Kilfilmsprincipen är ett grundläggande koncept inom tribologi, som är studiet av friktion, smörjning och slitage mellan kontaktytor. Det är särskilt viktigt för att förstå smörjmekanismerna i glidkontakter, såsom axellager, axiallager och kamföljare.
När två fasta ytor kommer i kontakt under belastning upplever de friktion och slitage på grund av växelverkan mellan deras ytskillnader (toppar och dalar). För att minska friktion och slitage införs ett tunt lager smörjmedel mellan ytorna. Denna smörjfilm separerar ojämnheter, förhindrar direktkontakt och minskar friktion och slitage.
Kilfilmsprincipen förklarar hur ett konvergerande kilformat gap mellan två glidytor kan generera och upprätthålla ett hydrodynamiskt tryck inuti smörjmedelsfilmen. Detta tryck är det som stöder belastningen och håller ytorna åtskilda, vilket effektivt uppnår hydrodynamisk smörjning.
Så fungerar det:
1. Konvergerande kil: När en av ytorna rör sig i förhållande till den andra skapas ett kilformat gap mellan dem. Den konvergerande naturen hos gapet gör att smörjmedlet dras in i gapet av de viskösa krafterna från själva smörjmedlet.
2. Tryckgenerering: När smörjmedlet strömmar in i den konvergerande kilen, upplever det en ökning i trycket på grund av det minskande gapet. Detta tryck verkar normalt mot glidytorna och trycker isär dem.
3. Ladda stöd: Trycket som genereras inuti smörjmedelsfilmen stödjer belastningen som appliceras mellan ytorna. Detta tryck fungerar som en vätskekil som separerar ytorna, förhindrar direktkontakt och minskar friktion och slitage.
4. Skärspänning och viskositet: Smörjmedlet fungerar som en trögflytande vätska som motstår flödet av kilen. Skjuvkrafterna (på grund av smörjmedlets viskositet) uppväger den applicerade belastningen, vilket ytterligare förbättrar smörjmedelsfilmens lastbärande kapacitet.
Kilfilmsprincipen är väsentlig för att förstå designen och driften av hydrodynamiska lager och andra tribologiska system. Genom att designa ytor med lämpliga former som kan skapa och upprätthålla kilformade gap, kan ingenjörer uppnå effektiv smörjning och avsevärt minska friktion och slitage i olika mekaniska komponenter.
