The master's thesis deals with experimental study of tribological characteristics of smart fluids. Smart fluids are substances in liquid state reacting to the presence of magnetic or electric field by change in rheological properties. For possible application in devices using conventional lubricants is necessary to choose suitable smart fluid and study the influence of excitation on formation of lubricating layer, friction and wear. Comprehensive description of excitation influence is executed using three experimental devices and theoretical model for measurements parameters specification. Assessed are lubricant film thickness, friction coefficient and wear under smart fluid activation in non-conformal contact. Results show significant observable influence of smart fluids excitation on all assessed aspects. Understanding the mechanisms of smart fluids excitation can be a key step in development of intelligent devices with active external control of lubricant behaviour and character, that could lead to maintenance cost reduction and effectivity improvement.

To make a check of an contemporary balancing verification of diesel engine Zetor UŘ III with type identification 1505, the engine power 90 kW and especially friction bearing design, which could replace existing needle bearing HK 4520 type, is the aim of this diploma thesis. Bearing type modification requires constructional adjustment of engine block and balancing shaft and therefore this proposal for construction another aim in my diploma thesis. The last part of my diploma thesis is an economic balance original imposition against newly designed. Calculations are made using mathematical software MathCad, the balancing shaft is made using ProEngineer software and control calculations of bearing stresses are made with ADAMS and FEM of ANSYS system. Motivation to write this work is to prove the possibility how to decrease manufacturing costs of ZETOR TRACTORS a.s. company.

Ce travail étudie comment la mesure des forces hydrodynamiques exercées par un liquide confiné entre une sphère et une surface d'intérêt permet de sonder à distance et sans contact les propriétés mécaniques de cette surface. Nous présentons tout d'abord le principe de cette technique originale de sonde fluide et la machine à forces de surface dynamique que nous utilisons pour mettre en œuvre ces expériences de nano-rhéologie. Puis nous nous intéressons à deux applications que nous avons plus particulièrement étudiées. D'une part, l'étude des propriétés de friction des bicouches lipidiques. Nous mettons en évidence une très faible friction mesurée sur certaines bicouches fluides et son potentiel rôle pour la bio-lubrification. D'autre part l'étude des propriétés élastiques de couche mince d'élastomère. Nous développons pour cela une théorie de l'élastohydrodynamique à géométrie sphère-plan en mode dynamique et présentons des résultats expérimentaux en très bon accord. Nous sommes capables de mesurer le module d'Young de films mince de PDMS d'épaisseur allant jusqu'à 600 nm. Enfin, nous présentons les développements instrumentaux réalisés pour optimiser les performances de la machine à forces de surfaces comme sonde fluide / This work addresses how the measurement of hydrodynamic forces of a liquid confined between a sphere and a surface of interest can lead to probe at a distance and without contact her mechanical properties. Firstly, we introduce this original technique of fluid probe and the dynamic Surface Force Apparatus used to perform these nanorheology experiments. Then, we present two applications for which the fluid probe can be of great importance. The first application is the study of friction properties of lipid bilayers. More particularly we measure very weak fluid friction coefficients on some fluid bilayers, which can be an important issue for biolubrication. The second application is the study of elastic properties of thin elastomer layers. For that we first develop an elasto-hydrodynamic theory for sphere-plan configuration in dynamic mode. Then, we present experimental results in very good agreement with this theory. We are able to measure the Young modulus of thin PDMS films of thickness as small as 600 nm. Finally, we present instrumental developments performed on the Surface Force Apparatus to optimize its potential as fluid probe

