Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z Teorii Maszyn i Mechanizmów
ĆWICZENIE NR ...
BADANIE WSPÓA
CZYNNIKA TARCIA PRZY MAA
YCH
PR
DKOŚCIACH
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest określenie kinetycznego współczynnika tarcia suchego przy
małych wartościach prędkości w miejscu styku (w zakresie 0 �� 3 x 10-3 ms-1).
2. Opis stanowiska
Zasadniczą część stanowiska przedstawionego na rysunku 1 stanowi układ próbek
trących w postaci skojarzenia ciernego stalowej tarczy obrotowej 2 (o średnicy 0.240
m) z powierzchnią próbki 1 osadzonej w gniez
dzie ślizgacza 14.
Próbka w kształcie tarczy jest osadzona na pionowym wale napędzanym silnikiem
prądu stałego 4 typu P20b32a, o mocy 0.8 kW, poprzez przekładnię zębatą 6
1
o przełożeniu . Tarcza została wykonana ze stali 40 (węglowej konstrukcyjnej
5000
wyższej jakości), którą obrobiono cieplnie. Powierzchnia tarczy ma chropowatość
określoną średnim arytmetycznym odchyleniem profilu Ra = 0.20 m�m.
Próbki osadzane w gniez
dzie ślizgacza wykonano ze stali, żeliwa, mosiądzu oraz
aluminium, tworząc w ten sposób typowe dla układów rzeczywistych skojarzenia
cierne. Każda z tych próbek wykonana została w dwóch wariantach różniących się
kształtem powierzchni styku z tarczą, tzn. o styku płaskim oraz punktowym.
Prędkość obrotowa silnika jest regulowana tyrystorowym układem sterowania typu
DMM, który pozwala uzyskać szeroki zakres zmian jej wartości. Prędkość ta
mierzona jest multitachometrem DMT 21. Ślizgacz 14 przymocowany jest do
ramienia 7 osadzonego na wałku ułożyskowanym w nieruchomej podstawie.
Laboratorium Teorii Maszyn i Mechanizmów
Bielsko-Biała 2011
oprracowałł Arrkadiiusz Trrąbka
opracował Arkadiusz Trąbka
op acowa A kadu sz T ąbka
BADANIE WSPÓA
CZYNNIKA TARCIA PRZY MAA
YCH PR
DKOŚCIACH
2
7 13 1 2
14 8 3 6 11 4 12 5
A
B
w�
w�s
R
9
10
1  próbka o styku płaskim lub 8  sprzęgło,
punktowym, 9  czujnik do pomiaru prędkości
2  próbka w kształcie tarczy, obrotowej,
3  tarcza podtrzymująca, 10  sprzęgło wejściowe,
4  silnik prądu stałego, 11  koło zębate,
5  prądniczka tachometryczna, 12  sprzęgło prądniczki tachometrycznej,
6  przekładni zębata wielostopniowa, 14  ślizgacz.
7  ramię ślizgacza,
Rys. 1. Schemat stanowiska
3. Zależności obliczeniowe
Pomiary współczynnika tarcia kinetycznego wykonuje się dla wybranych stałych
wartości względnych prędkości próbek. Prędkości te mierzy się na określonej
długości pomiarowej toru ślizgacza, na tarczy wykonującej ruch obrotowy.
Względną prędkość poślizgu próbek określa się ze wzoru (1):
w� �� R
v =� (1)
5000
gdzie:
R  odległość pomiędzy osią obrotu tarczy a centralnym punktem gniazda
ślizgacza (rys. 1),
w�  prędkość kątowa silnika określona na podstawie zależności (2):
p� �� n
w� =� (2)
30
gdzie:
n  prędkość obrotowa silnika odczytana z tachometru.
Współczynnik tarcia kinetycznego m� wyznacza się metodą pośrednią korzystając ze
wzoru (3):
Laboratorium Teorii Maszyn i Mechanizmów
Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z Teorii Maszyn i Mechanizmów
3
T
m� =� (3)
N
gdzie:
T - siła tarcia między próbkami,
N - siła nacisku ślizgacza na tarczę.
