Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica

w Krakowie

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki

Podstawy Konstrukcji Maszyn

Laboratorium

Temat: Badanie statycznego i kinetycznego współczynnika tarcia dla wybranych

skojarzeń ciernych.

GR. 6B

Wioletta Pałczyńska

Magda Parandyk

Błażej Pastuszyński

1. Opis stanowiska:

1- Korpus stanowiska

2- Wał

3- Łożyskowanie wału

4- Koło linowe

5- Obciążniki (układ obciążający)

6- Tarcze cierne

7- Śruba regulacyjna siłę nacisku F

d

8- Czujnik siły

9- Czujniki tensometryczne do pomiaru momentu skręcającego

10- Czujnik kąta do pomiaru prędkości przemieszczenia tarczy sprzęgła

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 kąta skręcenia wału 10. Na drugim jego końcu zamontowano tarcze cierne 6 z

możliwością ich wymiany. Nacisk na współpracujące tarcze cierne siłą F

d

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.

2. Opracowanie wyników

a) tok obliczeń dla współczynnika tarcia statycznego

R=95 mm, r=80 mm

, odczytana w momencie gdy kąt położenia wału zaczyna się zmieniać

b) tok obliczeń dla współczynnika tarcia kinetycznego

; moment skręcający działający na wał po zerwaniu sprzężenia ciernego

2.1. Tarcza stalowa, obciążenie m=10 kg

0,184

-2

0

2

4

6

8

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Pr

ę

d

ko

śd

kąt

o

wa

[r

ad

/s]

Czas [s]

Prędkośd kątowa

0

500

1000

1500

2000

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Si

ła

d

o

ci

sku

[N

]

Czas[s]

Siła docisku

-10

0

10

20

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

M

o

m

e

n

t

skr

ę

cający

[N

m

]

Czas [s]

Moment skręcający

-100

0

100

200

300

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

K

ąt

o

b

ro

tu

[

°]

Czas [s]

Kąt obrotu

0

0,1

0,2

0,3

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Ws

p

ó

łc

zy

n

n

ik

tar

ci

a

ki

n

e

tyczn

e

go

Czas [s]

Współczynnika tarcia kinetycznego

2.2. Tarcza stalowa, obciążenie m=15 kg

0,326

-5

0

5

10

15

0

5

10

15

20

25

30

Pr

ę

d

ko

śd

kąt

o

wa

[r

ad

/s]

Czas [s]

Prędkośd kątowa

0

500

1000

1500

2000

0

5

10

15

20

25

30

Si

ła

d

o

ci

sku

[N

]

Czas [s]

Siła docisku

-20

0

20

40

0

5

10

15

20

25

30

M

o

m

e

n

t

skr

ę

cający

[N

m

]

Czas [s]

Moment skręcający

-100

0

100

200

300

0

5

10

15

20

25

30

K

ąt

o

b

ro

tu

[

°]

Czas [s]

Kąt obrotu

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0

5

10

15

20

25

30

Ws

p

ó

łc

zy

n

n

ik

tar

ci

a

ki

n

e

tyczn

e

go

Czas [s]

Współczynnik tarcia kinetycznego

2.3. Tarcza stalowa, obciążenie m=20 kg

0,279

-5

0

5

10

15

0

2

4

6

8

10

12

Pr

ę

d

ko

śd

kąt

o

wa

[r

ad

/s]

Czas [s]

Prędkośd kątowa

0

500

1000

1500

2000

0

2

4

6

8

10

12

Si

ła

d

o

ci

sku

[N

]

Czaas [s]

Siła docisku

-10

0

10

20

30

40

0

2

4

6

8

10

12

M

o

m

e

n

t

skr

ę

cający

[N

m

]

Czas [s]

Moment skręcający

-100

0

100

200

300

0

2

4

6

8

10

12

K

ąt

o

b

ro

tu

[

°]

Czas [s]

Kąt obrotu

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0

2

4

6

8

10

12

Ws

p

ó

łc

zy

n

n

ik

tar

ci

a

ki

n

e

tyczn

e

go

Czas [s]

Współczynnik tarcia kinetycznego

2.4. Tarcza ferodo, obciążenie m=10 kg

0,118

0

0,05

0,1

0,15

0

10

20

30

40

50

60

70

Pr

ę

d

ko

śd

kąt

o

wa

[r

ad

/s]

