Many tribological components in automobile engine undergo high load and sliding speed with thin film thickness. The lubrication characteristics of the components are regarded as ether hydrodynamic lubrication or boundary lubrication, whereas in a working cycle they actually have both characteristics. Many modem engine lubricants have various additives for better performance which make boundary film formation even under hydrodynamic lubrication regime. Conventional Reynolds equation with the viewpoints of continuum mechanics concerns only bulk viscosity of lubricant, which means that its simulation does not give insights on boundary lubrication characteristics. However, many additives of modern engine lubricant provide mixed modes of boundary lubrication characteristics and hydrodynamic lubrication. Especially, high molecular weight polymeric viscosity index improvers form boundary film on the solid surface and cause non-Newtonian fluid effect of shear thinning. This study has performed the investigation about journal bearing system with the mixed concepts of boundary lubrication and hydrodynamic lubrication which happen concurrently in many engine components under the condition of viscosity index improver added.
This paper presents a wear analysis procedure for calculating the wear of journal bearings during the start-up and coast-down cycles of a motoring stripped-down single cylinder engine operating with a tilted shaft. In order to decide whether the lubrication state of a journal bearing is in the mixed-elasto-hydrodynamic lubrication regime, we utilize lift-off speed and MOFT (most oil film thickness) under mixed-elasto-hydrodynamic lubrication regime at the corresponding aligned shaft. We formulate an equation for the modified film thickness in a misaligned journal bearing considering the additional wear volume described in Part I of this study. For this, we use the calculation results of the degree of misalignment and tilting angle obtained after finding the eccentricities of the two bearings supporting the crankshaft of a single cylinder engine. In this Part II, we calculate the wear of journal bearings using the fractional film defect coefficient, the asperity load sharing factor, and the modified specific wear rate for the application of mixed-elasto-hydrodynamic lubrication regime. We show that the accumulated wear volume after turning the ignition switch on and off once, increases to ${\sigma}=39{\mu}m$ and then decreases from ${\sigma}=39{\mu}m$ with increasing in surface roughness.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.2
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pp.188-193
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2005
Surface texturing of tribological application is another attractive technology of friction reducing. Also, reduction of friction is therefore considered to be a necessary requirement for improved efficiency of machine. In this paper attempts to investigate the effect of density for micro-scale dimple pattern on bearing steel flat mated with pin-on-disk. We demonstrated the lubrication mechanism for a Stribeck curve, which has a relationship between the friction coefficient and a dimensionless parameter for lubrication condition. It is found that friction coefficient is depended on the density of surface pattern. It was thus verified that micro-scale dimple could affect the friction reduction considerably under mixed and hydrodynamic lubrication conditions from based on friction map. Lubrication condition regime has an influence on the friction coefficient induced the density of micro dimple.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.5
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pp.114-120
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2000
Friction forces of piston rings for a typical SI engine were independently measured while excluding the effects of cylinder pressure, oil starvation and piston secondary motion using a floating liner system. Friction patterns, represented by the measured friction forces, were classified into five frictional modes with regard to the combination of predominant lubrication regimes(boundary, mixed and hydrodynamic lubrication) and stroke regions(mid-stroke and dead centers). The modes were identified on the Stribeck diagram of the dimensionless bearing parameter and friction coefficients which were evaluated at the mid-stroke and at the dead centers. And the frictional modes were estimated to the full operation range. The compression rings behave in the mode where hydrodynamic lubrication is dominant at the mid-stroke and mixed lubrication is dominant at the dead centers under steady operating conditions. However, the oil control ring behave in the mode where mixed lubrication is dominant throughout the entire stroke.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.3
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pp.349-356
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2003
The aim of this paper is to investigate the friction characteristics of piston assembly. The friction of piston assembly is composed of ring pack and skirt friction. In this paper, the theoretical models of piston ring pack and piston skirt were presented. The mixed lubrication theory was considered to calculate friction force of piston ring and skirt. from the results, most of friction in piston assembly occurred at the piston ring park. The piston assembly usually showed hydrodynamic lubrication characteristics. but the top and bottom dead centers showed mixed lubrication characteristics. The piston skirt was much affected by radial clearance and load, but ring was significantly influenced by ring tension.
