Оптимизация поверхности шпинделей для трапецеидальной резьбы — трибологический анализ и применение

Трапециевидные резьбовые шпиндели идеально подходят для тяжелых нагрузок и часто используются в подъёмных системах. В рамках совместного проекта между Институтом производства и станкостроения (IFW) и компанией Bornemann Gewindetechnik была исследована модификация метода завихрения резьбы для оптимизации трибологических свойств резьбовых шпинделей. Использование завихренных микро-структур может снизить потери на трение на 25,5 % и значительно уменьшить адгезионный износ.

1 Введени

Для производства длинных резьбовых шпинделей, которые часто используются в подъемных системах, существуют различные технологические процессы, включая накатывание и вихревое нарезание резьбы [1]. При разработке технологического процесса для стандартизированных элементов машин, таких как шпиндели с трапецеидальной резьбой, не учитываются особенности применения и срок службы [2].

При проектировании поверхностей, подверженных трению скольжения, важно учитывать режимы трения — граничное трение, смешанное трение и жидкостное трение, которые классифицируются с помощью кривой Стрибека [3]. В гидродинамическом режиме сила передается через пленку смазки, при этом сила трения возникает за счет внутреннего трения смазки [3-5]. Эта сила пропорциональна площади контакта, вязкости смазочного материала и скорости сдвига толщины смазочной пленки. В случае смешанного трения смазочная пленка прерывается в определенных точках отдельными пиками шероховатости, которые затем способствуют передаче нагрузки [4]. Особенно при низких скоростях скольжения это является недостатком с точки зрения создания и поддержания гидродинамического режима смазки [6].

Прямой контакт между двумя трибоэлементами может привести к увеличению расхода энергии [7]. Микроструктуры могут оказывать благоприятное воздействие через различные механизмы. Например, микроструктуры могут служить резервуарами для смазки [8], а локальные возвышения в смазочной пленке могут привести к увеличению давления в подшипнике при протекании по ним смазочного материала [9]. Гидродинамическое давление может нарастать в определенных микроструктурах. Здесь играют роль как кавитационные эффекты [4], так и нарастание давления на подшипник в последовательных микроструктурах [10, 11]. Эти исследования показывают, что рельеф поверхности шпинделей с трапецеидальной резьбой обладает большим потенциалом для снижения трения за счет микроструктур из-за высокой нагрузки на контакт скольжения. Микроструктуры, снижающие потери на трение в контактах скольжения, могут быть получены в результате таких производственных процессов, как плоская черновая обработка или лазерная маркировка [10, 12].

Вихревая обработка как производственный процесс обладает большим потенциалом для интегрированного микроструктурирования, поскольку позволяет достичь значительно более высокой производительности, чем, например, резьбофрезерование [1, 13]. Исследования по структурированию поверхности с помощью вихревой обработки до сих пор проводились только как дополнительный процесс структурирования, а не как интегрированная в процесс функционализация структуры поверхности [14]. Существуют различные подходы к микроструктурированию как отдельному процессу производства [12, 15], но они требуют больших усилий по интеграции из-за дополнительного этапа процесса. В одном из исследований Денкена и др. показали улучшение трибологических свойств поверхностей, подвергающихся высоким термомеханическим нагрузкам, например, гильз цилиндров, за счет микроструктурирования [12]. Процесс вихревой обработки как метод производства предлагает особый потенциал для функционализации благодаря поверхностным структурам, создаваемым на боковой поверхности резьбы (рис. 1).

Особой проблемой при использовании металлических трибопар в трении скольжения является возникновение адгезии в случае недостаточной смазки или перегрузки. Это может привести к адгезионному износу фрикционного партнера с меньшей твердостью и переносу материала на фрикционный партнер с большей твердостью в скользящем контакте [7, 17]. Рельеф поверхности и фактическая площадь контакта в скользящем контакте играют решающую роль в описанном ранее риске адгезии при недостаточной смазке [7, 16, 17]. Прямой контакт между двумя элементами трения является основным условием сцепления и определяется общим количеством микроконтактов.

