CRC Handbook of Lubrication: Theory and Practice of Tribology, Volume II: Theory and Design

HANDBOOK of LUBRICATION Theory and Practice of Tribology, Volume II......Page 1
PREFACE?VOLUME II......Page 3
THE EDITOR......Page 4
ADVISORY BOARD......Page 5
EDITORIAL REVIEW BOARD......Page 6
CONTRIBUTORS......Page 7
TABLE OF CONTENTS......Page 10
MEASUREMENT OF SURFACE ROUGHNESS......Page 13
Friction, Wear, and Lubrication Theory......Page 12
CARTOGRAPHY OF SURFACE ROUGHNESS......Page 19
Gaussian Height Distribution......Page 21
Non-Gaussian Height Distributions......Page 22
PURE, MIXED, AND STRATIFIED SURFACE TEXTURES......Page 23
REFERENCES......Page 25
Microscopy......Page 27
Analytical Surface Tools......Page 28
Auger Electron Spectroscopy AES......Page 30
X-Ray Photoemission Spectroscopy XPS......Page 32
Other Techniques......Page 33
Metallurgy and Crystalline Structure......Page 35
Solid State Bonding......Page 36
Chemisorption......Page 37
Compound Formation......Page 38
Introduction......Page 39
Properties of Surfaces......Page 40
CLASSIFICATION OF FRICTIONAL CONTACTS......Page 41
Adsorption on Surfaces......Page 42
Estimating Contact Area......Page 43
Adhesion and Peeling......Page 44
Laws of Friction......Page 45
Measurement of Friction......Page 47
General Frictional Behavior and Influence of Variables......Page 49
Static and Kinetic Friction......Page 52
Principles of Stick-Slip......Page 53
Analysis of Strip Chart......Page 55
REFERENCES......Page 57
REFERENCES......Page 58
Friction and Wear Phenomena......Page 59
Transitions and Operational Severity......Page 60
Run-In......Page 61
Gases......Page 62
Bulk Lubricants......Page 63
Additives......Page 64
Asperities and Load-Bearing Characteristics......Page 66
Boundary Film Friction......Page 69
Rheodynamic Boundary Film Formation......Page 70
WEAR MECHANISMS......Page 71
Entrainment......Page 72
Cushioning......Page 73
Coherence and Friability......Page 74
SELECTION OF BOUNDARY LUBRICANTS......Page 75
REFERENCES......Page 77
Infinite Slider Bearing......Page 79
Short Journal Bearing......Page 82
TURBULENCE......Page 83
ENERGY EQUATION......Page 87
DYNAMICS......Page 89
Bearing Natural Frequency......Page 91
Bearing Response......Page 93
Bearing Stability......Page 95
Design of Bearings For Optimum Dynamic Performance......Page 97
REFERENCES......Page 100
FINITE DIFFERENCE SOLUTIONS......Page 102
Relaxation......Page 104
Direct Matrix Inversion......Page 105
Columnwise Influence Coefficients......Page 106
Calculation of Flow and Power Loss......Page 107
FINITE ELEMENT ANALYSIS......Page 108
REFERENCES......Page 113
Load......Page 114
Flow......Page 115
Flow Restrictors......Page 116
Single Acting......Page 118
Double-Acting......Page 119
JOURNAL BEARINGS......Page 122
OIL LIFTS......Page 125
NOMENCLATURE......Page 128
REFERENCES......Page 129
Special Formulation for Circular Section......Page 130
General Formulation......Page 132
“Broad-Section? Formulas......Page 134
General Formulation......Page 135
Short-Bearing Relations......Page 136
General Formulation ? Without Rotation......Page 138
General Formulation ? With Rotation......Page 141
Parametric Studies......Page 142
Field Experience......Page 144
NOMENCLATURE......Page 145
REFERENCES......Page 146
Film Thickness......Page 147
Film Shape and Pressure Distribution......Page 150
Film Thickness......Page 152
Low-Slip Friction......Page 155
High-Slip Friction......Page 158
PARTIAL-FILM EHL......Page 160
Average Friction......Page 161
Micro-Elastohydrodynamic Lubrication......Page 162
