Akademia Techniczno Rolnicza w Bydgoszczy

Wydział Mechaniczny

Zakład Ogólnych Podstaw Konstrukcji Maszyn

Studium : mgr Skład grupy:

Semestr IV 1. Tomasz Jagła

Grupa A 2. Paweł Frankowski

Zespół ćw. B 3. Robert Gugała

Data ćw. 14.04.1999 4. Adam Sagan

5. Ireneusz Olszak

T : Badanie strat tarcia w łożysku ślizgowym.

1)Wprowadzenie

1. podział łożysk ślizgowych

-ze względu na prędkość obwodową v:

1) Poza chwilami rozruchu i zatrzymania maszyny v=const, zatrzymywanie maszyny rzadkie

2) v zmienne co do wartości i ewentualnie co do kierunku

3) wartości i kierunek v periodycznie zmienne, ruch obrotowy oscylacyjny

-ze względu na obciążenie:

1. obciążenie P=const, co do wartości i co do kierunku (łożyska obciążone statycznie)

2. wartość P=const, a kierunek zmienny, wartość P zmienna, a kierunek stały, wartość i kierunek P zmienne (łożysko obciążone dynamicznie)

-ze względu na rodzaj tarcia na powierzchniach ślizgowych:

1) z tarciem suchym lub mieszanym

2. z tarciem płynnym

--ze względu na kierunek obciążenia w stosunku do osi wału:

1) łożyska poprzeczne

2. łożyska wzdłużne

3. łożyska poprzeczno - wzdłużne

b) własności użytkowe łożysk ślizgowych

- obciążalność łożyska

- odporność na zużycie

- odporność na zatarcie

- zdolność do dotarcia

- zdolność do współpracy z olejem zanieczyszczonym

- wytrzymałość zmęczeniowa

- odporność na korozję

- odkształcalność (zdolność do współpracy z wałem o osi nierównoległej do osi panwi)

- zdolność do chwilowej pracy bez smarowania

- odporność na kawitację

c) metody badań łożysk ślizgowych

- pomiar strat energetycznych

- badania trwałości

- badania i pomiar procesów temperaturowych i cieplnych

- na etapie wykonania:

- kontrola wymiarów i stanu powierzchni

- metody badań nieniszczące

- metody badań niszczące

2)Pomiar strat energetycznych w łożyskach ślizgowych

W grupie pomiarów strat energetycznych w łożyskach ślizgowych mieści się badanie oraz pomiar strat tarcia. Cechą zasadniczą tych pomiarów jest określenie momentu oporu tarcia Mt przy uwzględnieniu siły tarcia T oraz ramienia działania tej siły rt wg wzoru Mt = Trt

Pomiaru strat tarcia w łożyskach ślizgowych dokonujemy w dwojaki sposób:

- poprzez wprowadzenie zależności stałej prędkości i obciążeń wzrastających lub malejących

- poprzez wprowadzenie zależności stałego obciążenia i zmiennej prędkości obrotowej

3)Hydrodynamiczna teoria smarowania

Z równania Reynoldsa wynika, że ciśnienie p w warstwie smaru jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu luzu łożyskowego, a wprost proporcjonalne do lepkości smaru i prędkości kątowej czopa.Wyrażenie:

jest charakterystycznym parametrem łożyska, zwanym bezwymiarowym wyróżnikiem ciśnienia.

Na Rys.1. została wyznaczona siła reakcji (nośność) W warstwy smaru. Następnie rozłożono tę siłę na dwie wzajemnie prostopadłe składowe wzdłuż osi X i Y prostokątnego układu współrzędnych.

Na podstawie rysunku można zauważyć, że kąt ϕ , określający miejsce położenia najmniejszej wysokości hmin warstwy smaru względem obciążenia wyraża się zależnością:

Rys.1. Zależności geometryczne w poprzecznym łożysku ślizgowym przy tarciu płynnym

oraz rozkład ciśnienia hydrodynamicznego wzdłuż obwodu panwi.

Wskutek mimośrodowości położenia środków czopa i panwi moment tarcia na powierzchni panwi nie jest równy momentowi tarcia na powierzchni czopa. Zgodnie z Rys.1. linia działania obciążenia P przechodzi przez środek panwi, natomiast kierunek siły reakcji W przechodzi przez środek czopa. W przeciwnym kierunku niż kierunek prędkości kątowej ϖ1 działa na czop moment tarcia MT1. Na podstawie warunku rwnowagi można obliczyć moment tarcia MT2 na powierzchni panwi:

Z powyższego równania wynika, że moment tarcia na powierzchni panwi jest mniejszy niż na powierzchni czopa. O stratach energetycznych decyduje najczęściej moment MT1, działający na czop, który jest napędzanym.

Współczynnik tarcia na powierzchni czopa :

4) Zakres bezpiecznej pracy łożyska ślizgowego

Rys.2. Zmiany współczynnika tarcia w łożysku ślizgowym.