В скользящих контактах, подверженных высокому поверхностному давлению, толщина смазочной пленки уменьшается, что приводит к переходу от смешанного трения к граничному и сопровождается увеличением коэффициента трения [3]. Денкена и др. также показали, что поверхностные структуры малой глубины могут приводить к снижению коэффициента трения и переходу к режиму смешанного трения, в котором сосуществуют твердое и жидкостное трение [12]. Для элементов трио из стальной бронзы при трении скольжения было показано, что глубина поверхностной структуры 2-5 мкм особенно благоприятна для снижения трения [16]. Еще одним явлением, которое может возникнуть при недостаточной смазке или низких относительных скоростях, является эффект «прилипания». В результате трибоэлементы прилипают друг к другу на короткое время, после чего снова происходит скольжение [18]. Частое возникновение эффекта прилипания из-за недостатка смазки приводит к повышенному износу адгезива и, как следствие, к раннему выходу из строя компонентов [19].

Влияние микроструктур на нагруженную резьбовую поверхность шпинделей с трапецеидальной резьбой при высоких нагрузках еще не исследовалось, но имеет большой потенциал для повышения эффективности за счет снижения потерь на трение. Также пока нет сведений о влиянии микроструктур на износ в системе шпиндель-гайка. Поэтому целью данной работы является устранение этого пробела и исследование влияния поверхностных структур, образующихся при вихревом движении резьбы, на трибологическое поведение высоконагруженных шпинделей с трапецеидальной резьбой в тяжелом грузоподъемном оборудовании в реальных условиях. В исследовании будет рассмотрен специально разработанный процесс вихревой обработки для интегрированного в процесс микроструктурирования. В рамках исследования будут представлены различные структуры поверхности и оценено их влияние на снижение трения в системе в целом, а также их способность удерживать смазку на поверхности и тем самым предотвращать образование адгезионных отложений на шпинделе и адгезионный износ на гайке.

2 Экспериментальная установка

2.1 Трибологические испытания

Испытательный стенд, показанный на рис. 2, используется для исследования влияния рельефа поверхности на боковых поверхностях резьбы на трибологическое поведение. Испытательные шпиндели с резьбой Tr80×10 мм колебались с частотой f = 0,81 Гц под углом ν = 15°. Вращение при изменении нагрузки соответствует перемещению резьбового шпинделя на расстояние 0,42 мм. При такой установке на резьбовой шпиндель во время подъема и опускания действовала сила веса FG = 91,3 кН. Это соответствует давлению на поверхность p = 5,0 Н/мм², что находится в диапазоне максимальных нагрузок для трапецеидальных винтовых приводов в тяжелых подъемных системах. Для этой задачи был выбран материал резьбовой гайки G-CuSn 7 ZnPb. В качестве смазки использовалась консистентная смазка DGM HTF 940, которая особенно подходит для подшипников скольжения. При проведении испытаний смазка наносилась с интервалом обслуживания в один месяц. Этот интервал соответствует смазке узла шпиндель-гайка через каждые 167 циклов. Испытательный стенд был создан компанией Sincotec, которая также является производителем датчика силы Interface 125 kN и датчика крутящего момента SincoTec 1200 Nm.

Состояние износа поверхностей было проанализировано для того, чтобы охарактеризовать фрикционные свойства различных топографий поверхности и соответствующих им структур поверхности. Для этого шпиндели были вскрыты отрезной шлифовальной машиной. При 20 000 циклах нагружения был экспериментально определен срок службы 10 лет для проанализированных резьбовых шпинделей.