COMPLIANT HYDRODYNAMIC JOURNAL AND THRUST BEARINGS......Page 163
Rolling Element Bearings......Page 164
Gears......Page 165
Cam-Follower Systems......Page 167
REFERENCES......Page 168
Spheres in Contact......Page 171
Terminology......Page 172
Effect of Environment......Page 173
Severe Sliding Wear......Page 174
Corrugation......Page 176
Adhesion......Page 177
The Delamination Theory of Wear......Page 178
Test Methods for Abrasion Resistance......Page 179
Abrasion by Impacting Particles......Page 183
Fretting......Page 184
Corrosive Wear......Page 186
Cavitation Erosion......Page 187
RESIDUAL STRESS......Page 188
PARTICLE FORMATION......Page 189
REFERENCES......Page 191
WEAR OF UNFILLED POLYMERS......Page 193
Deformation Wear on Rough Surfaces......Page 194
Interfacial Wear on Smooth Surfaces......Page 197
ELASTOMERS......Page 198
MINERAL- AND CERAMIC-FILLED RESINS......Page 202
POLYMER SELECTION USING PUBLISHED WEAR DATA......Page 203
REFERENCES......Page 206
ADHESIVE WEAR......Page 209
VALUES OF WEAR COEFFICIENT k......Page 210
Solution......Page 213
CORROSIVE WEAR......Page 214
Example 2: Unusually Severe Wear of Railroad Rails......Page 215
REFERENCES......Page 216
ADHESIVE WEAR......Page 217
CORROSIVE CHEMICAL WEAR......Page 218
ADHESIVE WEAR-CHEMICAL WEAR BALANCE......Page 220
Temperature......Page 223
Wear Coefficients......Page 224
CONTACT FATIGUE......Page 225
Effect of Water......Page 226
Lubricant Type and Lubricant Additives......Page 227
CAVITATION WEAR......Page 229
ELECTROCHEMICAL WEAR......Page 230
REFERENCES......Page 231
VISCOSITY......Page 235
Lubricants and Their Application......Page 234
VISCOSITY-TEMPERATURE RELATIONSHIPS......Page 237
VISCOSITY-PRESSURE RELATIONSHIPS......Page 240
VISCOSITY-SHEAR RELATIONSHIPS......Page 241
Polymer Degradation......Page 242
VAPOR PRESSURE......Page 243
DENSITY......Page 245
BULK MODULUS......Page 246
GAS SOLUBILITY......Page 247
THERMAL PROPERTIES......Page 249
Heat of Vaporization......Page 250
Surface Tension......Page 251
THERMAL STABILITY......Page 252
OXIDATION STABILITY......Page 253
LUBRICATION SPECIFICATIONS......Page 255
NOMENCLATURE......Page 258
REFERENCES......Page 259
Lithium Soap Greases......Page 261
Calcium 12-Hydroxystearate Greases......Page 263
Sodium Soap Greases......Page 264
Nonsoap Thickeners......Page 265
Antioxidants......Page 266
Rust and Corrosion Inhibitors......Page 268
Dyes......Page 269
Bleeding ASTM D-1742......Page 270
Apparent Viscosity ASTM 1092......Page 271
Four-Ball Methods ASTM D-2596, ASTM D-2783......Page 272
ADDITIONAL REFERENCES......Page 273
Graphite and MoS2......Page 274
Other Lamellar Solids......Page 277
Soft Metal Films......Page 278
Diffusion Coatings......Page 279
Polymers......Page 280
FRICTION AND WEAR TESTING......Page 281
Bonded Coatings......Page 282
Self-Lubricating Composites......Page 284
Metal-Lamellar Solid Composites......Page 285
Carbons and Graphites......Page 287
Ceramics and Cermets......Page 289
Selection of Materials for Dry Sliding......Page 290
Dispersions in Oils and Greases......Page 291
REFERENCES......Page 293
PROPERTIES OF A GAS......Page 296
Viscosity......Page 297
Hydrodynamic and Hydrostatic Designs......Page 303
Speed of Sound......Page 304
REFERENCES......Page 305
Boundary Lubrication Additives......Page 306
Corrosion Inhibitors......Page 307
Oxidation Inhibitors......Page 308
Viscosity Modifiers......Page 309
Foam Decomposers......Page 310
Problems with Interactions......Page 311
Meeting Performance Requirements......Page 312