Dichtungen spielen für die Funktion von Maschinen eine zentrale Rolle. Sie verhindern den Austritt von Schmierstoff aus dem Innenraum in die Umgebung und das Eindringen von Schmutz von Außen. Neben einer möglichst guten Abdichtung ist jedoch auch die durch die Dichtung auftretende Reibung von immer größerer Bedeutung für die Funktionalität von Maschinen und Anlagen. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Arbeit untersucht, welche wesentlichen Einflussfaktoren das Reibmoment, bzw. den Reibwert von Radialwellendichtungen, beeinflussen. Experimentelle Untersuchungen erfolgen dafür an einem speziell entwickelten Versuchstand. Dabei wird ersichtlich, dass die Umfangsgeschwindigkeit, die Schmierstoffviskosität und die Temperatur im Dichtkontakt die wesentlichsten Einflussfaktoren bei einer festen Kombination aus Dichtung und Gegenlaufläche darstellen. Im Vergleich zwischen verschiedenen Dichtungen spielt zudem die Radialkraft der Dichtung eine entscheidende Rolle. Des weiteren wird ein komplexes Modell entwickelt, welches die Effekte im tribologischen Kontakt beschreibt und so das Reibmoment der Dichtung berechenbar macht. Berücksichtigt werden dabei sowohl die durch Oberflächenstrukturen beeinflusste Fluidreibung im Schmierspalt, als auch die Hysteresereibung im Dichtungsmaterial und die Temperatur im Dichtkontakt. Durch die Kopplung der Einzelmodelle wird zudem die gegenseitige Beeinflussung berücksichtigt. Die Simulationsergebnisse ermöglichen einen tiefen Einblick in das Zusammenwirken der Phänomene im Dichtkontakt. Das Modell erlaubt die Berechnung des Reibwertes der Dichtung anhand der Betriebsbedingungen. Der Vergleich zwischen numerischen und experimentellen Ergebnissen zeigt eine sehr gute Übereinstimmung. Ein weiteres, vereinfachtes Modell auf Basis der Gümbelzahl ermöglicht die direkte und extrem schnelle Berechnung des Reibwertes der Dichtung. Das reduzierte Modell kann hierbei sowohl von experimentellen als auch numerischen Ergebnissen parametriert werden.:1 Einleitung und Ziel der Arbeit 1 2 Stand des Wissens 3 2.1 Dynamische Dichtungen 3 2.2 Tribologie des Dichtkontaktes 4 2.2.1 Mechanismen im tribologischen Kontakt 5 2.2.2 Einflüsse auf die Dichtwirkung 6 2.2.3 Schmierfilmhypothesen 7 2.2.4 Stribeck-Kurve und Gümbelzahl 8 2.3 Materialeigenschaften von Elastomeren 9 2.4 Schmierstoffeigenschaften 11 2.5 Modelle zur Beschreibung von Dichtungsreibung 13 2.5.1 Modellierung der Hysteresereibung 14 2.5.2 Modellierung der Fluidreibung 16 2.5.3 Modellierung des Dichtungskontaktes 19 2.5.4 Modellierung der Temperatur im Dichtkontakt 20 3 Experimentelle Untersuchungen 21 3.1 Radialkraft 21 3.2 Kontaktbreite 23 3.3 Reibwertkennlinien 24 3.3.1 Radial-Dichtungsprüfstand 24 3.3.2 Ermittlung von Reibwertkennlinien unter stationären Randbedingungen 25 3.3.3 Ermittlung von Reibwertkennlinien unter instationären Randbedingungen 31 3.4 Elastomereigenschaften 34 3.4.1 Zugversuch 34 3.4.2 Dynamisch-Mechanisch-Thermische Analyse 34 4 Simulationen 37 4.1 FE-Modelle und Parametrierung 37 4.2 Modell zur Simulation des Dichtungsreibmomentes 39 4.2.1 Modellierung der Fluidreibung 40 4.2.2 Modellierung der Hysteresereibung 51 4.2.3 Approximation der Temperatur im Dichtkontakt 60 4.2.4 Kopplung/Abhängigkeiten 60 4.2.5 Berechnung der wahren Kontaktfläche 62 4.2.6 Ankopplung der Hysteresereibung 64 4.3 Ergebnisse zur Simulation des Dichtungsreibwertes 