EVALUATION OF EFFICIENCY OF HEAT EXCHANGING DEVICES BUILT INTO THE THERMAL CYCLIC MACHINES

The focus of this work is a method of exergy-economizing calculation for the recuperative and regenerative heat-exchangers that are built-in the thermal cyclic machines. The method is intended for the analysis of efficiency of a prospective design and material for the heat-exchanger that is incorporated into the closed thermodynamic cycle of thermal machines at the initial stage of designing

Determination of hydrodynamic power losses in a gearing

Despite the relatively numerous experimental studies, there are few published works on the topic of development of mathemati-cal models that describe the hydrodynamic processes in gears. There is no generic analytical model that integrates all types of losses. The purpose of this work is to develop a modern generalised methodology for calculating the hydrodynamic power losses of high-speed gears. For each gear, partially or fully immersed into an oil bath, the power spent to overcome the hydromechanical resistance can be represented as the sum of the following: the Coriolis force moment arising from the radial movement of the oil in the tooth spaces of the rotating gear, the viscous friction forces moment on the periphery of the gear addendums in the oil bath and the viscous friction forces moment at the face of the gear in the oil bath. The hydrodynamic power losses due to the Coriolis force action, viscosity friction losses at the periphery of the gear and the viscosity friction at the face of the gear (both turbulent and laminar modes) were observed separately. From the mathematical simulation of the rotation processes when the gear is immersed into the oil bath, an analytical dependence was obtained. It allows predicting the influence of the geometrical parameters of the gearing on the hydrodynamic power losses. Analysis of the calculation results of the power losses due to the action of hydraulic resistance forces and results from experimental studies is provided for several gears with different hydromechanical parameters. The proposed method of calculating power loss due to hydromechanical resistance of the oil bath to the rotation of the gear gave results that were close to the experimental data. Acceptable coincidence of theoretical and experimental results allows recommending the received analytical dependencies for practical calculations of high-speed gears

The Effect of TiN and DLC Anti-Wear Coatings on the Tribofilm Formation and Frictional Heat Phenomena in Coated Metals vs. WC-Co

The aim of this work was to study the effect of anti-wear coatings on the selected frictional phenomena, i.a., frictional heating and tribofilm formation, of model tribological pairs. For this purpose, three popular metallic substrate materials were selected: AISI 316L and AISI 440B stainless steels, as well as Ti6Al4V two-phase titanium alloy. The substrates were tested in the dry sliding conditions in three states: uncoated, as well as titanium nitride (TiN) or diamond-like-carbon (DLC) coated. According to the results provided, under applied frictional conditions TiN coating, even if it is worn off the sample surface, contributes to excessive frictional heating of a tribological pair by altering the tribofilm formation. The analysis also showed that in some tribological pairs, rapid temperature alteration of a counter sample can be used to approximate the sliding distance after which the TiN coating becomes worn off. On the contrary, in all pairs tested, the DLC film became locally damaged, but it sustained its antifriction properties, contributing to low coefficients of friction (COFs) and the lowest frictional temperatures observed

High load capacity spur gears with conchoidal path of contact

The present study is devoted to investigation of spur gears with a conchoidal path of contact and a convex-convex contact between teeth. The load capacity and energy efficiency were evaluated using both theoretical and experimental approaches. The theoretical analysis showed that the conchoidal gear pairs are 5–21% stronger in terms of contact stress and have similar energy efficiency as compared to the involute gear pairs of the same configuration. Experiments were conducted on a gear test rig. Its energy efficiency was determined by measuring the active power of the motor driving the pinion shaft and controlling the torque at the gear shaft. The load capacity of the tested gear pair was estimated by analysing changes in the energy efficiency. It was found that the conchoidal gear pair has more than 20% higher load capacity and slightly higher energy efficiency, which agrees well with the mentioned theoretical results. Thereby, the study concludes a substantially higher load capacity of the conchoidal gears compared to the traditional involute ones

Duplex Aging and Gas Nitriding Process as a Method of Surface Modification of Titanium Alloys for Aircraft Applications

This study discusses the effect of a duplex aging + nitriding process on the wear resistance of an aged double-phase titanium alloy, BT22. Nitriding was applied simultaneously with the heat treatment of the alloy, which is advantageous over the conventional heat and surface treatment methods applied to titanium alloys. According to the results, the thickness of the case depth of the nitrided samples was 40–50 μm. Moreover, nitrogen was uniformly dispersed in the substrate, which was indicated by the hardness tests. The average microhardness of the substrate material was 300 HV0.01, while the hardness of the top layer was 1190 HV0.01, which is an almost four-fold increase. The applied duplex treatment substantially affected the wear performance of the tested alloy. For the untreated alloy, the maximum coefficient of friction was 0.8, while in the surface-modified sample, the maximum fluctuations reached 0.6. The abrasive wear process was dominant in the nitrided samples, while delamination and adhesive wear were observed for the untreated specimens. The nitrided alloy exhibited double the wear resistance of the untreated samples. The proposed treatment does not require additional time or energy consumption, providing a substantial technological advantage over conventional methods. Though the alpha case reduces the mechanical performance of titanium, the nitriding of only the component sections intended to withstand friction will have a positive effect

Duplex Aging and Gas Nitriding Process as a Method of Surface Modification of Titanium Alloys for Aircraft Applications

