Dizertační práce se zabývá mechanismy mazání v náhradách kyčelního kloubu. Byla provedena systematická studie formování proteinového filmu při zahrnutí různých materiálů a provozních podmínek. Hlavní pozornost je přitom věnována roli jednotlivých proteinů obsažených v synoviální kapalině při současné přítomnosti dalších proteinů. Jelikož metody aplikované v předchozích studiích neumožňovaly separovat jednotlivé složky maziva, byla vyvinuta optická měřící metoda na principu fluorescenční mikroskopie. Z důvodu verifikace metody byly provedeny dvě nezávislé studie zaměřené na měření tloušťky mazacího filmu a dělení maziva na výstupu mazaného kontaktu. Z důvodu určitých limitací fluorescenční mikroskopie byla dále využita i metoda optické interferometrie, jejíž využití je ilustrováno ve studii zabývající se formováním mazacího filmu v náhradách kyčelního klubu při uvažování reálné konformity třecích povrchů. Závěrečná část práce představuje nový metodologický přístup založený na in situ pozorování kontaktní oblasti umožňující popsat roli jednotlivých proteinů ve vztahu k vývoji tloušťky mazacího filmu. Práce obsahuje originální výsledky, které přináší nové poznání v oblasti biotribologie náhrad kyčelního kloubu vedoucí k dalšímu vývoji implantátů při snaze zabránit jejich selhání v důsledku omezené životnosti.

Thin polymer films and their properties have been investigated. The characteristics of crystalline polymers according to film thickness have been improved using polycaprolactone (PCL). The melting enthalpy of PCL has increased when the film thickness decreased and the peak melting temperature showed no significant changes with film thickness. Film thickness variation influenced surface roughness and crystal size. Optical microscope images showed the rougher surface of thicker films. The spinning time has shown no influence on film thickness and no significant changes to surface roughness. Thin films of block copolymers were used in the surface modification study; films studied included poly(styrene-b-butadiene-b-styrene) (SBS) and poly(styrene-b-isoprene-b-styrene) (SIS) and their surface modifications have been controlled using different methods of treatment. Films of SIS heated at different temperatures have shown different surface texture and roughness. Films treated at low temperature (45 °C) had smooth surfaces when compared with films heated at high temperature (120 °C and 160 °C). Phase separation of SIS heated at (120 °C and 160 °C) caused bulges of different sizes to cover the surface. The height and width of the bulges showed variation with film thickness and heating. Substrate interaction with SBS and SIS block copolymer films showed different surface texture when using the same type of substrate and different texture were obtained when SBS solutions were spun onto different substrates. It has been demonstrated that using different solvents in copolymer preparation caused different texture. Thermal and surface property variations with film thickness have been improved using amorphous polymers. Surface roughness of poly(methyl methacrylate) PMMA and disperse red 1-poly(methyl methacrylate) DR1-PMMA, PMMA has improved using thickness variation. Glass transition temperature measurement has increased when film thickness was increased. The glass transition temperature (Tg) and surface roughness of UV15 UV - curable coating polymer has been modified using UV curing and heating methods. Tg variation was observed when curing time and curing intensity were changed causing the optical properties of the polymer to be more variable. A plasma etcher caused wrinkles to occur on the surface of unheated UV15. Tg of UV15 increased when curing time increased. The Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) spectra of cured UV15 film have shown peak variations of the ester and carbon double bond regions over the range of 1850-1700 cm-1. Urethane-Urea (UU) Polymer thin films were used to investigate optical properties and develop an optical waveguide. Absorption and transmission properties of light using non-linear optical (NLO) polymer was investigated and used in optical waveguide fabrication. Refractive indices were measured to examine UU films at two different wavelengths. A UU film of 1 µm thickness caused a maximum absorption at max = 471 nm also obtained at 810 nm wavelength. Many methods of fabrication were used; photolithography, plasma etching in a barrel reactor and thin film deposition using sputtering and evaporation. Etched depths from 1 μm to 100 μm were obtained. An optical waveguide has been prepared using plasma etching of a cured UV15 as a cladding layer on a silicon substrate.

This diploma thesis deals with the study of film formation in compliant contact. Primary attention is dedicated to the influence of the entrainment speed and slide-to-roll ratio (SRR) on the central film thickness. Based on a research study of the available experimental methods, the fluorescence microscopy was used to achieve the aim of the work. Experiments were realized in ball-on-disk configuration. Firstly, a validation of the method was performed where the solid contact of the ceramic ball and the glass disk was analyzed. Since the measured values were in a good agreement with the theoretical prediction, a ball of NBR rubber material, which is commonly used for production of lip seals and o-rings, was subsequently used. The experimental measurements were performed under pure rolling and rolling/sliding conditions when the entrainment speeds varied in the range from 10 to 400 mm / s. A constant load of 0.2 N was applied. The measured data were then compared to the theoretical predictions for compliant contacts. The results showed that the thickness of the lubricating film gradually increases with increasing entrainment speed, which corresponds to theoretical assumption. Against expectations, evident influence of SRR on the film formation has been observed. In the last part of the thesis the measured data are confronted with previously published studies. Finally, some limitations of this study are discussed and recommendations for further improvement of the used experimental method are suggested.