Для исследования трибологического поведения были подготовлены четыре резьбовых шпинделя, в которых различные параметры процесса сравнивались с накатанным шпинделем с использованием процесса вихревой обработки (табл. 1). Для вихревых резьбовых шпинделей параметры процесса были выбраны таким образом, чтобы обеспечить определенные градации между высотами структуры поверхности на нагруженных боковых поверхностях резьбы. Испытательная серия 1 включает в себя катаные резьбовые шпиндели, изготовленные методом непрерывной прокатки. Конкретные параметры процесса основаны на опыте компании Bornemann. Испытательная серия 2 была изготовлена с параметрами процесса, соответствующими современному уровню техники, и служит дополнительным эталоном для новой разработанной структуры поверхности.

В сериях испытаний 3 и 4 структуры поверхности, разработанные в данном исследовании, были получены в два этапа, чтобы увеличить как высоту структуры поверхности yf, так и длину структуры поверхности sf. Увеличение этих двух параметров структуры приводит к увеличению объема удерживаемого смазочного материала в поверхности. Серия испытаний 3 показывает теоретическую высоту структуры yf = 2,31 мкм при длине структуры sf = 3,67 мкм. В серии испытаний 4 структурные параметры еще более выражены: yf = 3,61 мкм и sf = 4,59 мкм. Это наглядно демонстрирует ограниченную регулируемость структур за счет вихревого процесса: увеличение высоты структуры yf неизбежно приводит к увеличению длины структуры sf.

2.2 Измерение структуры поверхности

Оптическая измерительная система Duo Vario от компании Confovis GmbH используется для анализа экспериментально созданных трехмерных топографий поверхности. Топографии поверхности регистрируются с помощью конфокальной микроскопии в белом свете. Конфокальные измерения проводились с помощью объектива Nikon 20×/0,45-NA. Для анализа фланговых поверхностей использовалось разрешение латерального измерения 0,20 мкм. Измеренная область шириной 2,26 мм и длиной 8,71 мм была зарегистрирована с разрешением 0,28 мкм. Экспериментально сгенерированные резьбовые шпиндели были выровнены в ортогональном измерительном положении по отношению к боковой поверхности резьбы.

3 Применение и характеристика топографии поверхности

Приведенные ниже результаты показывают, как рельеф поверхности боковой поверхности резьбы может быть специально скорректирован с помощью процесса вихревой обработки и как он отличается от ограниченного рельефа поверхности при накатывании резьбы. На рисунке 3 показана топография поверхности боковой поверхности резьбы накатанного шпинделя с трапецеидальной резьбой в сравнении с боковой поверхностью резьбы, обработанной вихревым методом.

Топография поверхности серии испытаний 1 показывает, что в процессе накатывания резьбы не образуется текстура поверхности. На вихревом шпинделе серии испытаний 2 рельеф поверхности не имеет существенных различий по сравнению с серией испытаний 1, и текстура поверхности также не прослеживается. Специально адаптировав процесс вихреобразования, удалось получить значительно более выраженные текстуры поверхности в сериях испытаний 3 и 4. В этих сериях испытаний высота текстуры yf и длина текстуры sf последовательно увеличивались, чтобы создать текстуру поверхности с малым количеством пиков, тем самым минимизируя прямой твердый контакт между поверхностями трибоэлементов. Увеличение расстояния между пиками текстуры поверхности позволяет удерживать смазку в долинах профиля шероховатости.

Из-за возникновения стохастических эффектов шероховатости в процессе обработки, которые влияют на техническую поверхность как отклонения формы четвертой степени, накладывается менее выраженная текстура поверхности серии испытаний 2. Из-за этого наложения параметры текстуры трудно определить, и они имеют низкую высоту текстуры yf = 0,82 мкм и длину текстуры sf = 1,63 мм. По сути, серия испытаний 2 не отличается от прокатного образца из-за такой низкой текстуры поверхности. Стохастические эффекты шероховатости в процессе вихревой обработки в основном вызваны шероховатостью на режущей кромке вихревого инструмента, также известной как скол. Она образует негативную форму на вновь образованной поверхности во время обработки [20]. На топографии серии испытаний 3 и 4 видны характерные повторяющиеся канавки, образовавшиеся в результате скола. Если высота текстуры yf меньше шероховатости Rz на режущей кромке вихревого инструмента, то текстура накладывается и характерная текстура вихревого процесса не возникает. Это видно по профилям шероховатости на боковых поверхностях резьбы (рис. 4).

