Διερεύνηση της ρεολογίας λιπαντικών σε συνθήκες ελαστοϋδροδυναμικής λίπανσης και εφαρμογή στον υπολογισμό του βαθμού απόδοσης κυκλοειδών μειωτήρων
Authors: Αθανασόπουλος Εμμανουήλ 
Published: September 2021

Η βελτίωση της απόδοσης των συστημάτων μετάδοσης ισχύος αποτελεί σημαντική απαίτηση σε πλειάδα εφαρμογών για τη μείωση της κατανάλωσης, της θερμοκρασίας και του συνολικού κόστους λειτουργίας. Για να εκτιμηθεί η επίδραση των παραμέτρων σχεδίασης και της επιλογής του λιπαντικού στη φάση της ανάπτυξης, είναι αναγκαία η χρήση εργαλείων υπολογισμού των τριβολογικών συνθηκών και εργαλείων προσομοίωσης του λιπαντικού στην επαφή. Παρά την ανάπτυξη ισχυρών υπολογιστικών συστημάτων και τη βελτίωση των αλγορίθμων ως προς τη σταθερότητα και την ταχύτητα, η ακρίβεια των αποτελεσμάτων συνεχίζει να ορίζεται από την ακρίβεια του μοντέλου ρεολογίας, που χρησιμοποιείται, και από την ορθότητα των παραμέτρων του. Τα τελευταία χρόνια, στην περιοχή της τριβολογίας είναι γνωστό ότι υπάρχει ένας αγώνας "ταιριάσματος" των μετρούμενων και των αποτελεσμάτων προσομοίωσης, με επιλογή βολικών παραμέτρων στα μοντέλα. Η χρήση αυτών των τιμών είναι περιορισμένη, καθώς οι τιμές των παραμέτρων που προκύπτουν από πειράματα χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της τριβής και αυτά τα αποτελέσματα συγκρίνονται με τις ίδιες πειραματικές τιμές.Ο στόχος της παρούσας εργασίας είναι ο υπολογισμός παραμέτρων ρεολογικών μοντέλων με χρήση μεθοδολογίας στηριζόμενης σε πειραματικές τιμές τριβής, χωρίς διορθώσεις εκ του αποτελέσματος, επεκτείνοντας την ισχύ σε διαφορετικά δοκιμαστήρια και συνθήκες. Στην πορεία αξιολόγησης των αποτελεσμάτων σε ποικιλία συνθηκών, έγινε αντιληπτό ότι η παρατηρούμενη συμπεριφορά της οριακής τιμής διάτμησης μπορεί να εκφραστεί με μια νέα απλοποιημένη έκφραση. Οι τιμές και η νέα σχέση χρησιμοποιήθηκαν σε έναν τελευταίας γενιάς επιλυτή Ελαστοϋδροδυναμικής λίπανσης. Η καλή συμφωνία των υπολογισμένων τιμών με τις μετρήσεις δύο δοκιμαστηρίων διαφορετικών δυνατοτήτων επιβεβαιώνει τη μεθοδολογία. Επόμενο βήμα είναι η χρήση των τιμών που υπολογίστηκαν για δύο πρότυπα ορυκτέλαια, σε ένα σύνθετο σύστημα μετάδοσης ισχύος, τον κυκλοειδή μειωτήρα. Η σημασία της ακριβούς προσέγγισης της οριακής τιμής διάτμησης μελετάται, συγκρίνοντας τιμές τριβής, υποθέτοντας ένα σφάλμα στις παραμέτρους. Οι κυκλοειδείς μειωτήρες αποτελούν πλανητικά συστήματα, στα οποία η γεωμετρία της οδόντωσης ανήκει στην κατηγορία των τροχοειδών καμπυλών, και προσφέρουν πλεονεκτήματα, όπως μηδενική χάρη, πολύ μικρή διακύμανση της ροπής και της σχέσης μετάδοσης, ενώ, παράλληλα, προσφέρουν υψηλές σχέσεις μετάδοσης και μεγάλη συγκέντρωση ισχύος. Τα πλεονεκτήματα αυτά τους κάνουν ανταγωνιστικούς σε εφαρμογές υψηλών απαιτήσεων, όπως οι ρομποτικοί βραχίονες. Το χαμηλό βάρος και η υψηλή αντοχή σε υπερφόρτωση τους κάνει ιδανικούς και σε εφαρμογές προσωπικής μετακίνησης (personal mobility). Από τριβολογική σκοπιά, παρουσιάζουν ενδιαφέρον λόγω των έντονων συνθηκών που επικρατούν, όπως η μεγάλη συγκέντρωση ισχύος, η συνήθως μικρή ποσότητα λιπαντικού ελαίου ή γράσου και οι υψηλές επιφανειακές πιέσεις. Για την εφαρμογή της μεθόδου μελέτης της τριβής και των απωλειών, πρέπει να είναι γνωστές οι συνθήκες που επικρατούν. Στα πλαίσια της διατριβής, έγινε η μελέτη της κινηματικής, διαφόρων μορφών κυκλοειδών και αναπτύχθηκαν τα απαραίτητα εργαλεία σχεδίασης και ανάλυσης των μειωτήρων. Τα αποτελέσματα της κάθετης δύναμης συγκρίνονται με αποτελέσματα από εφαρμογή της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων. Τα εργαλεία παράγουν τα αρχεία εισόδου και παρέχουν σύνδεση με τον επιλυτή της Ελαστοϋδροδυναμικής λίπανσης, του οποίου τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση των απωλειών. Επιτυγχάνεται η αποτίμηση της επίδρασης των γεωμετρικών παραμέτρων στις απώλειες ισχύος.