Zugl.: Magdeburg, Univ., Diss., 2009

Rolling contacts are utilized in many technical applications, both in bearings and in the contact between gear teeth. These components are often highly loaded, which makes them susceptible to suffer from rolling contact fatigue. This work focuses on the rolling contact fatigue mechanism of pitting. In order to attain a better understanding of why pitting initiates and grows, detailed simulations of rolling contacts have been performed. In particular the contact between two gears in a truck retarder was here used as a case study. The investigated contact experienced elastohydrodynamic lubrication conditions since the load was high enough to causes the surfaces in contact to deform and the viscosity of the lubricant to increase significantly. In Paper A it was investigated if surface irregularities in the size of the surface roughness are large enough to cause surface initiated fatigue. The investigation focused on the pitch line since small surface initiated pits were found here even though there was no slip present. Since there were pits present at the pitch line, it is important that the theories of pitting can explain the development of pits also in the absence of slip. The conclusion of the work was that surface irregularities of the size of normal surface roughness are enough to cause surface initiated fatigue at the pitch line. In Paper B it was investigated why pits are more likely to initiate in the dedendum of pinion gears than in the addendum. In both areas slip is present but in different directions. In the dedendum the friction from slip is against the rolling direction which enhances the risk for pitting. The investigation was performed by studying the effect of the temperature rise in the contact caused by the slip. The conclusion drawn was that the temperature rise in the contact explained why pitting was more common in the dedendum than in the addendum. / Rullande kontakter förekommer i många applikationer, till exempel i lager och mellan kugghjulständer. Både lager och kugghjul utsätts ofta för höga laster vilket gör att dess ytor löper stor risk att utmattas, vilket kallas rullande kontaktutmattning. Denna studie fokuserar på pitting, även kallat spalling, vilket är en typ av rullande kontaktutmattning där en utmattninsspricka växer fram som får delar av ytan att ramla av. För att få en bättre förståelse varför pittingskador uppkommer har noggranna simuleringar utförts av rullande kontakter. Kontakten mellan två tänder på kugghjul i en lastbilsretarder har används som underlag då många pittingskador påträffats på dem.  För att minska friktionen och nötningen i kontakten mellan kuggtänderna användes smörjmedel. De höga lasterna lastbilsretardern utsattes för deformerade kuggarnas ytor elastiskt samtidigt de kraftigt ökade viskositeten hos smörjmedlet. Dessa förhållanden gör att kontakten kallas för elastohydrodynamiskt smord, vilket på engelska förkortas till EHL. I Artikel A undersöktes om små ytojämnheter kan orsaka ytinitierade pittingskador. Eftersom skadan påträffats i friktionslösa kontakter, så som vid rullcirkeln på de undersökta kugghjulen, är det viktigt att teorierna som förklarar uppkomsten inte är beroende av friktion. Undersökningen fokuserade därför på förhållandena vid rullcirkeln.  Slutsatsen från arbetet var att små ytojämnheter, av samma storleksordning som ytojämnheterna på de undersökta kugghjulen, är tillräckligt stora för att orsaka utmattningsskador. I Artikel B undersöktes varför det är vanligare att pitts initieras i dedendum än addendum på drivande kugghjul. Kontakten på båda sidorna om rullcirkeln slirar svagt åt olika håll. Att kontakten slirar skapar friktion som är motriktad rullriktningen i dedendum vilket ökar risken för pittingskador. För att undersöka varför dessa förhållanden ökar risken för skador fördjupades analysen av kontakten genom att inkludera temperaturfältet. Simuleringarna visade att temperaturen ökar genom kontakten vilket orsakar en asymmetrisk spänningsfördelning. Denna asymmetriska spänningsfördelning gör att ytojämnheter i dedendum är troligare att orsaka skador än ytojämnheter i addendum. / <p>QC 20180213</p>

Journal bearings are being used in various locations of an internal combustion engine. They contribute to a large portion of total engine friction and lowering it means a significant contribution to CO2 reduction. Operating under heavy loads, journal bearings are often subject to mixed regime of lubrication where a part of bearing load is carried by asperities. This necessitates accurate modelling of asperities contact in order to get more realistic predication of friction losses in journal bearings contact. The evaluation method at Scania couples 3D confocal measurement of bearings’ surface roughness to a Multi-body Dynamic Analysis of journal bearings lubrication utilizing AVL EXCITE. During running-in, asperity peaks are reduced due to wear caused by metal-to-metal contact resulting in change of bearing surface profile and different contact zones in axial and circumferential direction. The aim of this thesis is to include these different contact zones and run-in wear profile of the bearing to the existing evaluation method at Scania to simulate run-in effects more precisely. Surface measurements were made on a run-in big end bearing surface at edges, center and region after oil hole. From these measurements, using the existing Local Scale Model at Scania, asperity pressure curve and flow factors were obtained, which were used to perform AVL EXCITE big end bearing simulations with multiple surface contact patches. The results show that the inclusion of multiple surface patches and run-in wear profile lead to a significant change in distribution and also magnitude of bearing performance parameters e.g. pressure, friction losses, clearance height. / Glidlager är en av de mest använda komponenterna i motorer. De bidrar till en stor del av motorns totala friktion och en minskning av denna bidrar i hög grad till minskade utsläpp av CO2. Glidlager som arbetar under hög last utsätts ofta för blandfilmssmörjning där en del av lasten bärs av mekanisk kontakt mellan ytornas asperiteter. Detta kräver en noggrann modellering av asperitetskontakter för att få en realistisk prediktion av friktionsförluster i glidlager.Utvärderingsmetoden på Scania kopplar ihop 3D-mätning av lagrets ytfinhet i ett konfokalmikroskåp med en dynamisk tribologiberäkning i MBS-programvaran (Multi Body Simulation) AVL Excite.Under inkörning nöts asperiteterna ner på grund av metallkontakten mellan ytorna vilket påverkar lagerytans profil och ger olika kontaktzoner i axiell och periferiell riktning.Syftet med examensarbetet är att inkludera de olika kontaktzonerna och lagrets profil efter inkörning i Scanias befintliga utvärderingsmetod i syfte att noggrannare kunna simulera inkörning av lagren.Ytfinhetsmätningar utfördes med ett konfoklamikroskop på ett inkört vevlager vid kanterna, i mitten och i närheten av oljehålet.Med hjälp av dessa mätningar och en av Scanias befintliga kontaktmodeller beräknades asperitetstryck och flödesfaktorer vilka användes för att utföra vevlagerberäkningar i AVL Excite med olika kontaktegenskaper i olika regioner.Resultaten visar att införandet av regioner på lagerytan med olika lokala kontaktegenskaper och lagerprofil efter inkörning ger en signifikant förändring av såväl storleken som fördelningen av olika lagerresultat såsom till exempel lagertryck, friktionsförluster och oljefilmstjocklek.