The surface texture produced via surface texturing is an important approach for controlling the tribological behavior of friction behavior of mechanical devices. The purpose of this study is to investigate the effect of grooves generated via ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) technology on the tribological performance of AISI 4150 steel against stainless steel 316L. In the study, tribological tests are performed under two different regimes, namely mixed and hydrodynamic lubrication, by varying the applied normal load and reciprocating speed during the tests. According to the test results, the friction coefficient decreases as static load (10 N, 30 N, and 50 N) of UNSM technology increases in the mixed lubrication regime. Conversely, the friction coefficient increases as the static load (10 N, 30 N, and 50 N) of UNSM technology increases in the hydrodynamic lubrication regime. Hence, the results indicate that micro-grooves generate hydrodynamic pressure in the outlet, which increases the oil film thickness between the two mating surfaces. This potentially leads to a reduction in friction in the mixed lubrication regime due to the prevention of contact of asperities and debris. However, the results indicate an adverse effect in the hydrodynamic lubrication regime. In this regard, additional experiments should be performed to investigate the effect of grooves generated by UNSM technology at varying conditions on the friction behavior of AISI 4150 steel, which in turn can be controlled by the generated pressure and oil film thickness at the contact interface.
This paper reports on the mixed lubrication characteristics between the cam and the tappet contact surface of direct acting type valve train systems. First, the dynamic characteristics are solved by using the lumped mass method to determine the load conditions at the contact point. Then, the minimum oil film thickness is calculated with consideration of elastohydrodynamic line contact theory and the friction force is obtained by using the mixed lubrication model which separates the hydrodynamic and the boundary friction. Finally, the average surface temperatures are calculated by using the flash temperature theory. The results show that, there are some peaks in the friction force due to the asperity contact friction, and flash temperature at the position of minimum oil film thickness. It is thought that there is a relationship between the surface temperature and cam surface wear, and therefore, the analysis on the worn cam profile has been performed.
Kim, Ji-Young;Kim, Jee-Woon;Cho, Myung-Rae;Han, Dong-Chul
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.16
no.4
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pp.468-475
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2002
This paper reports on the friction characteristics of a piston ring pack with consideration of mixed lubrication. The analytical model is presented by using the average flow antral asperity contact model. The effect of operating condition, and design parameters on the MOFT, maximum friction force, and mean frictional power loss are investigated. Piston ring prick shows mixed and hydrodynamic lubrication characteristics. From the predicted results, it was fand that the ring tension and height of surface roughness have great influence on the frictional power losses in a ring pack. Especially, ring tension is a dominant factor for the reduction of friction loss and maintenance of oil film thickness.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2000.06a
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pp.134-141
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2000
The real area of contacts, average film thickness, mean real pressure, and mean hydrodynamic pressure are investigated numerically in this study, especially for the parallel thrust bearing. Model surface is generated numerically with given autocorrelation function and some surface profile parameters. Then the average Reynolds equation contained flow factors and contact factor is applied to predict the effects of surface roughness in mixed lubrication regimes. In this equation, flow factors are defined as correction terms to smooth out high frequency surface roughness and contact factor is introduced to relieve from obtaining the average film thickness. Therefore the computation time to obtain h can be reduced.
Surface texturing of tribological applications is an attractive technology of engineered surface. Therefore, reduction of friction is considered to be necessary for improved efficiency of machines. The current study investigated the potential of textured micro-scale grooves on bearing steel flat mated with pin-on-disk. We discuss reducing friction due to the influence of sliding direction at surface pattern. We can indicate lubrication mechanism as a Stribeck curve, which has a relationship between the friction coefficient and a dimensionless parameter for the lubrication condition. It was found that the friction coefficient was changed by the surface pattern and sliding direction, even when surface pattern was the same. It was thus verified that micro-scale grooves could affect the friction reduction considerably under mixed and hydrodynamic lubrication conditions. The lubrication regime influences the friction coefficient induced by the sliding direction of groove pattern. The friction coefficient depends on a combination of resistance force and hydrodynamic.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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