The effect of viscoelasticity and operating conditions on friction of compliant contacts

Poddajné kontakty obsahující polymerní nebo pryžové členy lze nalézt v technických i biologických aplikacích. I přes vývoj v této oblasti existují efekty, které ovlivňují tribologické aspekty těchto kontaktů, a je třeba je dále zkoumat. Tato práce se zabývá vlivy kinematických podmínek, konfigurace, viskoelasticity a viskozity maziva na tření v mazaných poddajných kontaktech. Výsledky byly použity k vývoji numerického modelu pro predikci kapalinového tření v poddajných kontaktech. K objasnění chování poddajných kontaktů bylo použito zařízení Mini Traction Machine (MTM) v konfiguraci ball-on-disc, což umožnilo zkoumání zmíněných vlivů. Z poznatků z technické oblasti bylo zjištěno, že viskoelasticita se projevuje ve všech konfiguracích, tedy soft-on-hard, hard-on-soft a soft-on-soft, a její efekt je nejvýznamnější v konfiguracích s poddajným diskem. Data dále ukazují, že poměr skluzu a valení má vliv na valivé tření což je v rozporu se současnou literaturou. Výsledky z biologické oblasti naznačují, že za určitých podmínek lze nahradit nativní kapalinu jednoduchým mazivem. Tyto poznatky mohou posloužit jako odrazový můstek pro další studie zabývající se poddajnými kontakty.Compliant contacts containing polymer or rubber members may be found in both technical and biological applications. Despite the development in the field, certain effects influencing the tribological performance of these contacts are yet to be investigated. This work investigates the effects of kinematic conditions, configuration, viscoelasticity, and lubricant viscosity on friction in lubricated compliant contacts. Experimental data were also used to develop a numerical simulation capable of predicting fluid friction in compliant contacts. Mini Traction Machine (MTM) in the ball-on-disc configuration was used to successfully gain insight into the behaviour of compliant contacts, allowing the investigation of the mentioned effects. Findings in the technical applications have confirmed that viscoelastic effects are present in all configurations, being soft-on-hard, hard-on-soft and soft-on-soft, where they seem to be more profound in the configurations using compliant discs. The experimental data also suggest that the slide-to-roll ratio affects rolling friction in all configurations which is contrary to current literature. Data from the biological applications suggest that native lubricants may be substituted by simple lubricants under certain conditions. These findings have the potential to lay the ground for further investigations of compliant contacts.