Измерения дополнительно искажаются из-за того, что из рельефа поверхности вычитается математически аппроксимированная форма нити, в результате чего текстуры на краю диапазона измерения имеют немного меньшую высоту текстуры (рис. 3 и 4).

4 Трибологическая оценка

Влияние вихревой текстуры поверхности на трибологическую систему винта и гайки в трапециевидных винтовых шпинделях для тяжелых грузоподъемных систем было проанализировано с помощью испытательной установки, описанной в разделе 2.2. При проектировании трапецеидальных винтов коэффициент трения часто принимается постоянным из соображений упрощения. Однако коэффициент трения нельзя рассматривать как свойство материала, поскольку на него влияют все компоненты трибологической системы. Для того чтобы охарактеризовать влияние рельефа поверхности на эту систему, все влияющие переменные остаются постоянными. В серии испытаний варьируется только текстура поверхности, вызванная процессом производства.

4.1 Исследование коэффициента трения

В тяжелых подъемных системах ходовые винты обычно располагаются вертикально, поэтому нагруженный фланец резьбы испытывает нагрузку как при подъеме, так и при опускании. Трение на наклонной плоскости может быть использовано для расчета коэффициента трения в трапецеидальной резьбе [21]. Нормальная сила FN может быть рассчитана из силы веса FG, а сила трения FR — из момента трения, необходимого для вращательного движения, с использованием геометрических зависимостей. Это приводит к значительному увеличению требуемого момента трения при подъеме. Поскольку момент трения измеряется на испытательной установке, а сила трения FG установлена на постоянное значение, коэффициент трения μ может быть рассчитан на основе этих переменных. Раздельное определение коэффициента трения μ для подъема и опускания возможно благодаря учету различных ориентаций компонентов силы. Примерный ход коэффициента трения для этих двух типов движения для прокатного шпинделя в серии испытаний 1 показан на рисунке 5. С учетом различных ориентаций сил оба типа движения показывают схожую кривую для коэффициента трения. Несмотря на более высокий крутящий момент привода, необходимый для подъема, можно наблюдать характерное поведение коэффициента трения, которое наблюдается для шпинделя с трапецеидальной резьбой в течение 20 000 циклов нагрузки. Средний коэффициент трения для обоих типов движения значительно возрастает в начале испытания, достигает максимума примерно в 2000 циклов и затем падает до постоянного уровня примерно в 8000 циклов. Такое поведение называется фазой приработки и описывает общее изменение коэффициента трения в течение всего испытания в зависимости от трибологической системы [22]. Колебательное движение в небольшом угловом диапазоне имитирует подъем и опускание на короткое расстояние во время изменения нагрузки. Результирующий профиль скорости при изменении нагрузки состоит из фазы ускорения, фазы постоянной скорости и фазы замедления, каждая для подъема и опускания. Эффект скольжения, возникающий на низких скоростях, особенно усиливается в точке поворота при изменении направления движения. Этот эффект проявляется в кратковременном прилипании поверхностей, за которым следует резкое скольжение элементов трибо. Это движение может привести к вибрациям, которые отражаются в большем отклонении коэффициента трения [19]. На рисунке 5 этот эффект можно наблюдать в виде большего отклонения в течение первых 5000 циклов нагрузки.

Постоянный коэффициент трения для анализируемой трапецеидальной резьбы Tr80×10 мм достигается примерно после 8000 циклов нагружения. На этапе обкатки наблюдается первоначальное увеличение коэффициента трения при испытании накатанной трапецеидальной резьбы, что также связано с большим отклонением коэффициента трения. Наибольший коэффициент трения связан с наибольшим отклонением, что свидетельствует об усилении эффекта прилипания-скольжения, который может привести к повышенному износу клея. Ввиду схожести кривых коэффициента трения для обоих типов движения, ниже рассматривается только более интенсивное движение подъема.

