Reduced friction by ionic technology

Abstract

För att minska maskiners miljöpåverkan måste alla maskinkomponenter fungera mer effektivt tillsammans. Kullager är en grundläggande del av alla moderna maskiner, vilka möjliggör och underlättar maskindrift. Smörjfetter är en ofta förbisedd maskinkomponent. De är en väsentlig del av kullager och i förbättringen av dessa finns också den största potentialen för att förbättra kullagrens effektivitet. Att studera mekanismerna för hur friktion uppstår i fettsmorda lager är nödvändigt för att ytterligare förbättra effektiviteten och för att förstå hur olika komponenter i smörjfetter bidrar. Detta är en utmanande uppgift eftersom endast färdigformulerade kommersiella smörjfetter normalt sett finns tillgängliga, vilket gör det omöjligt att isolerat studera varje enskild komponents bidrag till friktionsprocessen. Svårigheten med att studera fettsmörjning ökar ytterligare på grund av komplexiteten i att mäta friktion i lagret. Metoder och standarder för att mäta effektivitet i ett fettsmort rullningslager är få och bristfälliga. Denna doktorsavhandling undersöker effekten av olika fettkomponenter, till exempel olika fettförtjockare och en icke-halogenerad jonisk flytande fetttillsats, på friktionsprestandan hos rullager som arbetar under förhållanden som är typiska för elmotorer. För att göra detta krävdes att en ny och robust experimentuppställning konstruerades med syftet att kontinuerligt mäta friktionsmoment från ett rullande lager under längre perioder. En utvärdering av olika fettkomponenters roll i processen för friktionsgenerering blev därmed möjlig. Först studerades effekten av en ökande eller minskande hastighetsprofil under ältningsfasen hos fetter med olika förtjock\-ningsmedel. Att använda en ökande hastighetsprofil gav minst påverkan på fetternas egenskaper. I den andra och tredje studien studerades effekten av olika förtjockningsmedel på smörjprestanda under konstanta förhållanden under den så kallade blödningsfasen. Polypropylenfett minskade energiförbrukningen för det fettsmorda lagret i jämförelse med litiumkomplexfett. Ett modifierat polypropylenfett, med återvunnen polypropylen i förtjockningsmedlet, utvärdera\-des också. Experimenten med fettet innehållande återvunnen polypropylen avslutades framgångsrikt utan spår av lagerskador och med ett friktionsmoment som låg mellan litiumkomplex- och polypropylenfettet. Detta representerar en milstolpe i utvecklingen av fetter med återvunnet material. En fjärde studie utvärderade effekterna av tre olika förtjockningsmedel (litiumkomplex, polyurea (diurea) och polypropylen) gällande smörjprestanda och energibesparingspotential under långvariga transienta och variabla hastighetsförhållanden, typiska för elmotorer i batteridrivna elfordon. Från analysen av friktionsmoment blir slutsatsen att förtjockaren påverkar friktionsmomentet genom dynamisk blödning och att friktionsmomentet under både stationära och transienta hastighetsförhållanden till övervägande del styrs av rullfriktion. I den femte studien resulterade tillsatsen av en icke-halogenerad jonisk vätska till ett litiumkomplexfett i en drastisk minskning av energiförlusten med 45%. Genomförbarheten och potentialen för att använda detta nya fett under e-motortillstånd diskuteras. Slutligen uppskattades det totala miljöavtrycket (kg CO2-eq) för ett fettsmort lagersystem (produktion av fett och lager tillsammans med energiförbrukning under en typisk livslängd). En mer optimal design av smörjfett vilket minskar friktionsmoment och de kopplade energiförlusterna säkerställer att den största effekten på utsläpp av CO2-ekvivalenter kan uppnås.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-351154