, L. Chen, L. Guo, W. Wang and P.L. Wong, “Experimental evidence on the enhancement of bearing load capacity by localised boundary slip effect”, Tribology Letters, vol. 69, pp. 1-8, (2021).‏ https://doi.org/10.1007/s11249-021-01434-w

[12] B.J. Hamrock, S.R. Schmid and B.O. Jacobson, Fundamentals of Fluid Film Lubrication, 2nd Edition, CRC Press, (2004). https://doi.org/10.1201/9780203021187

[13] B.O. Jacobson, Elasto-Solidifying Lubrication of Spherical Surfaces, Lund Technical University, (1972).

[14] B.O. Jacobson, ‘‘On the Lubrication of Heavily Loaded Cylindrical Surfaces Considering Surface Deformations and Solidification of the Lubricant,’’ ASME Paper, no. 72-Lub-44, pp. 321-327, (1973). https://doi.org/10.1115/1.3451818

[15] D. Dowson, G.R. Higginson, Elastohydrodynamic Lubrication, The Fundamentals of Roller and Gear Lubrication, Pergamon Press, Oxford, Great Britain, (1966).

 [16] S. Yasutomi, S. Bair and W. O. Winer “An application of a free volume model to lubricant rheology I—dependence of viscosity on temperature and pressure”, JASME Journal of Lubrication Technology, vol. 106, no. 2, pp. 291–303, (1984). https://doi.org/10.1115/1.3260907

 [17] J. Stahl, B.O. Jacobson, “A lubricant model considering wall-slip in EHL line contacts”, Journal of Tribology, vol. 125, no. 3, pp. 523-532, (2003). https://doi.org/10.1115/1.1537750

 [18] B.O. Jacobson, B.J. Hamrock, “Non-Newtonian fluid model incorporated into elastohydrodynamic lubrication of rectangular contacts”, In Joint Lubrication Conference, United States, no. E-1396, October 18-20, (1983). https://doi.org/10.1115/1.3260901

[19] R.T. Lee, B.J. Hamrock, “A circular non-Newtonian fluid model: Part I—used in elastohydrodynamic lubrication”, ASME Journal of Tribology Transaction, vol. 112, pp. 486–495, (1990).‏‏ https://doi.org/10.1115/1.2920285