Кривые коэффициента трения поверхностей, представленные на рисунке 3, имеют явное различие. Несмотря на то что образцы серий 1 и 2 отличаются технологическими процессами — накатыванием и наматыванием нити — оба образца имеют схожий рельеф поверхности, практически без текстур (рис. 3). Это сходство отражается и на кривых коэффициента трения (рис. 6). В то время как коэффициент трения в серии испытаний 1 демонстрирует значительный максимум, в серии испытаний 2 максимум не наблюдается в течение всего времени испытаний. Однако в обоих испытаниях постоянный уровень достигается после одинакового количества циклов нагрузки (L ≈ 8000).

Средний коэффициент трения μm за все время испытаний также принимает одинаковое значение для обоих испытаний. Фаза обкатки происходит как с вихревым, так и с накатанным резьбовым шпинделем, что впоследствии приводит к очень постоянному коэффициенту трения с небольшими отклонениями на уровне μ = 0,1. В серии испытаний 3 с высотой текстуры yf = 2,31 мкм наблюдается значительно более короткая фаза обкатки, которая завершается примерно через 4500 циклов нагружения. Средний коэффициент трения μm может быть снижен до μm = 0,098 в серии испытаний 3 по сравнению с накатанным (μm = 0,115) и нетекстурированным, вихревым участком нити (μm = 0,112), что соответствует снижению коэффициента трения на 14,6%. Еще более значительное снижение наблюдается в серии испытаний 4 (yf = 3,61 мкм), в которой введенная текстура поверхности как уменьшает обкатку примерно на 44 %, так и постоянно снижает коэффициент трения до более низкого уровня μm = 0,085, что соответствует снижению на 25,5 % по сравнению с накатанным резьбовым шпинделем. Однако в описанной трибологической системе полное снижение фазы обкатки с помощью этой резьбы не удалось.

4.2 Анализ износа адгезива

Износ, возникающий при контакте шпинделя и гайки, имеет решающее значение для срока службы трапецеидальной винтовой передачи. Для того чтобы определить механизмы износа направляющего винта, поверхность нагруженного фланга резьбы была исследована после 20 000 циклов нагружения с весовой силой FG = 91,3 кН и регулярной подачей смазки (рис. 7). После испытания серии испытаний показали явно различный характер износа, зависящий от структуры поверхности нагруженного бокового участка резьбы. Испытания серий 1 и 2, которые проводились без поверхностных структур на нагруженном участке резьбы, демонстрируют выраженные адгезионные отложения на нагруженном участке резьбы резьбового шпинделя. Это вызвано значительной эрозией или адгезионным износом материала гайки. По мере увеличения высоты структуры от серии испытаний 3 к серии испытаний 4 степень адгезионного износа заметно снижается (рис. 7).

Энергоэффективность и долговечность: Для того чтобы охарактеризовать долю нагруженной боковой поверхности резьбы, покрытой адгезионными отложениями, был проведен цветовой анализ микроскопических изображений с целью количественной оценки преимущественно красных отложений, вызванных содержанием меди в материале G-CuSn 7 ZnPb. Оценка удельного процента адгезии на нагруженной боковой поверхности резьбы показывает, что прокатанная трапециевидная резьбовая шпиндель имеет наибольший процент адгезии — 36,3 % (Рисунок 8). Серия испытаний 2, с завихренными боковыми поверхностями резьбы, демонстрирует наибольшее отклонение в покрытой области — 27,4 %, с стандартным отклонением 13,1 %. После экспериментально смоделированного срока эксплуатации поверхность этой серии испытаний в некоторых областях покрыта остаточными адгезионными отложениями до 45,4 %. Износной рисунок серии испытаний 4 иллюстрирует, что высота структуры yf = 3,61 μm снизила долю адгезионного износа и ограничила его на области пиков шероховатости (Рисунок 8a). Серия испытаний 2 с завихренными боковыми поверхностями резьбы имеет наибольшее отклонение площади покрытия — 27,4 %, с стандартным отклонением 13,1 %. После экспериментально смоделированного срока службы поверхность этой серии испытаний в некоторых областях покрыта остаточными клеевыми отложениями до 45,4 %. Износной рисунок серии испытаний 4 показывает, что высота текстуры yf = 3,61 μm уменьшает долю адгезионного износа и ограничивает его области пиков шероховатости (Рисунок 8a).

