Badanie nośności hydrostatycznego łożyska wzdłużnego

1. Cel ćwiczenia

̶

Zapoznanie się z ideą smarowania hydrostatycznego

̶

Zapoznanie się z podstawami pomiarów z wykorzystaniem komputera

̶

Wyznaczenie nośności hydrostatycznego filmu olejowego modelu łożyska stopowego na drodze
analitycznej i doświadczalnej

Uwaga: na ćwiczenie wymagana jest co najmniej jedna dyskietka 3.5 calowa (1,4 MB) na grupę
laboratoryjną.

2. Opis stanowiska

3

8

7

11 9

10

12

6

4

13

2

1

Do karty pomiarowej

14

5

15

b)

a)

Rysunek 1. Schemat stanowiska badawczego. a) schemat układów hydraulicznych; b) schemat
kinematyczny. 1 – Badany segment; 2 – płyta pomiarowa; 3 – płyta nośna; 4 – śruba pociągowa;
5 – pompy zasilające; 6 – zawory; 7 – zbiornik oleju; 8 – misa spływowa; 9 – siłownik membranowy;
10 – siłownik nurnikowy z nagwintowaną powierzchnią zewnętrzną (regulacja obciążenia); 11 – kulka;
12 – manometr (odczyt wartości obciążenia); 13 – czujnik ciśnienia; 14 – czujnik położenia liniowego;
15 – układ kondycjonowania sygnałów

Głównym elementem stanowiska jest przesuwna płyta pomiarowa (2), na której umieszczony jest model
łożyska stopowego (1), (rys. 2) z kanałem doprowadzającym olej do kieszeni smarowej. Płyta pomiarowa
(2) posiada kanał, łączący otwór pomiarowy, znajdujący się na powierzchni płyty z czujnikiem ciśnienia
(13). Posuw płyty pomiarowej realizowany jest za pomocą śruby (4), a kontrolowany za pomocą
przetwornika położenia (14). Do modelu (1) przymocowane są czujniki zegarowe do pomiaru grubości
filmu olejowego. Obciążenie wywierane jest za pomocą układu obciążającego (9-12). Olej do badanego
filmu olejowego, oraz do filmu olejowego pomiędzy płytą nośną (3) a płytą pomiarową (2) dostarczany
jest za pomocą zespołu pomp zębatych (5). Rama stanowiska ustawiona jest w misie spływowej (8),
zbierającej olej wypływający ze szczelin smarowych.
Przemieszczanie płyty pomiarowej (2) względem modelu łożyska stopowego (1) umożliwia pomiar
ciśnienia filmu olejowego w wybranych punktach na badanej powierzchni.
Sygnały z przetwornika ciśnienia (13) i położenia (14) kierowane są do układu kondycjonowania
sygnałów (wzmacniacza) (15). Wzmacniacz (15) zasila przetworniki, oraz przetwarza sygnały pomiarowe
na standardowy sygnał 0 ÷ 10 V, który jest rejestrowany za pomocą karty pomiarowej zainstalowanej
w komputerze

Rysunek 2. Rysunek modelu łożyska stopowego (1), będącego przedmiotem badania

3. Przebieg ćwiczenia

1. Sprawdzić przewody hydrauliczne. Upewnić się, że:

9

zawory spustowe (6) są otwarte

9

wolne końce przewodów zasilających są zanurzone w oleju w dolnej wannie olejowej

2. Uruchomić komputer i program MULT. Uruchomić układ zasilania (MPL-102).
3. Uruchomić pompę oleju (5).
4. Wyzerować czujniki zegarowe.
5. Zamknąć zawory spustowe (6) na przewodach zasilających
6. Obracając nakrętkę układu obciążenia (10), wywrzeć na segment żądany nacisk. Wartość nacisku

odczytywać z manometru (12), korzystając z widocznego na nim przelicznika MPa-kN, a następnie
wpisać w komórce 4.3 tabeli 2

7. Odczytać wskazania czujników zegarowych. Wartości wpisać do tabeli 1
8. Ustawić płytę pomiarową tak, aby otwór pomiarowy poza obrysem modelu łożyska.
9. W programie MULT ustawić następujące parametry pomiaru:

• rodzaj pracy:

wielokanałowa

• liczba próbek:

256

• okres próbkowania: 200µs
• czas pomiaru

51.2s

10. Uruchomić procedurę pomiarową.
11. Obracając śrubą (4) przemieszczać płytę pomiarową względem badanego modelu łożyska.

