Numer ćwiczenia	5	Tytuł ćwiczenia: Badanie parametrów hydrostatycznego łożyska wzdłużnego oraz analiza rozkładu ciśnienia w hydrodynamicznym filmie olejowym
Data wykonania ćwiczenia:	30.04.2015r.	Nazwisko i imię:
Data oddania sprawozdania:	25.05.2015r.
Numer grupy laboratoryjnej:	5A

1.Badanie nośności hydrostatycznego łożyska wzdłużnego

Schemat i opis stanowiska nr 1

Stanowisko badawcze nr 1 składa się z ramy (poz. 1), na której spoczywa hydrauliczna płyta nośna (poz. 2) z kanałami doprowadzającymi olej pomiędzy płytę nośną (poz. 2), a płytę pomiarową (poz. 3). Płyta pomiarowa (poz. 3) posiada kanał, łączący otwór pomiarowy, znajdujący się na powierzchni płyty z przetwornikiem ciśnienia (poz. 4). Posuw płyty pomiarowej realizowany jest za pomocą śruby (poz. 5), a kontrolowany za pomocą przetwornika położenia (poz. 6). Na płycie pomiarowej (poz. 3) umieszczony jest model panwi łożyska stopowego (poz. 7), (Rys. 6) z kanałem doprowadzającym olej do kieszeni smarowej. Do modelu przymocowane są czujniki zegarowe do pomiaru grubości filmu olejowego. Obciążenie wywierane jest za pomocą układu obciążającego (poz. 8), (Rys. 7). Olej do badanego filmu olejowego, oraz do filmu olejowego pomiędzy płytą nośną (poz. 2) a płytą pomiarową (poz. 3) dostarczany jest za pomocą zespołu pomp zębatych (poz. 9). Rama stanowiska ustawiona jest w misie spływowej (poz. 10), zbierającej olej wypływający ze szczelin smarowych. Przemieszczanie płyty pomiarowej (poz. 3) względem modelu panwi łożyska stopowego (poz. 7) umożliwia pomiar ciśnienia filmu olejowego w wybranych punktach na badanej powierzchni. Sygnały z przetwornika ciśnienia (poz. 4) i położenia (poz. 6) kierowane są do układu kondycjonowania sygnałów (wzmacniacza) (poz. 11). Wzmacniacz (poz. 11) zasila przetworniki, oraz przetwarza sygnały pomiarowe na standardowy sygnał 0 ÷ 10 V, który jest rejestrowany za pomocą karty pomiarowej zainstalowanej połączonej z komputerem.

Schemat stanowiska badawczego nr 1

Używane wzory:

-Teoretyczny rozkład ciśnienia

p(r)=$\left\{ \begin{matrix} P_{o}\ \ gdy\ r < r_{k} \\ P_{o}\left\lbrack \frac{\ln\left( \frac{r_{z}}{r} \right)}{\ln\left( \frac{r_{z}}{r_{k}} \right)} \right\rbrack\ gdy\ r > r_{k} \\ \end{matrix} \right.\ $

p(r) – ciśnienie lokalne filmu olejowego na promieniu r

P_o – ciśnienie w komorze smarowej

r_k – promień komory smarowej

r_z – zewnętrzny promień łożyska

η – lepkość dynamiczna oleju

h – grubość filmu olejowego

-Nośność badanego filmu olejowego

$$\mathbf{W = 2}\mathbf{\Pi}\sum_{\mathbf{i = 1}}^{\mathbf{n}}{\mathbf{r}_{\mathbf{i}}\mathbf{p}_{\mathbf{i}}\mathbf{(}\mathbf{r}_{\mathbf{i}}\mathbf{- r}_{\mathbf{i - 1}}\mathbf{)}}$$

W – nośność łożyska

i – numer próbki

n – liczba próbek

ri – długości promieni dla każdej próbki

pi – wartości ciśnienia dla każdej próbki

-Teoretyczna nośność filmu olejowego o zbadanych parametrach

$$\mathbf{W}_{\mathbf{F}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\Pi}\mathbf{P}_{\mathbf{o}}}{\mathbf{2}}\frac{\mathbf{r}_{\mathbf{z}}^{\mathbf{2}}\mathbf{-}\mathbf{r}_{\mathbf{k}}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{\ln}\left( \frac{\mathbf{r}_{\mathbf{z}}}{\mathbf{r}_{\mathbf{k}}} \right)}$$

Przybliżone parametry filmu olejowego

Temperatura oleju	T[^oC]	nie mierzone
Lepkość dynamiczna oleju	η [Pa·s]	nie mierzone
Grubość filmu olejowego	h1[µm]	870
	h2[µm]	860
	h3[µm]	820
	h4[µm]	840
	średnia	847.5 µm