Из-за низкой скользящей скорости и высокого контактного давления в трибологическом контакте трение в трибологической системе разделяется на трение между твердыми телами и смешанное трение.

Адгезионный износ на боковой поверхности резьбы уменьшился у завихренных поверхностей боковых граней с 36,3 % на прокатной резьбовой шпинделе до 13,6 % в серии испытаний 3 и далее до 10,1 % в серии испытаний 4. Между выраженными пиками шероховатости с явно выраженной текстурой поверхности не происходит прилипания. Исходя из характеристик адгезионного покрытия, можно предположить, что происходит переход от режима граничного трения к смешанному трению. Согласно Вангу и др., меньшее количество пиков шероховатости, или в данном случае только пики текстуры поверхности, может привести к снижению коэффициента трения [4]. В этих областях сохраняется исходная поверхность, образовавшаяся в результате процесса завихрения.

Постепенное расположение микро-текстур также может способствовать образованию смазочного слоя с малой толщиной, как описано в [10]. Благодаря снижению трения между твердыми телами по всей контактной поверхности требуется меньшее крутящее момент для движения резьбовой шпинделя. Смазочное вещество может накапливаться в областях выраженной структуры поверхности, что приводит к увеличению толщины смазочного слоя и образованию жидкостного трения, которое предотвращает прямой контакт между поверхностями. Прямой контакт между пиками шероховатости трибологических элементов является возможной причиной адгезионного износа [19].

В результате более выраженных текстур поверхности (Рис. 9b) доля трения между твердыми телами снижается по сравнению с неструктурированной топографией поверхности (Рис. 9a). Более выраженная текстура поверхности на боковой поверхности резьбы может поглотить большее количество смазочного вещества.

При контакте трибологических элементов из различных металлов происходит передача материала от более слабого по когезии трения, в данном случае от гайки, на более прочный по когезии основной элемент, в данном случае на резьбовую шпиндель [3]. Дополнительное смазочное вещество в трении приводит к меньшему количеству соприкасающихся пиков шероховатости. Формирование адгезионных отложений на нагруженной боковой поверхности резьбы схематически изображено на Рис. 9c. Прогрессивная нагрузка на контактную поверхность гайки приводит к отслаиванию частиц, которые осаждаются на соприкасающихся пиках шероховатости нагруженной боковой поверхности резьбы. Эти частицы постепенно образуют слой на контактных поверхностях нагруженной боковой поверхности резьбы (Рис. 10) и предотвращают прямой контакт между материалом болта и гайки. Этот процесс продолжается, пока не будет достигнуто стационарное состояние, и материал больше не передается с внешних слоев поверхности гайки на нагруженную боковую поверхность резьбы. Этот процесс влияет на поведение в процессе вхождения и переходит в стационарное состояние, когда соприкасающиеся пики шероховатости покрыты отложениями клея. Это влияет на коэффициент трения. Рисунок 10 показывает, что отложения имеют высоту около 2 μm и что на исходной поверхности нагруженной боковой поверхности резьбы нет абразивного износа.

5 Заключение и перспективы

В рамках данного исследования были созданы три различные топографии поверхности методом завихрения и исследованы их трибологические свойства на трапециевидных резьбовых шпинделях. Помимо измерения коэффициента трения, был исследован износной рисунок на нагруженных боковых поверхностях резьбы и количественно оценены адгезионные отложения.

