KATEDRA PODSTAW BUBOWY
I EKSPLOATACJI MASZYN
PODSTAWY KONSTRUKCJI MASZYN
Łożysko ślizgowe tarcia płynnego
Tomasz Sternal
Rok II A Grupa 4
WYDZIAŁ IMiR
Rok akademicki 1998 \ 99
1. Dane i załozenia projektowe
obciążenie pionowe:................................................P=32 [kN]
liczba obrotów czopa:....................................... n=700 [obr/min]
średnica czopa wału łozyskowanego:................................D=160 [mm]
temperatura otoczenia w ktorej pracuje łożysko:...T0=293 [K] lub T0 = 20 [0C]
materiał czopa wału:.....................stal St 5 wedle normy PN-84/H-85020
kąt opasania czopa panwią:............................................β=1800
materiał korpusu łożyska ślizgowego:.......Zl 250 wedle normy PN-92/H-83101
Dane |
Obliczenia |
Wynik |
D = 160 [mm] n = 700 [obr/min]
L = D = 160 [mm] P = 32000 [N]
v = 5.86 [m/s] Pśr = 1.25 [MPa]
v = 5.86 [m/s] Pśr = 1.25 [MPa] pdop = 15 [MPa] ()dop = [MW/m2] = 7.32 [MW/m2]
v = 5.86 [m/s]
|
1. Podstawowe obliczenia parametrów łożyska ślizgowego tarcia płynnego 1.1. Obliczenie prędkości obwodowej czopa wału
v = = 5.86 [m/s] 1.2. Obliczenie nacisków średnich
Pśr = = 1.25 [MPa]
1.3. Dobór materiału wylania panewki
Dobrano materiał - stop niskocynowy PbSn16Sb16Cu2 (L16) wedle normy PN-62/H-87111
1.3.1. Sprawdzenie słuszności doboru materiału panwii
Pśr = 1.25 [MPa] < pdop = 15 [ MPa] < ()dop ⇒ 7.32 < [MW/m2]
Obliczenia poprawne warunek spełniony, dobór materiału uzasadniony
1.4.Wstępny dobór względnego luzu łożyskowego
= 0.87 Do dalszych obliczeń przyjęto:
1.5. Dobór pasowania dla łożyska ślizgowego. 1.5.1.Obliczenie luzów teoretycznych minimalnego i maksymalnego oraz sprawdzenie warunku.
= = 1.05 = = 1.95 Ψmin Ψ Ψmax 1.05≤1.5≤ 1.95 Obliczenia poprawne, warunek spełniony
|
v = 5.86 [m/s]
Pśr = 1.25 [MPa]
pdop = 15 [MPa] ()dop = [MPa]
Ψmin = 1.05 Ψmax = 1.95 |
Dane |
Obliczenia |
Wynik |
D = 160 [mm] Ψmin = 1.05 Ψmax = 1.95
Lmin = 168 [μm] Lmax = 312 [μm] Lśr = 240 [μm]
D = 160 [mm] Lśr = 298.5 [μm]
Ψ = 1.86 D = 160 [mm]
Pśr = 1.25 [MPa] n = 700 [obr/min]
TŚRZ = 307 [K]
η = 0.04 [Pas] n”= 11.67 [-] Pśr = 1.25 [MPa] Ψ = 1.86 |
1.5.2.Obliczenie luzu minimalnego, maksymalnego i średniego.
Lmin= ΨminD = = 168 [μm] Lmax= ΨmaxD = 1.95= 312 [μm] Lśr = = 240 [μm]
1.5.3. Dobór pasowania dla łożyska ślizgowego
Na podstawie posiadanych danych oraz obliczeń dobrano pasowanie: φ160 H8 /d10 dla którego dane są: Lmin = 170 [μm] Lmax = 427 [μm] Lśr = 298.5 [μm]
1.5.4. Obliczenie luzu średnicowego
Ψ = = 1.86
1.5.5. Obliczenie luzu promieniowego
δ = 148.810-3 = 148.8
2. Obliczenia hydrodynamiczne filmu olejowego 2.1. Dobór oleju - środka smarnego dla łożyska ślizgowego tarcia płynnego.
Na podstawie obliczeń oraz posiadanych informacji dobrano olej turbinowy lekki. Parametry oleju przedstawiono poniżej: η = 0.04 [Pas] = 40 [cP] c = 1900 [I/kgK] ρ = 880 [kg/m-3]
2.2. Obliczenie Liczby Sommerfelda
S = = 0.10726 [-] |
Lmin = 168 [μm] Lmax = 312 [μm] Lśr = 240 [μm]
Lmin = 170 [μm] Lmax = 427 [μm] Lśr = 298.5 [μm]
Ψ = 1.86
δ = 148.8 [μm]
η = 0.04 [Pas] c = 1900 [I/kgK] ρ = 880 [kg/m-3]
S = 0.10726 [-]
|
Dane |
Obliczenia |
Wynik |
Pśr = 1.25 [MPa] c = 1900 [I/kgK] ρ = 880 [kg/m-3]
T1 = 301 [K] (280C) ΔT = 9.72 [K]
Tśr =305.859 [K] TŚRZ = 307 [K]
T1 = 301 [K] (280C) ΔT = 9.72 [K]