Prędkość posuwu dostosować tak, aby pod koniec czasu pomiaru otwór pomiarowy znalazł się
w środku modelu łożyska – sygnał z przetwornika przemieszczenia (14) powinien wskazywać
zero.

12. Odczytać temperaturę oleju. Wartość temperatury wpisać do tabeli 1.
13. Po zakończeniu pomiaru otworzyć zawory spustowe, zdjąć obciążenie łożyska, oraz wyłączyć

pompę oleju.

14. W oknie programu MULT wyświetlić na wykresach wartości sygnałów przetwornika

przemieszczenia i przetwornika ciśnienia.

15. Zapisać wyniki pomiarów w pliku *.asc. Zamknąć program MULT.
16. Uruchomić program deMULT w celu przetworzenia danych zapisanych w pliku *.asc. Postępować

zgodnie z instrukcjami wydawanymi przez program.

17. Zapisać utworzone pliki na dyskietkę.

4. Opracowanie wyników badań

̶

Korzystając z dowolnego programu: Excel, MathCAD, MatLab, lub innego, posiadającego
odpowiednie funkcje matematyczne, przedstawić na wykresie rozkład ciśnienia filmu olejowego na
powierzchni łożyska p(r)

̶

Na tym samym wykresie nanieść teoretyczny rozkład ciśnienia, opisany wzorem:

( )

















>





















































<

=

k

k

z

z

k

r

r

gdy

r

r

r

r

P

r

r

gdy

P

r

p

ln

ln

·

0

0

gdzie:

p(r) –

ciśnienie lokalne filmu olejowego na promieniu r

P

0

– ciśnienie w komorze smarowej

r

k

–

promień komory smarowej

r

z

–

zewnętrzny promień łożyska

η –

lepkość dynamiczna oleju

Q& –

strumień oleju

h –

grubość filmu olejowego

̶

wyznaczyć nośność badanego filmu olejowego według formuły:

(

)

∑

=

−

−

=

n

i

i

i

i

i

r

r

p

r

W

1

1

·

·

·

·

2

π

gdzie:

W –

nośność łożyska

i

– numer próbki

n

– liczba próbek

r

i

–

długości promieni dla każdej próbki

p

i

–

wartości ciśnienia dla każdej próbki.

Tak wyznaczoną nośność wpisać w komórce 4.4 tabeli 2

̶

Wyznaczyć teoretyczną nośność filmu olejowego o zbadanych parametrach, korzystając ze wzoru:













−

=

k

z

k

z

F

r

r

r

r

P

W

ln

·

2

·

2

2

0

π

Tak wyznaczoną nośność wpisać w komórce 4.5 tabeli 2

̶

Porównać otrzymane wartości i wyciągnąć wnioski

Temperatura oleju

T[°C]

Lepkość dynamiczna oleju

η [Pa·s]

[ ]

m

h

µ

1

[ ]

m

h

µ

2

[ ]

m

h

µ

3

[ ]

m

h

µ

4

Grubość filmu olejowego

średnia

Tabela 1.

Przybliżone parametry filmu olejowego.

1 2

3

4

2 Oznaczenie

Opis

Wartość

3 Q

[kN]

Wartość odczytana z manometru układu
obciążenia

4 W

[kN]

Wartość wyznaczona na podstawie
pomiarów

5 W

F

[kN]

Wartość wyznaczona z modelu
teoretycznego

Tabela 2.

Porównanie wartości nośności otrzymanych różnymi sposobami