Disertační práce se zabývá chováním a odezvou elastohydrodynamického (EHD) mazacího filmu za neustálených provozních podmínek. V úvodní části práce jsou shrnuty poznatky z oblasti EHD mazání; od jeho historie, přes základní mechanismy mazání a používané experimentální metody, až po nedávno publikované studie zaměřené na transientní podmínky. Hlavním cílem práce bylo experimentálně objasnit vliv provozních parametrů a reologických vlastností maziv na chování mazacího filmu v bodovém kontaktu při jeho nárazovém zatěžování a vystavení příčným vibracím. Za tímto účelem byla vyvinuta laboratorní zařízení umožňující měření rozložení mazacího filmu a tření za kontrolovaných nestacionárních podmínek. Experimenty odhalili zásadní roli přibližovacích a zatěžovacích rychlostí na formování stlačených mazacích filmů při nárazovém zatěžování. Výsledky byly srovnávány s nedávným teoretickým řešením. Bylo ukázáno na jeho nedostatky, jež byly následně odstraněny implementací empirických vztahů zohledňujících reologii maziv. V případě příčných vibrací byly nalezeny hranice selhání mazacího filmu a určeny vztahy popisující vliv příčných vibrací na centrální tloušťku filmu a její fluktuace jednotně pro všechny maziva. Závěrečná část práce poskytuje nový pohled na reologii maziv pomocí inovativního přístupu měření třecích reakcí maziva současně ve dvou směrech kontaktu za podmínek příčných vibrací. Tyto původní výsledky rozšiřují pochopení mechanizmů EHD mazání a mohou být použity k dokonalejším návrhům strojů, a vylepšit tak jejich účinnost, spolehlivost a životnost.

Tato disertační práce se zaměřuje na studium závislosti mezi reakčním momentem ložiska mazaného plastickým mazivem s lithným mýdlem a vlastnostmi maziva, jako například tloušťka vytvářeného mazacího filmu, jeho reologie, struktura zpevňovadla, trakční vlastnosti či vliv topografie povrchu. Typ maziva poskytujícího nižší odpor závisí na podmínkách provozu ložiska, zejména rychlosti. Chování mazacího filmu za nízkých rychlostí má vliv na reakční moment ložiska v nízkých rychlostech. Mez toku a trakční chování koreluje s momentem ložiska za vysokých rychlostí. Schopnost zpevňovadla vstupovat do kontaktu má vliv na tloušťku filmu, vzhled kavitační oblasti na výstupu kontaktu a chování hladovění. Důvod vstupu zpevňovadla do kontaktu je jeho chemická struktura. Vysoká polárnost hydroxylových sloučenin zpevňovadla podporuje jeho vtažení kontaktními povrchy. Mazivo s nejvyšší polaritou prokázalo na površích obsahujících denty nejčastější vstup do prostoru dentů. Na základě předchozích pozorování je navržen popis principu mechanismu mazání.

Tato diplomová práce pojednává o návrhu ložisek kompresoru. Za tímto účelem byl zakoupen speciální program JDynamic. Tento software poskytuje cenný přínos při navrhování kluzných ložisek a s tím spojených problémů. Programové výsledky reálného kompresoru jsou obsaženy v parametrické studii. Byl proveden test reálného kompresru. Modifikace kluzných ložisek byly zaměřeny na snížení ztrát.

The diploma thesis deals with the analysis of the effects surface texturing on starved contact. Experimental verification was realized on apparatus simulating contact between a steel ball and glass disc using colorimetric interferometry and high-speed camera. The work deals with lubrication regimes, problems with starved contacts and surface texturing which can reduce effects of starvation on non-conformal surface contacts.

This master’s thesis describes mechanism of lubricating film forming and its thickness in contact of a metal hip joint ball and a glass disc with chromium layer with presence of bovine serum as substitute of synovial fluid occured in a natural joint. Lubricating film thickness is evaluated by a thin film colorimetric interferometry, results are ploted at graphs representing dependence of lubricating film thickness on experiment duration or on mutual speed of articulating surfaces. There is described the influence of concentration of bovine serum and different kinematic conditions on lubricating film forming. From observed interferograms is apparent the adsorption of proteins to glass disc and femoral head surfaces, denaturation and formation of protein aggregations affecting the residual lubricating film thickness.

The diploma thesis deals with The study of transition between fully flooded and starved regimes in EHL Contact. The work is focused on problems of starved contact and surface texturing of rubbing surfaces. Surface texturing of rubbing surfaces is one of the adjustments that cause in a sense improved lubricity and reduce friction and wear. The aim of this study is to compare numerical models with real experimental results measured on the Experimental apparatus.

This work analyzes problems of friction and lubrication of total hip replacement (THR). At first, experimental study of friction coefficient under various conditions was conducted using hip joint simulator based on principle of pendulum. After that, lubrication film development was observed, using colorimetric interferometry with head from THR and glass cup with respect of geometry and clearance to cups made originally for THR. With respect to research study [25] it was found that increasing contact conformity leads to increased film thickness. Also protein adsorption on articulating surfaces was observed. Thanks to adsorption 80 nm film thickness was measured even if relative surface speed was zero. Furthermore protein aggregation was observed on the border of contact zone, similar aggregations were observed by Myant et al. [29] or Vrbka et al. [25]. These aggregations are formed when lubricant is under shear stress and it can positively affect film thickness. If the relative motion of articulating surfaces is not sufficient, the protein layer can`t be refreshed enough and film thickness start decreasing. Coefficient of friction 0,13 was measured when lubricating film development was observed. Close to this value are material combinations metal on polyethylene and metal on metal.