W chwili rozruchu współczynnik tarcia jest duży. Ze wzrostem prędkości obrotowej przy stałym obciążeniu współczynnik tarcia maleje, osiągając w punkcie A mnimum, a następnie wzrasta, co uwarunkowane jest lepkością (tarciem wewnętrznym) smaru. Wzrost współczynnika tarcia po przekroczeniu punktu A jest tym większy, im większa jest lepkość smaru oraz im mniejszy jest względny luz łożyskowy.

Punkt A odpowiada teoretycznemu przejściu z obszaru tarcia mieszanego do obszaru tarcia płynnego. W rzeczywistości jednak, ze względu na chropowatość współpracujących powierzchni oraz sztywności podparcia panwi, przejście to rozpoczyna się w pewnej odległości w prawo od punktu A (w punkcie B). Dokładne ustalenie położenia punktu B w stosunku do A nie jest możliwe, dlatego nie ma dotychczas jednoznacznego kryterium przejścia tarcia mieszanego w tarcie płynne. Na szczególną uwagę zasługuje kryterium krytycznej prędkości obrotowej nk .Jest to najmniejsza prędkość obrotowa przy której w łożysku obciążonym siłą o stałej wartości może istnieć tarcie płynne. Prędkość ta określona jest wzorem:

Łożysko, którego punkt pracy leży na prawej gałęzi krzywej Rys.2. jest w stanie trwałej równowagi termicznej. Jeśli z jakiegokolwiek powodu (np. przeciążenia) nastąpi zwiększenie tarcia w łożysku, spowoduje to wzrost jego temperatury, który z kolei przyczyni się do spadku lepkości smaru, a w związku z tym także współczynnika tarcia. Zmniejszenie współczynnika tarcia wpłynie na obniżenie temperatury i powrót do pierwotnych warunków pracy (zjawisko samoregulacji warunków pracy łożyska).

5)Opis ćwiczenia

1) Obiekt badań: łożysko ślizgowe z panewką wykonaną z brązu

2) Zakres ćwiczenia

a) badanie strat tarcia występującego w łożysku ślizgowym

b) określenie zakresu bezpiecznej pracy łożyska

Rys.3. Schemat wyjaśniający sposób pomiaru strat tarcia

6)Obliczenia

E=210000 MPa

k - stała tensometru = 2,15

C - czułość mostka tensometrycznego = 0,5

A - kalibracja = 38 mm

n=1

x - zapis [mm]

l = 69 mm a = 10,2 mm b = 3,3 mm R = 48 mm r = 17 mm

Naprężenia gnące w sprężynie:

7)Wyniki pomiarów

n=const. = 300 obr/min

Q (kG)	x (mm)	σ (MPa)	Mt (Nmm)
0	8	20,6	529,6
2	15	38,6	993
4	16,5	42,4	1092,4
6	20	51,4	1324,1
8	22,5	57,8	1489,6
10	25	64,3	1655,1

Q=const. = 10 kG

n (obr/min)	x (mm)	σ (MPa)	Mt (Nmm)
0	42	107,6	2780,6
40	20	51,4	1324,0
60	18	46,3	1191,7
80	22	56,5	1456,5
100	24	61,7	1588,9
150	26	66,8	1721,3
200	28	72,0	1853,7
260	30	77,1	1986,1
300	31	79,7	2052,3

Rys.4. Zależność momentu tarcia od obrotów, przy stałym obciążeniu.

7)Uwagi i wnioski

Wyniki pomiarów potwierdzają teorię łożysk ślizgowych. Przy zmiennych obrotach moment tarcia osiągnął maksymalną wartość, gdy obroty wynosiły zero, a więc w łożysku występowało tarcie spoczynkowe. Następnie moment tarcia zmniejszał swoją wartość w obszarze tarcia mieszanego aż osiągnął minimalną wartość. Prędkość obrotowa wynosiła dla minimalnego momentu około nk=60 obr/min. Ta trudna do dokładnego określenia prędkość krytyczna określa punkt przejścia łożyska z tarcia mieszanego w tarcie płynne, w obszarze którego moment tarcia rośnie.

Na Rys.5. otrzymaliśmy wykres momentu tarcia przy zmieniającym się obciążeniu i stałej prędkości obrotowej. Dla obciążenia równego zero otrzymaliśmy pewną wartość momentu tarcia, wynikającą m.in. z ciężaru samej belki. Ciężar belki można wyznaczyć z zależności:

gdzie T wyliczamy dla σ, odpowiadającego zerowemu obciążeniu.

Następnie obserwujemy wzrost momentu tarcia i chwilową stabilizację w małym przedziale obciążenia, a potem ciągły wzrost aż do maksymalnego obciążenia.

Rys.5. Zależność momentu tarcia od obciążenia, przy stałych obrotach.

7

---