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- A
ożyskowanie wału
4- Koło linowe
5- Obciążniki (układ obciążający)
6- Tarcze cierne
7- Śruba regulacyjna siłę nacisku Fd
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 Fd 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
8
Prędkośd kątowa
6
4
2
0
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Czas [s]
2000
Siła docisku
1500
1000
500
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Czas[s]
Moment skręcający
20
10
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-10
Czas [s]
300
KÄ…t obrotu
200
100
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-100
Czas [s]
0,3
Współczynnika tarcia kinetycznego
0,2
0,1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Czas [s]
[rad/s]
Prędkośd kątowa
Siła docisku [N]
Moment
skręcający [Nm]
KÄ…t obrotu [°]
Współczynnik
tarcia kinetycznego
2.2. Tarcza stalowa, obciążenie m=15 kg
0,326
15
Prędkośd kątowa
10
5
0
0 5 10 15 20 25 30
-5
Czas [s]
2000
Siła docisku
1500
1000
500
0
0 5 10 15 20 25 30
Czas [s]
Moment skręcający
40
20
0
0 5 10 15 20 25 30
-20
Czas [s]
300
KÄ…t obrotu
200
100
0
-100
0 5 10 15 20 25 30
Czas [s]
1
Współczynnik tarcia kinetycznego
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0 5 10 15 20 25 30
Czas [s]
[rad/s]
Prędkośd kątowa
Siła docisku [N]
Moment
skręcający [Nm]
KÄ…t obrotu [°]
kinetycznego
Współczynnik tarcia
2.3. Tarcza stalowa, obciążenie m=20 kg
0,279
15
Prędkośd kątowa
10
5
0
0 2 4 6 8 10 12
-5
Czas [s]
2000
Siła docisku
1500
1000
500
0
0 2 4 6 8 10 12
Czaas [s]
Moment skręcający
40
30
20
10
0
0 2 4 6 8 10 12
Czas [s]
-10
300
KÄ…t obrotu
200
100
0
0 2 4 6 8 10 12
-100
Czas [s]
Współczynnik tarcia kinetycznego
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
0 2 4 6 8 10 12
Czas [s]
[rad/s]
Prędkośd kątowa
Siła docisku [N]
[Nm]
Moment skręcający
KÄ…t obrotu [°]
kinetycznego
Współczynnik tarcia
2.4. Tarcza ferodo, obciążenie m=10 kg
0,118
0,15
Prędkośd kątowa
0,1
0,05
0
0 10 20 30 Czas [s] 40 50 60 70
1500
Siła docisku
1000
500
0
0 10 20 30 40 50 60 70
Czas [s]
Moment skręcający
20
15
10
5
0
0 10 20 30 40 50 60 70
Czas [s]
0,08
Współczynnik tarcia kinetycznego
0,06
0,04
0,02
0
Czas [s]
0 10 20 30 40 50 60 70
300
KÄ…t obrotu
200
100
0
0 10 20 30 40 50 60 70
-100
Czas [s]
[rad/s]
Prędkośd kątowa
Siła docisku [N]
[Nm]
Moment skręcający
tarcia
kinetycznego
Współczynnik
KÄ…t obrotu [°]
2.5. Tarcza ferodo, obciążenie m=15 kg
0,272
0,2
Prędkośd kątowa
0,15
0,1
0,05
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Czas [s]
2500
2000 Siła docisku
1500
1000
500
0
Czas [s]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
30
Moment skręcający
25
20
15
10
5
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Czas [s]
250
KÄ…t obrotu
200
150
100
50
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Czas [s]
0,08
Współczynnik tarcia kinetycznego
0,06
0,04
0,02
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Czas [s]
[rad/s]
Prędkośd kątowa
Siła docisku [N]
[Nm]
Moment skręcający
KÄ…t obrotu [°]
tarcia
kinetycznego
Współczynnik
2.6. Tarcza ferodo, obciążenie m=20 kg
0,155
0,08
Prędkośd kątowa
0,06
0,04
0,02
0
0 20 40 60 80 100 120 140
Czas [s]
2000
1500 Siła nacisku
1000
500
0
0 20 40 60 80 100 120 140
Czas [s]
40
Moment skręcający
20
0
0 20 40 60 80 100 120 140
Czas [s]
250
KÄ…t obrotu
200
150
100
50
0
0 20 40 60 80 100 120 140
Czas [s]
0,05
Współczynnik tarcia kinetycznego
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0 20 40 60 80 100 120 140
Czas [s]
[rad/s]
Prędkośd kątowa
Siła nacisku [N]
[Nm]
Moment
skręcający
KÄ…t obrotu [°]
kinetycznego
Współczynnik tarcia
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.