Formulation......Page 313
APPENDIX: EXAMPLES OF LUBRICANT ADDITIVES......Page 314
REFERENCES......Page 320
Upsetting a Cylinder......Page 321
Impression Die Forging......Page 323
Rolling......Page 324
Wire, Bar, and Tube Drawing......Page 326
Extrusion......Page 327
LUBRICATING MECHANISMS......Page 328
Films of Low-Shear Strength......Page 329
Lubricating Regimes......Page 331
Friction Testing......Page 332
Hot-Working Lubricants......Page 333
REFERENCES......Page 337
Orthogonal Machining......Page 338
The Built-Up Edge......Page 339
Cutting Forces......Page 341
Cutting Ratio......Page 342
Shear Strain in Chip Formation......Page 343
Kinematics......Page 344
Specific Cutting Energy......Page 345
Representative Example......Page 346
Three-Dimensional Cutting......Page 347
Tool Materials......Page 348
Taylor Tool Life Equation......Page 349
Crater Wear......Page 350
Special Deoxidized Steels......Page 351
CHIP FORMATION AND CHIP CONTROL......Page 352
MACHINING ECONOMICS......Page 354
GRINDING......Page 355
Grinding Mechanics......Page 356
REFERENCES......Page 358
Cutting Oils......Page 360
Emulsified Oils Soluble Oils......Page 362
Chemical Solutions Synthetic Fluids......Page 363
Type of Operation......Page 364
Type of System......Page 365
Water Quality......Page 366
Ease of Use......Page 367
CUTTING FLUID CONTROLS......Page 368
Flood Application......Page 369
High Pressure Application......Page 370
SAFETY AND HEALTH FACTORS......Page 371
REFERENCES......Page 372
TESTING METHODS......Page 373
PRESERVATIVE USE......Page 374
HOW TO FIND AN EFFECTIVE PRESERVATIVE FOR A COOLANT......Page 375
MICROBIAL CONTROL OF WORKING COOLANTS......Page 376
FACTORS THAT INFLUENCE DETERIORATION CONTROL......Page 377
REFERENCES......Page 378
TRADITIONAL LUBRICANT APPLICATION DEVICES......Page 381
OIL AND GREASE CENTRALIZED SYSTEMS ? OPERATING PRINCIPLES......Page 382
Progressive Nonreversing System......Page 383
Progressive Reversing System......Page 385
Dual Line System......Page 388
Orifice Oil Mist System......Page 389
SYSTEM PLANNING AND INSTALLATION......Page 391
CENTRALIZED OPEN GEAR SPRAY SYSTEMS......Page 392
BULK GREASE HANDLING SYSTEMS......Page 394
REFERENCES......Page 395
Connections......Page 396
Reservoir Heating......Page 399
Choice of Pump Type......Page 400
Settling......Page 401
Filtration......Page 402
COOLERS......Page 404
PRESSURE CONTROL......Page 405
EMERGENCY EQUIPMENT AND SYSTEM CONTROL......Page 406
Drain......Page 409
Cleanliness......Page 410
Average Viscosity......Page 412
Design Principles......Page 411
Boundary Conditions......Page 413
Thermal Effects......Page 416
Inertia Effects......Page 417
Dynamic Properties of Lubricant Films......Page 419
Fixed-Type Thrust Bearings......Page 423
Pivoted-Pad Thrust Bearings......Page 425
Performance Charts......Page 426
Centrally Pivoted Pads......Page 430
Flexible-Type Thrust Bearings......Page 433
Centrally Loaded Partial Bearings......Page 434
Full Journal Bearing......Page 440
PIVOTED-PAD JOURNAL BEARINGS......Page 442
Pad Contour Preloading......Page 443
Pad Inertia......Page 444
Excitation Frequency......Page 446
NOMENCLATURE......Page 453
REFERENCES......Page 460
Fatigue Strength......Page 462
Embedability......Page 464
Thermal Properties......Page 465
Tin Babbitt......Page 466
Leaded Bronzes......Page 468
Aluminum......Page 470
POROUS MATERIALS......Page 471
PLASTIC AND OTHER NONMETALLIC BEARING MATERIALS......Page 472
Solid Wall Bearings......Page 473
Tri-Metal......Page 474
REFERENCES......Page 475
Mechanical Wear......Page 476