В сравнении с прокатными резьбовыми шпинделями было показано, что поверхностные структуры на нагруженной боковой поверхности резьбы, используемой в системах подъема тяжелых грузов, обеспечивают значительное преимущество. Метод завихрения позволяет создавать более разнообразные текстуры поверхности, что приводит к снижению коэффициента трения на 25,5 %. Это снижение коэффициента трения приводит к пропорциональному снижению потребления энергии в общей системе, если учитывать специфическую нагрузку системы подъема, поскольку эффективность существенно зависит от трения между шпинделем и гайкой. Более того, было показано, что исходная текстурированная поверхность резьбовой шпиндели, созданная методом завихрения, остается в значительной степени целой даже после экспериментально смоделированного срока службы в 10 лет. Это указывает на то, что удалось уменьшить долю трения между твердыми телами, при котором пики шероховатости шпинделя и гайки находятся в прямом контакте. С помощью представленных текстур поверхности удалось снизить адгезионный износ на боковой поверхности резьбы в серии испытаний 4 до 10,1 %, по сравнению с 36,3 % на прокатной резьбовой шпиндели.

Хотя в тесте была смоделирована полная эксплуатационная продолжительность резьбовой шпиндели в 10 лет, срок службы гайки не был представлен. В то время как только часть шпинделя подвергается трибологическому контакту, внутреннее резьбовое соединение гайки постоянно испытывает нагрузку, что приводит к значительно более длительному воздействию трибологических взаимодействий. Будущие исследования могут уделить больше внимания этому аспекту системы трения, особенно с учетом проблемы измерения износа гайки. Еще одним положительным эффектом резьбовой шпиндели с выраженной текстурой поверхности может быть снижение износа контртрибологического элемента, в данном случае гайки.

Ссылки

1. Langsdorff W (1969) Gewindefertigung und Herstellung von Schnecken, 6th edn. Springer, Berlin, Heidelberg
2. Gereke-Bornemann H, von Soden M (2010) Wie man den Stickslip-Effekt bei Gewindespindeln vermeidet
3. Stribeck R (1902) Die wesentlichen Eigenschaften der Gleit- und Rollenlager
4. Wang X, Kato K, Adachi K et al (2003) Loads carrying capacity map for the surface texture design of SiC thrust bearing sliding in water. Tribol Int 36(3):189–197. https://doi.org/10.1016/S0301-679X(02)00145-7
5. Touche T, Cayer-Barrioz J, Mazuyer D (2016) Friction of textured surfaces in EHL and mixed lubrication: effect of the groove topography. Tribol Lett 63:25. https://doi.org/10.1007/s11249-016-0713-8
6. Flores G, Abeln T, Klink U (2007) Functionally adapted final machining for cylinder bores made of cast iron. MTZ Worldw 68:6–9. https://doi.org/10.1007/BF03226811
7. Buckley DH (1981) Surface effects in adhesion, friction, wear and lubrication. Elsevier, Amsterdam
8. Etsion I (2004) Improving tribological performance of mechanical components by laser surface texturing. Tribol Lett 17:733–737. https://doi.org/10.1007/s11249-004-8081-1
9. Hamilton DB, Walowit JA, Allen CM (1966) A theory of lubrication by microirregularities. ASME J Basic Eng 88(1):177–185. https://doi.org/10.1115/1.3645799
10. Brizmer V, Kligerman Y, Etsion I (2003) A laser surface textured parallel thrust bearing. Tribol Transact 46(3):397–403. https://doi.org/10.1080/10402000308982643
11. Kovalchenko A, Ajayi O, Erdemir A, Fenske G, Etsion I (2005) The effect of laser surface texturing on transitions in lubrication regimes during unidirectional sliding contact. Tribol Int 38(3):219–225. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2004.08.004
12. Denkena B, Köhler J, Kästner J, Göttsching T, Dinkelacker F, Ulmer H (2013) Efficient machining of microdimples for friction reduction. ASME J Micro Nano Manuf 1(1):11003. https://doi.org/10.1115/1.4023757
13. Stender W (1954) Schälen von Gewindespindeln: Die zeitgemäße Lösung eines alten Problems. Werkstatttechnik Maschinenbau 44:531–538
14. Matsumura T, Serizawa M, Ogawa T, SasakiM(2015) Surface dimple machining in whirling. JManuf Syst 37(2):487–493. https://doi.org/10.1016/j.jmsy.2014.07.008
15. Denkena B, Bergmann B, Keitel M, Wege C, Poll G, Kelley J, Pape F (2023) Process strategies for milling of dimples on tapered roller bearings. Prod Eng Res Devel 17:893–905. https://doi.org/10.1007/s11740-023-01208-416.
16. Steinert P (2017) Fertigung und Bewertung deterministischer Oberflächenmikrostrukturen zur Beeinflussung des tribologischen Verhaltens von Stahl-Bronze-Gleitpaarungen. Technischen Universität Chemnitz
17. Greenwood JA, Tripp JH (1967) The elastic contact of rough spheres. ASME J Appl Mech 89:153
18. Haessig DA, Friedland B (1990) On the modeling and simulation of friction. American Control Conference, San Diego
19. Aurégan G, Fridrici V, Kapsa P, Rodrigues F (2015) Experimental simulation of rolling—sliding contact for application to planetary roller screw mechanism. Wear 332–333:1176–1184. https://doi.org/10.1016/j.wear.2015.01.047
20. Denkena B, Böß V, Nespor D, Gilge P, Hohenstein S, Seume J (2015) Prediction of the 3D surface topography after ball end milling and its influence on aerodynamics. Procedia CIRP 31:221–227. https://doi.org/10.1016/j.procir.2015.03.049
21. Böge G, Böge W (2021) Statik starrer Körper in der Ebene. In: Böge A, Böge W(eds) Handbuch Maschinenbau. Springer Vieweg, Wiesbaden
22. Blau PJ (2006) On the nature of running-in. Tribol Int 38(11):1007–1012. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2005.07.020

