POLITECHNIKA KOSZALIŃSKA

Wydział Mechaniczny

L A B O R A T O R I U M

Z MECHANIKI PRECYZYJNEJ

ĆWICZENIE NR 2

Temat ćwiczenia: Wyznaczanie tarciowego momentu kulkowych łożysk tocznych.

Grupa/Rok studiów K.01 A ( wtorek godz.17¹⁵ )

Semestr VI

Sprawozdanie wykonał(a): Grzegorz Pałys, Agnieszka Iwankowicz

Data wykonania ćwiczenia: 12.03.97.

1. Część teoretyczna.

Konstrukcja łożyska tocznego:

Łożysko toczne (na przykładzie łożyska kulkowego) składa się z pierścienia wewnętrznego 1 i zewnętrznego 2 oraz elementów tocznych (kulki) 3, zwykle ujętych w prowadzący je koszyk 4.

Głównymi elementami łożysk tocznych są:

d- średnica otworu pierścienia wewnętrznego,

średnica zewnętrzna pierścienia zewnętrznego,

szerokość łożyska.

Można wyróżnić dwie grupy metod wyznaczania momentu tarciowego:

metoda doświadczalna

W przypadku gdy zadowala nas szacunkowa, mało dokładna ocena oporów ruchu łożysk, można stosować następujący wzór:

gdzie:

M_t- moment oporów ruchu łożyska

μ_o- obliczeniowy współczynnik tarcia wynoszący dla łożysk kulkowych 0,0015

P- obciążenie zastępcze łożyska

średnica otworu łożyska.

metody doświadczalne

W przypadku gdy zachodzi potrzeba dokładnego wyznaczania oporów ruchu łożyska, należy zmienić te opory w warunkach możliwie zbliżonych do warunków ich pracy. Najczęściej stosowane są przyrządy oparte na trzech metodach pomiaru, a mianowicie:

• - metodzie wahadła,

• - metodzie „wybiegu”,

- metodzie „dobiegu”.

Metoda wahadłowa.

Schemat stanowiska do pomiaru oporów ruchu łożysk tocznych metodą wahadła.

Badane łożysko 2 jest osadzone na wałku 4 i w głowicy 6 ułożyskowanej w obudowie 7 na łożysku aerostatycznym 3. Obciążenie tego łożyska uzyskiwane jest od sprężyn 5. Moment oporów ruchu M_t łożyska 2 wyznacza się na podstawie pomiaru kąta ϕ wychylenia głowicy od położenia równowagi (w płaszczyźnie prostopadłej do płaszczyzny rysunku) przy znanym zredukowanym ciężarze Q wahadła 1 i jego zredukowanej długości l_z. Moment M_t oblicza się z zależności:

,

gdzie:

l_z -zredukowana długość wahadła

Q -zredukowany ciężar wahadła

ϕ -kąt wychylenia głowicy od położenia równowagi.

Założono tu, że opory ruchu łożyska aerostatycznego są pomijalnie małe w porównaniu z oporami ruchu badanego łożyska, co jest zwykle zgodne z rzeczywistością.

W opisanym stanowisku mogą być w sposób prosty zmienione: prędkość obrotowa oraz obciążenie wzdłużne i poprzeczne.

Metoda „wybiegu”

Schemat stanowiska do pomiaru oporów ruchu łożysk tocznych metodą „wybiegu”

Badane łożysko 1 jest osadzone na wałku 2 i w krążku 3 o znanym ciężarze i momencie bezwładności I_o. Ciężar tego krążka stanowi obciążenie łożyska, które w poziomym położeniu wałka jest równe obciążeniu poprzecznemu, a w położeniu pionowym - obciążeniu wzdłużnemu (przy każdym innym położeniu wałka łożysko jest obciążone wzdłużnie i poprzecznie). Do krążka 3 jest przyłożona tarcza impulsująca 4, która współpracuje z czujnikiem 5 pozwala na pomiar chwilowej prędkości kątowej krążka. Wałek 2 jest ułożyskowany w obudowie 6 i jest napędzany ze stałą, o nastawnej wartości, prędkością kątową. Po wprawieniu w ruch wałka 2, dzięki istnieniu momentu oporów ruchu badanego łożyska, krążek 3 zaczyna się obracać ruchem w przybliżeniu jednostajnie przyśpieszonym. Mierząc czas Δt zmiany prędkości kątowej krążka z dowolnie wybranej prędkości ω₁ do ω₂ możemy wyznaczyć wartość momentu oporów ruchu z zależności:

Opisaną metodę pomiaru oporów ruchu łożysk nazwano metodą „wybiegu”, ponieważ podczas pomiarów prędkości krążka wzrasta, a więc uznano, że krążek wybiega ponad prędkość ω₁. Nazwy tej użyto również dlatego, aby odróżnić ten sposób od nieco innego sposobu pomiaru oporów ruchu łożysk, a mianowicie od metody „dobiegu”.

Część praktyczna.

W naszym ćwiczeniu wyznaczamy moment tarciowy kulkowych łożysk tocznych metodą „wybiegu” w trzech układach:

-układzie pionowym (obciążenie wzdłużne),

-układzie poziomym (obciążenie poprzeczne),

-układzie ukośnym (obciążenie wzdłużne i poprzeczne).

Korzystamy ze wzoru:

gdzie:

I_o- masowy biegunowy moment bezwładności

I_o=

ω- prędkość kątowa

ω=

n- przelicznik

Przyjmujemy, że ω₁ jest w każdym przypadku prędkością zerową.

Tabele pomiarowe i przykładowe obliczenia.

układ poziomy:

i	ωi [rad/s]	ni [obr/min]	Δt [s]	Mt [Nm]
1	654,17	6250	250	243,35
2	553,69	5290	133	387,16
3	442,22	4225	115	357,62
4	294,43	2813	36	760,60
5	554,00	5293	28	1840,07
6	512,66	4898	42	1135,17
7	492,98	4710	61	751,59
8	358,80	3428	50	667,36

Obliczam wartość średnią momentu tarciowego dla ukł. poziomego:

/8 = 767,87 Nm

układ pionowy:

i	ωi [rad/s]	ni [obr/min]	Δt [s]	Mt [Nm]
1	667,88	6381	190	326,91
2	519,57	4964	94	514,04
3	344,04	3287	32	999,86
4	231,42	2211	36	597,83
5	499,99	4777	45	1033,32
6	484,40	4628	45	1001,09
7	425,57	4066	44	899,51
8	384,75	3676	41	872,74

Obliczam wartość średnią momentu tarciowego dla ukł. pionowego:

/8 = 780,66 Nm

układ ukośny:

i	ωi [rad/s]	ni [obr/min]	Δt [s]	Mt [Nm]
1	671,65	6417	84	743,61
2	507,84	4852	67	704,92
3	338,81	3237	68	463,37
4	592,62	5662	37	1489,57
5	545,10	5208	38	1334,07
6	424,84	4059	38	1039,74
7	418,67	4000	41	949,66
8	667,04	6373	55	1127,91

Obliczam wartość średnią momentu tarciowego dla ukł. ukośnego:

/8 = 981,60 Nm

Wnioski i uwagi.

układ poziomy: 767,87 Nm

układ pionowy: 780,66 Nm

układ ukośny: 981,60 Nm

Z przeprowadzonych pomiarów wynika, iż największy moment oporów ruchu łożysko uzyskuje przy ukośnym układzie pomiarowym. W układzie tym występuje zarówno obciążenie wzdłużne, jak i poprzeczne. Najmniejszy moment występuje w układzie poziomym, co wskazuje na to, że działa wówczas na łożysko najmniejsze obciążenie ( w tym wypadku obciążenie poprzeczne).

Metoda „wybiegu” realizuje przypadek obciążenia według ruchomego wałka (wałek wiruje w stosunku do stałego kierunku działania sił). Zachodzi tu różnica w stosunku do typowej pracy łożyska, a mianowicie oba pierścienie, wewnętrzny i zewnętrzny, są wprawione w ruch.

---