Porównanie wartości nośności otrzymanych różnymi sposobami

Oznaczenie	Opis	Wartość
Q [kN]	Wartość odczytana z manometru układu obciążenia	30
W [kN]	Wartość wyznaczona na podstawie pomiarów	33,86
WF [kN]	Wartość wyznaczona z modelu teoretycznego	27,61
P0 [MPa]	Ciśnienie zasilania	2,6

2.Analiza rozkładu ciśnienia w hydrodynamicznym filmie olejowym

Schemat i opis stanowiska

Na ramie (poz. 4) zamocowano silnik asynchroniczny (poz. 2) na wale którego znajduje się badane łożysko ślizgowe (poz.1). Pomiar ciśnienia dokonywany jest przez odczyt poziomu oleju w rurkach pomiarowych (poz.3). Do ustalenia początkowej wysokości słupa oleju w rurkach tablicy pomiarowej służy zbiornik wyrównawczy (poz.5).

Schemat stanowiska do wyznaczania rozkładu ciśnienia w łożysku smarowanym hydrodynamicznie

Zespół łożyska

Schemat komory badawczej przedstawiono poniżej na rysunku. Czop badanego łożyska (poz.2) zamocowano na wale silnika asynchronicznego (poz.1) zasilanego z wykorzystaniem falownika. Czop współpracuje z panewką (poz.3). Komora łożyska zamknięta jest z dwóch stron za pomocą pokryw (poz.4). W panewce wykonano 16 otworów na których zamontowano króćce pozwalające na pomiar wartości ciśnienia w wybranych punktach łożyska. Zasilenie olejem badanego łożyska odbywa się przez króciec (poz.6) umieszczony na dodatkowym zespole (poz.5) połączonym z komorą badanego łożyska gumowym mieszkiem. Obciążenie badanego łożyska odbywa się przez zmianę ilości odważników na szalce (poz.8). Szalka jest mocowana przesuwnie, co umożliwia to centrowanie obciążenia panewki. Zawieszenie szalki można wykonać tak, aby przesuwanie obciążenia wprowadzało do układu symulację obciążenia łożyska momentem gnącym.

Schemat komory badawczej

Układ pomiaru ciśnienia

Na rysunku przedstawiono rozkład punktów pi pomiaru ciśnienia (otwory w panewce) Otwory p1 do p5 służą do pomiaru ciśnienia w kierunku osiowym łożyska. Otwory p6 do p17 odpowiadają pomiarom ciśnienia w kierunku obwodowym, przy czym jeden z otworów jest wspólny dla obu pomiarów (p3=p17). Rys. 10. Schemat rozmieszczenia otworów pomiarowych: pi – ciśnienia Do otworów pomiarowych widocznych na rysunku 2 podłączone są elastyczne przewody, które prowadzą olej do tablicy pomiarowej. Składa się ona z 16 przezroczystych rurek pomiarowych, umieszczonych na tle podziałki liniowej. Z tablicy odczytywane jest ciśnienie w milimetrach słupa cieczy smarującej.

Schemat rozmieszczenia otworów pomiarowych: p_i – ciśnienia

Dane stanowiska i opracowanie wyników:

Klasa lepkości oleju: VG 46

Gęstość oleju: 878 kg/m³

Średnica czopa: 60 mm

Luz promieniowy: 0,25mm

Prędkość obrotowa: 2400 obr/min

Obciążenie: 5 kg

Wysokość początkowa słupa cieczy (h0): 810 mm

Nr rurki	Wysokość słupa cieczy hi [mm]	Względna wysokość słupa cieczy hi-h0 [mm]	Ciśnienie pi = ρg(hi − ho)[Pa]
1	810	0	0
2	1260	450	3876
3	1170	360	3101
4	1140	330	2842
5	910	100	861
6	1320	510	4393
7	750	-60	-517
8	620	-190	-1636
9	650	-160	-1378
10	400	-410	-3531
11	350	-460	-3962
12	680	-130	-1120
13	870	60	517
14	820	10	86
15	910	100	861
16	880	70	603

3.Wnioski

Łożysko ślizgowe nadaje się do przenoszenia dużych obciążeń dynamicznych. Grubość filmu olejowego zależy od lepkości zastosowanego oleju. Na przykładzie badanej komory możemy stwierdzić, że rozkład ciśnienia nie jest symetryczny, zależy od obciążenia naszego łożyska. Aby zapewnić poprawną pracę łożyska ślizgowego konieczne jest stałe doprowadzanie środka smarnego, zaburzenie przepływu bądź jego zatrzymanie może skończyć się bardzo poważną i kosztowną awarią.