Aby wyznaczyć siłę tarcia T należy porównać momenty od sił oddziałujących na
ramię ślizgacza, tzn. moment od siły tarcia T działającej na odcinku równym długości
ramienia ślizgacza L oraz moment od siły docisku S (ramienia ślizgacza do
nieruchomej podstawy stanowiska) działającej na odcinku LS od osi obrotu ramienia
ślizgacza do osi czujnika siły zabudowanego w gniez
dzie na nieruchomej podstawie
stanowiska.
Siłę docisku S rejestruje się w sposób ciągły przez podany okres czasu za pomocą
przyrządu pomiarowego Spider 8 firmy Hottinger Baldwin Messtechnik, natomias do
obliczeń wykorzystuje się jej wartość średnią.
Siłę nacisku N stanowi ciężar obudowy ślizgacza.
4. Przebieg ćwiczenia
Etap 1  sprawdzenie wymiarów stanowiska:
1. Zmierzyć odległość R pomiędzy osią obrotu tarczy a miejscem styku elementu
trącego z tarczą;
2. Zmierzyć długość ramienia ślizgacza L;
3. Zmierzyć odległość LS pomiędzy osią obrotu ramienia i miejscem jego styku
z czujnikiem siły.
R
L
LS
START
Regulacja
prędkości
obrotowej
STOP
Laboratorium Teorii Maszyn i Mechanizmów
BADANIE WSPÓA
CZYNNIKA TARCIA PRZY MAA
YCH PR
DKOŚCIACH
4
Etap 2  aktywacja modułu pomiarowego:
1. Włączyć zasilanie mikrokomputera oraz systemu pomiarowego  Spider 8 ;
2. Uruchomić program  CATMAN obsługujący system pomiarowy  Spider 8 ;
3. W programie CATMAN wybrać  Configure I/O channels , a następnie
 Otwórz ;
4. W oknie plików do otwarcia wybrać  wsptarcia.IOD i potwierdzić wybór;
5. Otworzyć zakładkę  Measure , a następnie wskazać  Execute CAT module 
 Spider 8   Data logger . Zatwierdzić wciskając przycisk  Run module ;
6. Gdy pojawi się okno z zapytaniem  Load setup ? wybrać  No ;
7. Ustawić w Settings  150 Samples/s , ustawić w Visualization Window  y(t)-
Stripchart , następnie należy aktywować moduł pomiarowy wybierając  RUN ;
8. Odznaczyć  Update w lewym dolnym rogu okna programu.
Etap 3  zerowanie czujnika siły:
1. Odsunąć ramię ruchome ślizgacza od czujnika siły;
2. Na pasku zadań wskazać  CATMAN Navigator ,
wybrać  Setup instrument , a następnie  Otwórz ;
3. W oknie plików do otwarcia wybrać  wsptarcia.SP8 i potwierdzić wybór;
4. Zaznaczyć  Chan 0 , ustawić:  Measuring rate  150 Hz ,  Filter type 
bessel ,  Filter frequency  20 Hz ;
5. Wcisnąć przycisk  Test device , a następnie  OK ;
6. Kliknąć  Tare , po czym zamknąć okno.
Etap 4  sprawdzenie siły nacisku N ślizgacza na płytę obrotową:
1. Wyjąć czujnik siły z gniazda uchwytu ramienia ślizgacza;
2. Umieścić czujnik pomiędzy tarczą obrotową a ślizgaczem;
3. Uruchomić odczyt wciskając F5, po 5 sekundach zatrzymać rejestrację siły
nacisku poprzez ponowne wciśnięcie F5;
4. Wyjąć czujnik siły spod ślizgacza;
5. Umieścić czujnik siły ponownie w gniez
dzie uchwytu ramienia ślizgacza;
Laboratorium Teorii Maszyn i Mechanizmów
Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych z Teorii Maszyn i Mechanizmów
5
6. Odczytać siłę nacisku z okna programu  CATMAN biorąc pod uwagę, że
wskazania czujnika siły mają przelicznik 1 mV/V = 1000 N.
