Effect of Surface Texturing on Friction and Film Thickness under Starved Lubrication Conditions

Abstract

Tato disertační práce se zabývá vlivem mělkých mikro-textur na tření a tloušťku filmu v mazaných nekonformních kontaktech za extrémních podmínek a za podmínek hladovění kontaktu. Měření byla realizována na tribometru v konfiguraci ball-on-disk. Kontakt byl pozorován pomocí vysokorychlostní kamery. Pro stanovení součinitele tření byl využit snímač krouticího momentu. V této studii byly popsány dva typy mikrotextur – mikrovtisky a příčné mikrodrážky. Výsledky naznačují, že za podmínek hladovění vedou mikrovtisky ke snížení tření a to díky nárůstu tloušťky mazacího filmu. Mechanismus doplňování mikrovtisků čerstvým mazivem je pravděpodobně způsoben kapilárními jevy ve vstupní oblasti. Třecí plochy s příčnými mikrodrážkami, jejichž délka byla menší než průměr Hertzova kontaktu, potom obecně vykazovaly lepší tribologické parametry ve srovnání s hladkými povrchy. Příčné mikrodrážky vedly k výraznému nárůstu tloušťky mazacího filmu za podmínek hladovění i za extrémních provozních podmínek (protisměrný pohyb). Numerické simulace přechodových jevů příčných mikrodrážek ukázaly dobrou shodu s experimentálními výsledky.This PhD thesis focuses on studying the effects of shallow micro-textures on friction and film thickness of lubricated non-conformal contacts under extreme and starved conditions. Measurements were carried out using a ball-on-disc tribometer equipped with high speed camera and torque sensor. Two types of micro-textures have been assessed in this study, micro-dents and transverse micro-grooves. The results reveal that micro-dents are helpful in reducing friction under starved conditions due to the film thickness enhancement. The mechanism of filling the depleted micro-dents with fresh lubricant is probably attributed to the capillary effect in the inlet zone under starvation. On the other hand, the rubbing surfaces with transverse shallow micro-grooves with a length less than the diameter of the Hertzian contact have an improved tribological performance in comparison with smooth surfaces. Indeed, transverse shallow micro-grooves showed a significant enhancement of film thickness under starvation and under extreme operating condition (reverse motion). The numerical simulation of the transient behavior of transverse limited micro-grooves showed accepted agreement with experimental results.