Influence of surface roughness on rolling contact fatigue considering thermal elastohydrodynamic lubrication effects

Due to Corona it is not possible to attend this defense in person, instead attend via this link: https://play.kth.se/media/0_omfsppe6

Tid: Ti 2020-03-24 kl 10.00

Plats: Live streaming, Stockholm (Swedish)

Ämnesområde: Hållfasthetslära

Respondent: Carl-Magnus Everitt , Hållfasthetslära (Avd.), KTH - Royal institute of technology

Opponent: Professor Andreas Almqvist, Luleå Tekniska Universitet

Handledare: Bo Alfredsson, Hållfasthetslära (Avd.)

Abstract

Många tekniska produkter med rörliga delar innehåller rullande kontakter, främst i form av lager och kugghjul. De rullande kontakter som belastas med väldigt höga tryck kan gå sönder på grund av rullande kontaktutmattning. Detta arbete fokuserar på de mekanismer vilka startar ytinitierad rullande kontaktutmattning som kallas pitting eller spalling. Vid provning av en lastbilsretarder upptäcktes att det uppkom många ytinitierade pittingskador på kugghjulständerna. Detaljerade simuleringar har utförts av kontakten mellan dessa tänder för att förklara varför skadorna uppkom. Då kontakterna var smorda och högt belastade krävs det att simuleringarna kopplar samman beräkningar av både oljan och kuggtänderna. Detta gjordes i en egenutvecklad kod vilken även tog hänsyn till värmeutvecklingen i kontakten, en så kalla termisk elastohydrodynamisk kod.

I artikel A-C presenteras detaljerade numeriska analyser av Findleys utmattningsvilkor. Först presenteras resultat för olika grova ytor i artikel A. Där visas att ytojämnheten, tillsammans med glidriktningen, var tillräckligt för att förklara varför skadorna främst initierades nere i dedendum. I Artikel B presenteras simuleringar av enskilda asperiter och visar på olika fenomen som kan förklara varför den negativa glidningen i dedendum var skadligare än positive glidning. Simuleringar av lastförhållandena vid rull linjen presenteras i Artikel C. Här visas att asperiter kan orsaka utmattningsskador även under dessa förhållanden, vilket stämmer överens med experimenten av lastbilsretardern. Undersökningen gick även in på effekten av olika förhållanden så som global last, val av olja och storlek på asperiterna.

I Artikel D presenteras en metod för att tillverka väldefinierade artificiella asperiter i ytan på rullar. Metoden utvecklades för att möjliggöra experimentella utmattningsstudier av asperiter. De asperiter som skapades var tillräckligt starka för att överleva 35 miljoner cykler.

I Artikel E presenteras en experimentell och numerisk undersökning av artificiella asperiter. Experimenten visade att de uppkom mikrometerstora pits på framkanten av de högre asperiterna. Simuleringarna visade att det i detta område fanns höga restspänningar vilka uppkom på grund av inkörningen. De testade intrycken initierade istället sprickor strax bakom sin bakre del. Den numeriska analysen visade att de efterföljande elastohydrodynamiska lasterna orsakade höga dragspänningar i detta område. Slutsatsen var således att de mikrometerstora pits som uppkom på asperiterna orsakades av restspänningar från inkörningen medan sprickorna efter groparna orsakades av de upprepade elastohydrodynamiska lasterna.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-268931