Gear tribology for efficient and sustainable transportation
- Reference number
- ID15-0056
- Start and end dates
- 160101-201231
- Amount granted
- 2 500 000 SEK
- Administrative organization
- Luleå University of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Main objectives: •to reveal the mechanisms of lubricant film breakdown in rough surface EHL, •to investigate how lubricant film breakdown (of different degrees) causes damage, •to find ways to enhance durability and efficiency of gears, •to increase the power transmission by up to 50% without sacrificing service life and without increasing the size of the gear box, •to reduce the power loss by up to 30% Work plan: •Asperity level experiment. An experiment where film formation in elastohydrodynamically lubricated contacts are studied in detail by using optical interferometry in a ball-disk setup and using contact resistance measurements in a disk-disk setup. •Model development. Development of a model that better describes the lubricant film formation and the influence of surface topography. •Experimental validation of model and full scale testing. From asperity level experiments and modelling it will be possible to learn more about the features of optimal topography. By applying such topography to real gears the improvement potential will be investigated. This will be made twice during the project. At halftime (2 years) and in the end of the project (4 years). Expected results: •A model which can predict lubricant regime for a gear teeth contact operating under certain load, speed and lubrication conditions. •A recipe of how optimal surface topography must be composed •A gear with significantly improved performance in terms of service life and power loss
Popular science description
Transportbranschen står inför stora utmaningar. Världsmarknaden kommer att växa med 40 % till 2030 jämfört med 2012 vilket kommer att innebära en fördubbling av transporterna. Samtidigt måste transportsektorn halvera sin miljöpåverkan. Scania är en av de ledande tillverkarna av tunga lastbilar i världen. Deras mål är att också vara ledande inom hållbar utveckling av tunga transporter. Det krävs därför omfattande insatser för att i fortsättningen kunna leverera fordon med allt större lastförmåga som samtidigt har en lägre bränsleförbrukning, lägre vikt och kräver längre serviceintervaller. Tribologi spelar en viktig roll för fordonets bränsleförbrukning och livslängd. Tribologi är läran om friktion, slitage och smörjning. Hela fordonets motoreffekt måste passera växellåda och slutväxel. Ibland är det bara ett enda par av kuggar som överför all effekt. Detta gör att kontakten mellan kuggarna blir en begränsande faktor. Om inte kuggarna kan överföra mer effekt utan att göras större och kraftigare kan man inte heller öka verkningsgrad och livslängd. I det här projektet ska vi därför utveckla förståelse och metoder för att kunna optimera kuggytorna så att smörjningen blir så effektiv som möjligt. Vi ska ta reda på vilka ytbearbetningsmetoder som fungerar bäst för att kunna öka överförbar effekt utan att göra växellådan större. Samtidigt tror vi att vi ska kunna minska friktionen och t.o.m. öka livslängden. Kontakten mellan två kuggar är liten, bara några kvadratmillimeter stor. Smörjmedlet gör att ytorna hålls isär från varandra med en smörjfilm som är endast ca 0.1-0.5 mikrometer tjock. Eftersom ytorna inte är perfekt släta finns det stor risk att ytornas toppar slår i varandra. Det är just det fenomenet vi ska studera i syfte att helt hindra att det sker. Det är nämligen kollisionen mellan yttopparna som är den stora orsaken till att kuggytorna utmattas och skadas. Att skapa bättre förståelse för dessa fenomen är en stor utmaning och en av de olösta gåtorna inom tribologin. Projektgruppen består av en industridoktorand vid Scania, två handledare och experter inom tribologi vid Luleå tekniska universitet, en handledare från KTH som är expert på utmattningsfenomen samt tre handledare/utvecklingsingenjörer från Scania som är experter inom tribologi och transmissioner. Förutom de vetenskapliga målen vill vi också skapa en världsledande forskargrupp inom tribologi för tunga fordons drivlinor.