Благодарности

Авторы выражают благодарность Федеральному министерству экономики и защиты климата (BMWK) за поддержку, а также проектному партнеру компании Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co. KG за конструктивное и тесное сотрудничество.

Поддержка

Исследования были профинансированы Федеральным министерством экономики и защиты климата (BMWK) в рамках Центральной программы инновационной поддержки.

Вклад авторов

Б. Денкена вместе с Б. Бергманом проверил и отредактировал рукопись. C. Веге разработал концепцию этой работы, провел эксперименты, проанализировал данные и написал рукопись. М. фон Зоден и Х. Гереки-Борнеманн изготовили инструменты и обеспечили экспериментальную установку.

Поддержка

Финансирование с открытым доступом было обеспечено и организовано в рамках проекта DEAL.

Конфликт интересов

Б. Денкена, Б. Бергманн, С. Веге, М. фон Зоден и Х. Гереки-Борнеманн заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Open Access

Эта статья лицензирована по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International, которая позволяет использование, распространение, адаптацию, распространение и воспроизведение в любом носителе или формате при условии, что исходные авторы и источник указаны надлежащим образом, предоставлена ссылка на лицензию Creative Commons и любые изменения отмечены. Изображения или другие материалы третьих сторон, содержащиеся в этой статье, включены в лицензию Creative Commons этой статьи, если не указано иное в источнике материала. Если материалы не включены в лицензию Creative Commons статьи и ваше предполагаемое использование не разрешено законодательством или превышает разрешенное использование, вы должны получить разрешение непосредственно от владельца прав. Чтобы ознакомиться с текстом этой лицензии, посетите, пожалуйста, http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Уведомление издательства

Springer Nature сохраняет нейтралитет в отношении юридических споров, касающихся географических указаний на опубликованных картах и институциональных принадлежностей.

• Springer Nature, 24.05.2024