Czas [s]

Prędkośd kątowa

0

500

1000

1500

0

10

20

30

40

50

60

70

Si

ła

d

o

ci

sku

[N

]

Czas [s]

Siła docisku

0

5

10

15

20

0

10

20

30

40

50

60

70

M

o

m

e

n

t

skr

ę

cający

[N

m

]

Czas [s]

Moment skręcający

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0

10

20

30

40

50

60

70

Ws

p

ó

łc

zy

n

n

ik

tar

ci

a

ki

n

e

tyczn

e

go

Czas [s]

Współczynnik tarcia kinetycznego

-100

0

100

200

300

0

10

20

30

40

50

60

70

K

ąt

o

b

ro

tu

[

°]

Czas [s]

Kąt obrotu

2.5. Tarcza ferodo, obciążenie m=15 kg

0,272

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Pr

ę

d

ko

śd

kąt

o

wa

[r

ad

/s]

Czas [s]

Prędkośd kątowa

0

500

1000

1500

2000

2500

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Si

ła d

oc

isku

[N]

Czas [s]

Siła docisku

0

5

10

15

20

25

30

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

M

o

m

e

n

t

skr

ę

cający

[N

m

]

Czas [s]

Moment skręcający

0

50

100

150

200

250

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

K

ąt

ob

rot

u

[

°]

Czas [s]

Kąt obrotu

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Ws

p

ó

łc

zy

n

n

ik

tar

ci

a

ki

n

e

tyczn

e

go

Czas [s]

Współczynnik tarcia kinetycznego

2.6. Tarcza ferodo, obciążenie m=20 kg

0,155

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0

20

40

60

80

100

120

140

Pr

ę

d

ko

śd

kąt

o

wa

[r

ad

/s]

Czas [s]

Prędkośd kątowa

0

500

1000

1500

2000

0

20

40

60

80

100

120

140

Si

ła

n

ac

isku

[

N

]

Czas [s]

Siła nacisku

0

20

40

0

20

40

60

80

100

120

140

M

o

m

e

n

t

skr

ę

cający

[N

m

]

Czas [s]

Moment skręcający

0

50

100

150

200

250

0

20

40

60

80

100

120

140

K

ąt

o

b

ro

tu

[

°]

Czas [s]

Kąt obrotu

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0

20

40

60

80

100

120

140

Ws

p

ó

łc

zy

n

n

ik

tar

ci

a

ki

n

e

tyczn

e

go

Czas [s]

Współczynnik tarcia kinetycznego

3. Wnioski

Podczas badania sprzęgła z tarczą stalową po rozpoczęciu ruchu obrotowego następował nagły i

nieoczekiwany wzrost prędkości bez znacznej zmiany siły docisku, w przeciwieństwie do sprzęgła z tarczą

ferodo, która po rozpoczęciu ruchu obrotowego i przy stałej sile nacisku zachowywała się stabilnie i

utrzymują stałą prędkość kątową. Takie zjawisko spowodowane jest różnicami we współczynnikach tarcia

kinetycznego i statycznego dla poszczególnych materiałów. W przypadku tarczy stalowej, aby pokonać siłę

tarcia statycznego trzeba było użyć większego momentu, który potem nagle rozpędzał układ, gdy nastąpiło

znacznie mniejsze tarcie kinetyczne. W przypadku tarczy ferodo współczynniki tarcia kinetycznego i

statycznego mają zbliżone wartości, więc niezauważalny jest moment przejścia z tarcia statycznego na

kinetyczne. Stalowe sprzęgła są niebezpieczne gdyż uniemożliwiają płynne zasprzęglenie oraz kontrolę nad

wartością przekazywanego momentu. Przez zbyt wolno obracającą się tarczę ferodo zmiana kąta była zbyt

mała w stosunku do podstawy czasu, co spowodowało, że prędkość chwilowa kompletnie nie

odzwierciedlała rzeczywistej prędkości chwilowej. Ponieważ w stanie ustalonym prędkość chwilowa jest

stała, można ją wyznaczyć, jako kąt nachylenia linii trendu funkcji kąta obrotu od czasu w tym przedziale.

Aby uzyskać czytelniejszy wykres kątowej prędkości chwilowej należy albo zwiększyć prędkość kątową

układu, albo zwiększyć czułość przyrządu pomiaru kąta, albo zwiększyć czas próbkowania.