Akademia Górniczo-Hutnicza

im. Stanisława Staszica w Krakowie

LABORATORIUM PKM

Lab. 3 Badanie statycznego i kinetycznego współczynnika tarcia dla wybranych skojarzeń ciernych

Ćwiczenie 1

1. Cel ćwiczenia

- Wyznaczenie zależności pomiędzy momentem skręcającym obciążenia zewnętrznego M_s=f(P_n) na wale, a wartością normalnej siły docisku P_n.

- Wyznaczenie wartości współczynnika tarcia µ= f(P_n) zależnego od wartości siły docisku P_n dla wybranych par materiałów.

- Kwalifikacja badanych par materiałów na elementy konstrukcyjne sprzężeń ciernych występujących w budowie maszyn.

2. Stanowisko pomiarowe

2.1 Schemat stanowiska pomiarowego

Rys. 1 Schemat stanowiska pomiarowego z instrukcji do laboratorium autorstwa dr inż. Dariusza Lepiarczyka

1 - korpus stanowiska

2 - wał

3 - łożyskowanie wału

4 - koło linowe

5 - obciążniki (układ obciążający)

6 - tarcze cierne

7 - śruba regulacyjna siłę nacisku FD

8 - czujnik siły

9 - czujniki tensometryczne do pomiaru momentu skręcającego

10 - czujnik kata do pomiaru prędkości przemieszczenia tarczy sprzęgła

2.2 Opis stanowiska pomiarowego

Stanowisko laboratoryjne zbudowane jest z korpusu 1, na którym wał 2 został podparty na dwóch łożyskach tocznych 3. Na jednym końcu wału 2 zamocowano koło linowe 4 z odważnikami 5, jako układ obciążający oraz czujnik kąt skręcenia wału 10. Na drugim jego końcu zamontowano tarcze cierne 6 z możliwością ich wymiany. Nacisk na współpracujące tarcze cierne siłą FD jest wywierany za pomocą śruby regulacyjnej 7. Siła dociskająca tarcze mierzona jest za pomocą tensometrycznych czujników siły 8, naklejonych na pałąkowy, sprężysty przetwornik siły. Pomiar momentu skręcającego dokonywany jest za pomocą czujników tensometrycznych 9.

3. Przebieg ćwiczenia

1. Założenie tarczy ciernej nr 1 (ze stalowymi powierzchniami ciernymi)

2. Przykręcenie tarczy ciernej nr 1 do tarczy dociskowej za pomocą śrub (M8)

3. Obciążenie koła linowego odważnikiem

4. Rozpoczęcie pomiaru

5. Zmniejszanie wartości siły docisku F_D za pomocą śruby regulacyjnej do momentu samoczynnego obrotu koła linowego

6. Odczytanie i zapisanie otrzymanych wyników pomiaru (kąt, siła, moment)

7. Zmiana wartości obciążenia koła linowego

8. Wymiana tarczy ciernej nr 1 na tarczę cierną nr 2 (z powierzchniami ciernymi wykonanymi z tworzywa sztucznego)

9. Dla tarczy ciernej nr 2 wykonać punkty nr. 3, 4, 5, 6, 7

4. Wyniki

a) dla tarczy 1

b) dla tarczy 2

5. Obliczenia

a) obliczenie momentu obciążenia:

Dane:

Obciążenia przy poszczególnych próbach:

Próba 1: m=19,85kg (3 odważniki: 8,36;8,49;3)

Próba 2: m=16,85kg (2 odważniki: 8,36;8,49)

Próba 3: m=8,49kg (1 odważnik)

R_t= 0,275 m

9,81 m/s²

Moment obciążenia:

Próba 1: M_obc1=19,85· 9,81·0,275=53,55Nm

Próba 2: M_obc2=16,85· 9,81·0,275=45,46Nm

Próba 3: M_obc3=8,49· 9,81·0,275=22,90Nm

b) obliczenie wartości średniego promienia tarcia:

Dane:

Średnica zewnętrzna: Średnica wewnętrzna:
Promień zewnętrzny:

Promień wewnętrzny:

Średni promień tarcia:

c) Wartość średnia siły tarcia:

d) Graniczne wartości siły docisku przy kolejnych obciążeniach, dla których nastąpiło zerwanie styku:

-) stal stopowa – ferodo

-) stal stopowa - stal stopowa

e) Współczynnik tarcia statycznego:

-) stal stopowa – ferodo

-) stal stopowa – stal stopowa

7. Wnioski (bardziej spostrzeżenia)

• Tarcze wykonane z tworzywa sztucznego mają mniejszą tendencję do ślizgania się

• Największe zużycie sprzęgła następuje w momencie wyłączenia go (zerwania kontaktu dwóch powierzchni ciernych)

• W wyniku tarcia dwóch powierzchni wydziela się ciepło, do odprowadzania, którego służą wyżłobienia na powierzchni tarczy ciernej

• Rowki na powierzchni tarczy służą również, jako wskaźnik zużycia sprzęgła

• Sprężyny redukują wibracje oraz naprężenia powstające w momencie włączania i wyłączania sprzęgła

• Sprzęgła mogą pełnić funkcję bezpiecznika, odłączając napęd w przypadku przeciążenia lub uszkodzenia urządzenia

Zadanie dodatkowe – układ hamulcowy Fiata 125p

1. Cel ćwiczenia: wyznaczenie momentu hamującego, koniecznego do wstrzymania ruchu obrotowego przy pomocy hamulca tarczowego w układzie symulującym Fiata 125p.