= 0.3 δ = 148.8
= 0.3
|
2.3 Obliczenie przyrostu temperatury filmu olejowego.
ΔT = 9.72 [K]
2.4. Obliczenie średniej temperatury filmu olejowego.
Tśr = T1305,859 [K]
2.5.Sprawdzenie warunku bilansu temperatur środka smarującego. 2.5.1. Obliczenie dokładności obliczeń temperaturowych.
Z = = 0.372% 2.5.2.Obliczenie temperatury środka smarnego na wypływie ze szczeliny smarnej.
T2 = T1 + ΔT = 301 + 9.72 = 310.72 [K]
Obliczona wartość temperatury jest nizsza od wartości dopuszczalnych temperatur środka smarnego (343 ÷358).
Obliczenia poprawne, warunek spełniony.
2.6.Obliczenie minimalnej grubości filmu olejowego.
h0 = 0.3δ = 0.3148.810-3 = 44.64 [μm]
2.6.1.Sprawdzenie warunku stabilnosci czopa ⇒ 0.3 = 0.3 i ε = 0.7 Obliczenia poprawne, warunek stabilności czopa spełniony - brak drgań samowzbudnych |
ΔT = 9.72 [K]
Tśr =305,859 [K]
Z = 0.372 [%]
T2 = 310.72[K]
h0 =44.64 [μm] |
Dane |
Obliczenia |
Wynik |
Rzc = 1.6 [μm] Rzp = 3.2 [μm] h0 =44.64 [μm]
= 3.1
μ = 3.73110-3 P = 32000 [N] v = 5.86 [m/s]
D = L= 160 [mm]
D = 160 [mm] l0 = 4.2
Ał = 0.704 [m2] Aw= 0.169 [m2]
NT =700 [W] α = 19 [W/Km2] T0 = 293 [K] |
2.6.2.Sprawdzenie warunku h0 ≥ Rzc + Rzp
h0 ≥ Rzc + Rzp ⇒ 1.6 + 3.2 = 4.8 ≤ 44.64
Obliczenia poprawne, warunek spełniony.
2.7. Obliczenie współczynnika tarcia płynnego
μ = 3.1Ψ = 3.11.8610-3 = 3.73110-3
2.8.Obliczenie mocy tarcia w łożysku
NT = μPv= 3.73110-3320003.731 =700 [W]
2.9.Wstępne obliczenia powierzchni wymiany ciepła korpusu i wału w łożysku. 2.9.1. Obliczenie powierzchni wymiany ciepła korpusu Ał = = 0.64 ÷ 0.77 [m2]
2.9.2. Obliczenie powierzchni wymiany ciepła wału.
Aw=0.5ΠDl0 ==0.169 [m2]
2.9.3. Obliczenie całkowitej powierzchni wymiany ciepła łożyska z otoczeniem
A = Ał + Aw = 0.704 + 0.169 = 0.873 [m2]
2.10. Sprawdzenie temperatury łożyska
T = 335.219 [K]
Warunek równowagi cieplnej, będzie spełniony tylko wtedy gdy zostanie zastosowany system wymuszonego chłodzenia środka smarującego.
|
warunek jest zachowany z nadmiarem = 9.3
μ = 3.73110-3
NT =700 [W]
Ał =0.704 [m2]
Aw= 0.169 [m2]
A= 0.873 [m2]
T=335 [K]
|
Dane |
Obliczenia |
Wynik |
= 3.1 R= 0.08[m] δ= 148.8 [μm] n”= 11.67 [-]
Q=4.145 [l/min]
Q=4.14 [l/min] Qs = 2.48 [l/min]
Pśr = 1.25 [MPa] |
2.11. Wyznaczenie ilości oleju przepływającego przez szczelinę smarną czopa.
Q = = =3.1= =69.410-6[m3/s]
2.11.1.Wyznaczenie upływów bocznych.
Qs = 0.6Q = 0.64.145 = 2.487 [l/min]
2.11.2.Dobór wymiarów i pierścieni lużnych smarujących
Smarowanie łożyska ślizgowego nie może być realizowane przez pierscienie smarujące, ze względu na ich ilość, co pociąga za sobą osłabienie własności wytrzym. czopa wału, spowodowane zbyt dużą ilością, (gabarytowo dużych) podcięć na czopie. Zamiennie zastosowano smarowanie obiegowe czopa i panwii.