Etap 5  pomiar:
1. Pobrać od prowadzącego zajęcia elementy trące do badań  UWAGA 
każda sekcja otrzymuje dwa elementy trące z tego samego materiału, ale
różniące się kształtem powierzchni styku z tarczą obrotową (styk
punktowy oraz styk powierzchniowy), a także dowiedzieć się dla jakich
prędkości obrotowych silnika należy wykonać pomiary oraz obliczenia;
2. W programie CATMAN, w głównym oknie pomiarowym, wybrać zakładkę
 Meas. Settings , wpisać wartość 150 samples/s, zaznaczyć okno wyboru
 store samples to database , a następnie zatwierdzić;
3. Pomiędzy płytą obrotową a ślizgaczem umieścić element trący;
4. Przełącznik na tablicy zasilania obok stanowiska ustawić w poz. 1;
5. Uruchomić napęd płyty obrotowej poprzez wciśnięcie zielonego przycisku na
panelu sterowania stanowiskiem;
6. Ustawić prędkość obrotową silnika napędowego na wartość wskazaną przez
prowadzącego ćwiczenie (przełożenie pomiędzy płytą obrotową a silnikiem
napędowym wynosi 1/5000);
7. Uruchomić pomiar w programie CATMAN wciskając F5, po upływie co
najmniej 5 sekund zatrzymać rejestrację ponownie wciskając F5;
8. Przejść do zakładki  Database ;
9. Wyeksportować wyniki pomiaru do pliku zewnętrznego (możliwego do odczytu
w programie EXCEL) poprzez wybranie  Export data , zaznaczenie  ASCII ,
 DB1 , DB2 , wpisanie nazwy pliku, wybranie rozszerzenia DAT (menu
rozwijalne pod oknem z nazwami plików już zapisanych), zatwierdzenie  OK ;
10. Zamknąć  Database editor ;
Laboratorium Teorii Maszyn i Mechanizmów
BADANIE WSPÓA
CZYNNIKA TARCIA PRZY MAA
YCH PR
DKOŚCIACH
6
Czynności opisane w punktach 6-10 powtórzyć 3 razy dla każdej z zadanych
prędkości.
11. Wyłączyć napęd płyty obrotowej poprzez wciśnięcie czerwonego przycisku na
panelu sterowania stanowiskiem;
12. Przełącznik na tablicy zasilania stanowiska ustawić w poz. 0.
Czynności opisane w punktach 3-12 powtórzyć dla drugiego z elementów trących.
Etap 6  dezaktywacja modułu pomiarowego:
1. Zamknąć program  CATMAN obsługujący system pomiarowy  Spider 8 ;
2. Zamknąć system operacyjny;
3. Wyłączyć zasilanie mikrokomputera oraz systemu pomiarowego  Spider 8 .
Etap 7  obliczenia:
1. Dla zadanych prędkości obrotowych wyznaczyć prędkości względne poślizgu;
2. Dokonać zamiany wartości rejestrowanych sił docisku z [mV/V] na [N];
3. Obliczyć wartość średnią każdej z sił docisku S na podstawie
zarejestrowanych przebiegów ich zmienności w czasie 5 sekund;
4. Obliczyć średnie wartości sił tarcia T odpowiadające każdej ze średnich
wartości sił docisku S;
5. Na podstawie średnich wartości sił tarcia określić wartości współczynników
tarcia kinetycznego;
6. Wartości sił tarcia T oraz odpowiadające im współczynniki tarcia zestawić
w tabeli grupując te wielkości w funkcji prędkości względnej poślizgu oraz
rodzaju powierzchni styku.
5. Zawartość sprawozdania
�� Cel ćwiczenia;
�� Przebieg ćwiczenia (w punktach);
�� Schemat stanowiska laboratoryjnego z opisem oraz zwymiarowaniem wielkości
R, L, LS;
�� Dane wejściowe do przeprowadzanego ćwiczenia;
�� Zestawienie wyników pomiarów (należy sporządzić cztery wykresy  po dwa dla
każdej z par trących oraz każdej z zadanych prędkości obrotowych  i umieścić
na każdym z nich po trzy przebiegi rejestrowanych sił docisku S. Przed
sporządzeniem wykresów należy dokonać zamiany wartości sił z [mV/V] na [N]);
�� Przykładowy przebieg obliczeń z podaniem wzorów oraz podstawień do wzorów;
�� Zestawienie wyników obliczeń;
�� Sporządzony w trakcie ćwiczeń protokół;
�� Wnioski, spostrzeżenia i uwagi.
Laboratorium Teorii Maszyn i Mechanizmów