Electrical Damage......Page 480
Damage from Thermal Effects......Page 486
WIPING......Page 487
Chemical......Page 489
Fretting......Page 491
EROSION......Page 492
REFERENCES......Page 493
Radial and Angular Contact Figure 2......Page 494
Thrust Bearings Figure 3......Page 495
Boundary Dimensions......Page 496
BEARING MATERIALS......Page 498
Strength......Page 502
Fatigue Resistance......Page 503
Contact of Elastic Bodies......Page 504
Roller Crowning......Page 505
Nomenclature......Page 507
Contact Deformations and Load Distribution......Page 509
Rolling Bearing Kinematics......Page 511
Friction in Rolling Bearings......Page 512
Rolling Bearing Endurance......Page 513
Load......Page 514
Speed......Page 515
Misalignment and Contact Geometry......Page 516
Clearance and Ring Support......Page 518
Mounting......Page 520
Basic Principles......Page 523
Greases......Page 524
Dry Lubricants......Page 527
Lubricant Selection......Page 528
Lubricating Systems......Page 529
FAILURE ANALYSIS......Page 531
REFERENCES......Page 536
GEAR TYPES AND TERMINOLOGY......Page 537
DESIGN CONSIDERATIONS AND GEAR MATERIALS......Page 539
GEAR LUBRICATION......Page 541
TYPES OF LUBRICANTS......Page 542
Open Gear Compounds......Page 543
Greases......Page 544
METHODS OF LUBRICATION......Page 545
GEAR WEAR......Page 556
REFERENCES......Page 562
Gear Couplings......Page 563
Chain Couplings......Page 566
The Gear Coupling......Page 567
Standard Couplings......Page 568
High-Performance Couplings......Page 569
Steel Grid Couplings......Page 571
Grease as a Coupling Lubricant......Page 572
Oil as a Coupling Lubricant......Page 573
Lubricant Selection......Page 575
REFERENCES......Page 577
Stator and Rotor Arrangement......Page 578
Secondary Seals......Page 580
Seal Balance......Page 581
Ordinary Pressure-Temperature-Speed Limits......Page 583
Life......Page 584
High Speed......Page 585
Materials......Page 586
Ring Seals......Page 588
Circumferential Seals......Page 591
Radial Lip Seals......Page 594
Life and Leakage......Page 595
Materials......Page 601
Compression Packing......Page 602
COMMONLY USED MATERIALS......Page 603
Automatic Packing......Page 605
Squeeze Packing......Page 607
Hydrodynamic Seals......Page 609
Hydrosatic Seals......Page 611
Floating Bushing Seal......Page 612
Freeze Seal......Page 614
Viscoseal......Page 615
REFERENCES......Page 618
FACTORS TO BE CONSIDERED IN SELECTING COATINGS......Page 620
ANTICIPATED MODES OF WEAR......Page 621
Abrasive Wear......Page 622
Adhesive Wear......Page 624
Erosion......Page 627
Fretting Wear......Page 628
Cavitation-Erosion......Page 629
Electroless Deposition......Page 630
Sprayed Coatings......Page 631
Hard Facings......Page 632
Chemical Conversion Coatings......Page 633
Diffusion Treatments......Page 634
Miscellaneous Treatments......Page 635
TYPICAL APPLICATIONS FOR WEAR-RESISTANT COATINGS......Page 637
REFERENCES......Page 640
General Considerations......Page 642
Technical Function of Tribological Systems......Page 643
Structure of Tribological Systems......Page 645
Interactions Between the System Elements, R ={Rai,aj}......Page 646
Influence of Tribological Processes on Structure, Function, and Reliability of Mechanical Systems......Page 648
Comprehensive Characterization of Tribological Systems......Page 652
Systematic Lubricant Selection Procedure......Page 653
Monitoring of Operating Variables......Page 655
Monitoring of Components and Lubrication......Page 656
Monitoring of Wear-Induced Material Losses......Page 657
REFERENCES......Page 658