2. Wstęp teoretyczny

Fiat 125p jest wyposażony w dwuklockowe hamulce tarczowe na przedniej i tylnej osi. Układ hamulcowy pojazdu przedstawia poniższy schemat:

Legenda:

1. zbiorniki płynu hamulcowego, 2. pompa hamulców, 3. sygnalizator uszkodzenia układu hamulcowego, 4. zacisk hamulca przedniego koła, 5. tarcza hamulca, 6. urządzenie wspomagające hamulców, 7. pedał hamulca, 8. włącznik światła hamowania, 9. dźwignia hamulca postojowego, 10. korektor hamowania tylnych kół, 11. trójnik. 12. drążek skrętny korektora hamowania, 13. linka hamująca, 14. zacisk hamulca tylnego koła, 15.tarcza hamulca, 16. nakrętka z przeciwnakrętką do regulacji naciągu linki.

Współpraca cierna tarcz z klockami powoduje zużycie obu elementów wraz z postępującym czasem eksploatacji. Zużycie okładziny ciernej klocków następuje jednak dużo szybciej, co powoduje konieczność ich wymiany w pierwszej kolejności.

Zastosowane w hamulcu rozwiązania konstrukcyjne sprawiają, że zmniejszeniu grubości klocków towarzyszy ich przesunięcie bliżej tarczy, przez co na ogół nie trzeba ich regulować aż do wymiany.

Obieg płynu hamulcowego w układzie ma charakter dwuobwodowy. Pompa przekazuje osobne porcje płynu do hamulców na osi przedniej (przewody czarne na rysunku) oraz osi tylnej (przewody czarno-białe). Jest to podyktowane względami bezpieczeństwa: w przypadku awarii jednego z obwodów drugi zachowuje sprawność, przez co istnieje możliwość zatrzymania pojazdu po zapaleniu się czerwonej lampki sygnalizującej uszkodzenie.

Pozbawiony zakłóceń przebieg hamowania oraz stateczność pojazdu po wciśnięciu pedału są w dużej mierze zależne od ciśnienia podanego na hamulec. Ma to szczególne znaczenie w tylnej części pojazdu, gdzie znajduje się bagażnik. Jego zawartość może wywierać znaczny wpływ na tylną oś, przez co konieczne jest zastosowanie korektora hamowania (nr 10 na rysunku). Przy wzroście obciążenia tylnej osi urządzenie to odpowiednio zwiększa ciśnienie w celu uniknięcia niekontrolowanego zachowania pojazdu na skutek powstania różnicy w skuteczności hamowania kół na obu osiach.

3. Przebieg ćwiczenia

Przy pomocy dźwigni hamulca ręcznego uaktywniono układ hamulcowy. W tym samym czasie obserwowano zmianę ciśnienia płynu hamulcowego, podawaną na ciśnieniomierzu wskazówkowym w kilogramach siły na centymetr kwadratowy. Wzrost jego wartości spowodował dociśnięcie klocków do tarczy oraz hamowanie na skutek tarcia między nimi. Gdy prędkość obrotowa spadła do zera, zapisano wartość ciśnienia płynu: 19 kp/cm².

4. Dane do obliczeń

model samochodu: Fiat 125p

ciśnienie płynu hamulcowego: p=19 kp/cm²

średnica tarczy hamulcowej: 227 mm

materiał tarczy hamulcowej: żeliwo

średnica cylindra hamulca przedniego: 48 mm

średnica cylindra hamulca tylnego: 38 mm

wymiary klocków hamulcowych:

szerokość: 109 mm

maksymalna wysokość: 39 mm

pole powierzchni ciernej: 31 cm²

liczba klocków: 2

materiał okładziny ciernej klocków: ferrodo

współczynnik tarcia żeliwo-ferrodo: μ_k=...

5. Obliczenia

6. Podsumowanie

• hamulec tarczowy oraz sprzęgło cierne wykazują pewne podobieństwa konstrukcyjne. Spowodowane jest to wywieraniem siły docisku na kierunku osiowym, co odróżnia hamulce tarczowe od pozostałych i pozwala na obliczenia przez analogię do sprzęgła ciernego. Ich cel jest jednak przeciwny; sprzęgło ma umożliwić wspólny obrót dwóch wałów poprzez ich sprzężenie, hamulec natomiast powoduje spowolnienie bądź zatrzymanie obrotu.

• wartość momentu hamującego jest wprost proporcjonalna do ciśnienia cieczy w układzie.

• ilość powierzchni ciernych ma wpływ na efektywność hamulca, zastosowanie kilku klocków powoduje powstanie większego momentu i zatrzymanie obrotu w krótszym czasie.

• Inne...