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.