64 4.3.1 Fluidreibung 64 4.3.2 Hysteresereibung 69 4.3.3 Fluid- und Hysteresereibung 74 4.3.4 Einfluss der Umgebungstemperatur 77 4.3.5 Instationäre Randbedingungen 79 5 Zusammenfassung 83 A Einfluss der Maxwell-Äste auf das Ergebniss der Hysteresereibung 87 B Koeffizienten für die Flussfaktorenberechnung 89 Literaturverzeichnis 91 / Seals are very important for the proper function of machines. They prevent lubricant from escaping from the interior into the environment and the ingress of dust from outside. Yet not only the sealing properties are relevant, also the friction is getting more and more in focus. Therefore, in this thesis, the relevant influences on the friction moment, and on the friction coefficient are investigated. A special test rig has been developed for the experimental investigations. It has been found that the circumferential velocity and the lubricants viscosity in conjunction with the temperature at the seals contact are the main influence factors of a defined combination of seal and surface. For the comparison of different seals, the radial contact force has an important influence, too. Beside these experimental investigations a complex simulation model has been developed. It describes the effects inside the tribological contact and allows the calculation of the seals friction moment. The model uses calculation routines for the fluid friction due to the fluid film inside the seals contact with respect to the surface structures, as well as the hysteresis friction inside the seals lip. Furthermore, the seals contact temperature is calculated. All these models relate and respect the influence between each other. The simulation results allow a deep view on the phenomena inside the seals contact and their interaction with each other. The model allows the calculation of the friction coeficient. A good agreement between experimental and numeric results could be achieved. An additional, reduced model on basis of the Gümbel number allows a direct and extreme fast calculation of the friction coeficient. The reduced model could be parameterized both on experimental and simulation results.:1 Einleitung und Ziel der Arbeit 1 2 Stand des Wissens 3 2.1 Dynamische Dichtungen 3 2.2 Tribologie des Dichtkontaktes 4 2.2.1 Mechanismen im tribologischen Kontakt 5 2.2.2 Einflüsse auf die Dichtwirkung 6 2.2.3 Schmierfilmhypothesen 7 2.2.4 Stribeck-Kurve und Gümbelzahl 8 2.3 Materialeigenschaften von Elastomeren 9 2.4 Schmierstoffeigenschaften 11 2.5 Modelle zur Beschreibung von Dichtungsreibung 13 2.5.1 Modellierung der Hysteresereibung 14 2.5.2 Modellierung der Fluidreibung 16 2.5.3 Modellierung des Dichtungskontaktes 19 2.5.4 Modellierung der Temperatur im Dichtkontakt 20 3 Experimentelle Untersuchungen 21 3.1 Radialkraft 21 3.2 Kontaktbreite 23 3.3 Reibwertkennlinien 24 3.3.1 Radial-Dichtungsprüfstand 24 3.3.2 Ermittlung von Reibwertkennlinien unter stationären Randbedingungen 25 3.3.3 Ermittlung von Reibwertkennlinien unter instationären Randbedingungen 31 3.4 Elastomereigenschaften 34 3.4.1 Zugversuch 34 3.4.2 Dynamisch-Mechanisch-Thermische Analyse 34 4 Simulationen 37 4.1 FE-Modelle und Parametrierung 37 4.2 Modell zur Simulation des Dichtungsreibmomentes 39 4.2.1 Modellierung der Fluidreibung 40 4.2.2 Modellierung der Hysteresereibung 51 4.2.3 Approximation der Temperatur im Dichtkontakt 60 4.2.4 Kopplung/Abhängigkeiten 60 4.2.5 Berechnung der wahren Kontaktfläche 62 4.2.6 Ankopplung der Hysteresereibung 64 4.3 Ergebnisse zur Simulation des Dichtungsreibwertes 64 4.3.1 Fluidreibung 64 4.3.2 Hysteresereibung 69 4.3.3 Fluid- und Hysteresereibung 74 4.3.4 Einfluss der Umgebungstemperatur 77 4.3.5 Instationäre Randbedingungen 79 5 Zusammenfassung 83 A Einfluss der Maxwell-Äste auf das Ergebniss der Hysteresereibung 87 B Koeffizienten für die Flussfaktorenberechnung 89 Literaturverzeichnis 91