2.12. Pozostałe parametry łożyska ślizgowego 2.12.1.Obliczenie maksymalnego ciśnienia filmu olejowego.
Pmax = [MPa]
2.12.3. Określenie kąta miejsca maksymalnego ciśnienia: ΘPmax = 13.50
2.12.4.Określenie kąta miejsca minimalnej grubości filmu olejowego. φ = 430
2.12.5.Określenie kąta końca klina smarnego Θpo = 600
|
Q=69.410-6[m3/s] Q=4.145 [l/min]
Qs = 2.48 [l/min]
Pmax =3.29 [MPa]
ΘPmax = 13.50
φ = 430
Θpo = 600 |
Dane |
Obliczenia |
Wynik |
D = L= 160 [mm] η= 0.04 [Pas] Vol = 3216,9 [cm3] P = 32 [kN]
Lmin = 170 [μm] D = 160 [mm]
Pśr = 1.25 [MPa] ψmin = 1.0610-3 η= 0.04 [Pas] n”= 11.67 [-]
= 0.65 δ=[mm]
Rzc = 1.6 [μm] Rzp = 3.2 [μm] h0 = 55.25 [μm]
= 3.5 R= 0.08[m] δ= 84.8 [μm] n”= 11.87 [-] |
2.13. Obliczennie krytycznej prędkości obrotowej wału względem łożyska.
nkr = = 24.86 [obr/min]
3. Sprawdzenie działania łożyska w przypadku wystąpienia luzów granicznych.
3.1. Sprawdzenie działania łożyska w przypadku wystąpienia luzu minimalnego. 3.1.1.Wyznaczenie luzów łożyska ψmin = δ = 3.1.2.Obliczenie liczby Sommerfelda dla luzu minimalnego.
S = = 0.33 [-]
3.1.3 Wyznaczenie ilości oleju przepływającego przez szczelinę smarującą w przypadku wystąpienia luzu minimalnego.
h0 = = 0.65= 55.25 [μm]
3.1.3.1. Sprawdzenie warunku h0 > Rzc+Rzp
h0 > Rzc+Rzp 55.25 > 1.6 + 3.2 ⇒55.25 > 4.8
Obliczenia poprawne, warunek spełniony.
3.1.3.2 Obliczenie ilości oleju dostarczanego do łożyska przez szczelinę smarującą.
Q = = =3.5= =44.42610-6[m3/s] |
nkr=24.86[obr/min]
ψmin = 1.0610-3
δ =84.810-3[mm]
S = 0.33 [-]
h0 = 55.25 [μm]
55.25 > 4.8 [μm]
Q=44.410-6[m3/s] Q= 2.665 [l/min] |
Dane |
Obliczenia |
Wynik |
Q=2.665 [l/min]
Lmax = 427 [μm] D = 160 [mm]
Pśr = 1.25 [MPa] ψmax = 2.6710-3 η= 0.04 [Pas] n”= 11.67 [-]
= 0.23 δ=[mm]
Rzc = 1.6 [μm] Rzp = 3.2 [μm] h0 = 49.105 [μm]
= 2.8 R= 0.08[m] δ= 213.6 [μm] n”= 11.67 [-]
Q= 5.35 [l/min] |
3.1.3.3.Obliczenie upływów bocznych
Qs = 0.45Q = 0.452.665 = 1.99 [l/min]
3.2. Sprawdzenie działania łożyska w przypadku wystąpienia luzu maksymalnego. 3.2.1.Wyznaczenie luzów łożyska ψmax = δ = 3.2.2.Obliczenie liczby Sommerfelda dla luzu minimalnego.
S = = 0.05 [-]
3.2.3 Wyznaczenie ilości oleju przepływającego przez szczelinę smarującą w przypadku wystąpienia luzu maksymalnego.
h0 = = 0.23= 49.105 [μm]
3.2.3.1. Sprawdzenie warunku h0 > Rzc+Rzp
h0 > Rzc+Rzp 49.105 > 1.6 + 3.2 ⇒49.105 > 4.8
Obliczenia poprawne, warunek spełniony.
3.2.3.2 Obliczenie ilości oleju dostarczanego do łożyska przez szczelinę smarującą.
Q = = =2.8= =89.2710-6[m3/s]
3.2.3.3.Obliczenie upływów bocznych
Qs = 0.7Q = 0.75.35 = 3.74 [l/min] |
Qs = 1.99 [l/min]
ψmax = 2.6710-3
δ =213.610-3[mm]
S = 0.05 [-]
h0 = 49.105 [μm]
49.105 > 4.8 [μm]
Q=89.210-6[m3/s] Q= 5.35 [l/min]
Qs = 3.74 [l/min] |
Dane |
Obliczenia |
Wynik |
|
3.3.Wnioski z obliczeń sprawdzających
Obliczenia sprawdzające wykazały, że łożysko będzie pracowało w warunkach tarcia płynnego nawet przy wystąpieniu luzów granicznych. Ważnym jest również fakt, iż zastosować nalezy dodatkowe chłodzenie środka smarującego. |
|