This study discusses the effect of a duplex aging + nitriding process on the wear resistance of an aged double-phase titanium alloy, BT22. Nitriding was applied simultaneously with the heat treatment of the alloy, which is advantageous over the conventional heat and surface treatment methods applied to titanium alloys. According to the results, the thickness of the case depth of the nitrided samples was 40–50 μm. Moreover, nitrogen was uniformly dispersed in the substrate, which was indicated by the hardness tests. The average microhardness of the substrate material was 300 HV0.01, while the hardness of the top layer was 1190 HV0.01, which is an almost four-fold increase. The applied duplex treatment substantially affected the wear performance of the tested alloy. For the untreated alloy, the maximum coefficient of friction was 0.8, while in the surface-modified sample, the maximum fluctuations reached 0.6. The abrasive wear process was dominant in the nitrided samples, while delamination and adhesive wear were observed for the untreated specimens. The nitrided alloy exhibited double the wear resistance of the untreated samples. The proposed treatment does not require additional time or energy consumption, providing a substantial technological advantage over conventional methods. Though the alpha case reduces the mechanical performance of titanium, the nitriding of only the component sections intended to withstand friction will have a positive effect

Performance of acicular grindable thermocouples for temperature measurements at sliding contacts

The present study investigates the performance of acicular grindable thermocouples based on a constantan wire/steel hollow cylinder construction. The experiments showed that the measuring junction electrical resistance, temperature–voltage characteristic, measuring junction rise time and signal noise standard deviation of the acicular thermocouples are comparable to those of conventional J-type thermocouples with bare wire diameter 0.25–0.5 mm. A pin-on-disc tribometer study of brake friction materials revealed that the acicular thermocouple involved in friction indicates up to 30% higher temperature than the contact temperature rise measured by infrared thermography. Another finding is that the infrared thermography contact temperature can be predicted with significantly higher accuracy by combining the acicular and conventional thermocouple techniques and taking the weighted sum of the respective temperatures

Удосконалені і екстремальні геометро-кінематичні параметри гіперболоїдних коліс

Створення високонавантажених гіперболоїдних передач із покращеними та екстремальними геометрикінематичними параметрами на основі квазігіперболоїдних передач - перспективний та ефективний напрямок підвищення техніко-економічних характеристик редукторів. Актуальність дослідницької гіперболоїдної передачі не зменшується при постійній тенденції до збільшення потужності, характерній для сучасного машинобудування. У світі обсяг випуску гіперболоїдних передач подвоюється кожні 5-7 років, таким чином на початку третього тисячоліття щорічна вартість гіперболоїдних коліс перевищила кілька мільярдів доларів США. Використання будь-яких резервів у виробництві гіперболоїдних передач, шестерень і редукторів може дати і вже справді дає значну економічну вигоду за рахунок вдосконалення конструкції, підвищення продуктивності праці, поліпшення якості, зниження собівартості, підвищення конкурентоспроможності виробництва. Можна припустити, що квазігіперболоїдні передачі повинні мати найкращі параметри якості серед просторових зубчастих передач. Пропозиція, щодо геометричного запасу гвинтових, черв'ячних, спіроїдних та гіпоїдних передач та переходу від конічних і циліндричних початкових поверхонь до квазігіперболоїдних коліс, має підтвердження розрахунку, що полягає у викладеному числовому порівняльному аналізі. Чисельному дослідженню підлягали квазігіперболоїдні передачі з передачею Новікова, зубчасті передачі типу Новікова, евольвентні передачі, квазіевольвентні передачі, глобоїдна передача. Синтез просторових передач на основі вихідних поверхонь, що найменше відхиляються від гіперболоїдних аксоїдів, перспективний напрямок істотного підвищення міцності та покращення показників гвинтових, черв'ячних, спіроїдних та гіпоїдних передач. Колесо Новікова, таким чином, є більш перспективним, ніж евольвентна передача.Creation high-loaded hyperboloid gears with improved and extreme geometrykinematic parameters on the basis of quasi hyperboloid gearings – a perspective and effective direction in increase of technical and economic characteristics of reducers. Use of any reserves in manufacture hyperboloid gears and reducers can give and already really gives considerable economic benefit at the expense of improvement of a design, increase of labor productivity, improvement of quality, decrease in the cost price, increase of competitiveness of production.Створення високонавантажених гіперболоїдних передач із покращеними та екстремальними геометрикінематичними параметрами на основі квазігіперболоїдних передач - перспективний та ефективний напрямок підвищення техніко-економічних характеристик редукторів. Актуальність дослідницької гіперболоїдної передачі не зменшується при постійній тенденції до збільшення потужності, характерній для сучасного машинобудування. У світі обсяг випуску гіперболоїдних передач подвоюється кожні 5-7 років, таким чином на початку третього тисячоліття щорічна вартість гіперболоїдних коліс перевищила кілька мільярдів доларів США. Використання будь-яких резервів у виробництві гіперболоїдних передач, шестерень і редукторів може дати і вже справді дає значну економічну вигоду за рахунок вдосконалення конструкції, підвищення продуктивності праці, поліпшення якості, зниження собівартості, підвищення конкурентоспроможності виробництва. Можна припустити, що квазігіперболоїдні передачі повинні мати найкращі параметри якості серед просторових зубчастих передач. Пропозиція, щодо геометричного запасу гвинтових, черв'ячних, спіроїдних та гіпоїдних передач та переходу від конічних і циліндричних початкових поверхонь до квазігіперболоїдних коліс, має підтвердження розрахунку, що полягає у викладеному числовому порівняльному аналізі. Чисельному дослідженню підлягали квазігіперболоїдні передачі з передачею Новікова, зубчасті передачі типу Новікова, евольвентні передачі, квазіевольвентні передачі, глобоїдна передача. Синтез просторових передач на основі вихідних поверхонь, що найменше відхиляються від гіперболоїдних аксоїдів, перспективний напрямок істотного підвищення міцності та покращення показників гвинтових, черв'ячних, спіроїдних та гіпоїдних передач. Колесо Новікова, таким чином, є більш перспективним, ніж евольвентна передача