Temat: Zaprojektować łożysko ślizgowe pracujące w warunkach tarcia płynnego dla przyjętego stosunku , kąta opasania . Technologia wykonania pozwala uzyskać wysokość nierówności dla czopa , dla panewki . Olej przyjąć wg ISO. Dane: - siła poprzeczna - prędkość obrotowa - średnica czopa - siła wzdłużna

Założenia konstrukcyjne Łożysko ślizgowe będzie pracować w warunkach tarcia płynnego dla obciążeń od siły poprzecznej, oraz na kołnierzy przejmującym obciążenia od siły wzdłużnej - w warunkach tarcia mieszanego. Zastosujemy hydrodynamiczne smarowanie łożyska. Wiąże się to ze spełnieniem następujących warunków: - musi istnieć klin smarny pomiędzy panewką a czopem; - zachodzi warunek, że prędkość obwodowa jest większa lub równa od pewnej krytycznej prędkości (sprawdzamy warunek tarcia płynnego ) - musi zostać zapewniony stały dopływ oleju niwelujący upływ oleju na krańcach panewki Do konstrukcji łożyska będziemy bazować na poniższych normach: - pasowania i tolerancje: PN-EN 20286-1:1996; (odchyłki PN-EN 20286-2:1996); - stopy łożyskowe cyny i ołowiu: PN - ISO 4381:1997; - Śruby z łbem sześciokątnym - Klasy dokładności A i B: PN-EN ISO 4014:2004 - Nakrętki sześciokątne, odmiana 1 - Klasy dokładności A i B: PN-EN ISO 4032:2004 - Podkładki okrągłe - Szereg normalny - Klasa dokładności C: PN-EN ISO 7091:2003 - Części złączne - Otwory przejściowe dla śrub i wkrętów: PN-EN 20273:1998 - własności wytrzymałościowe żeliw sferoidalnych: PN-EN 1563:2000 - Części złączne - Wyjścia i podcięcia gwintów metrycznych: PN-89/M-82063 - Części złączne - Otwory przejściowe dla śrub i wkrętów: PN-EN 20273:1998 - Pogłębienia walcowe pod części złączne: PN-83/M-82069

Obliczenia:

Dane	Obliczenia	Wyniki
	Dobór materiału na czop: C40 (40) Materiał na panewkę: Stop łożyskowy cynowo-antymonowo-miedziowy (SnSb12Cu6Pb) o cesze Ł83 (wg PN - ISO 4381:1997) Warunki pracy: Stop łożyskowy zostanie wylany na powierzchnię panewki wykonanej z żeliwa sferoidalnego: EN-GJS-400-15.	C40 (40)
	Obliczenia dla siły poprzecznej: Sprawdzam główne wymiary łożyska na podstawowe warunki wytrzymałościowe: Dla C40 ; , ; wg [2.] Średnica czopu z warunku na wytrzymałość na zginanie (wzór z [1.], przekształcenie z ): , warunek spełniony, nasz czop ma Średnica czopu z warunku na wytrzymałość na docisk: (wzór z [1.], przekształcenie z ): , warunek spełniony Przyjmujemy wymiary , za poprawne Obliczenie średniego nacisku: Prędkość obwodowa wału: Prędkość kątowa: Iloczyn : Warunek spełniony. Dobór pasowania: Luz względny wg Vogelpohla powinien wynosić: Zwiększam o 15%: Przyjmiemy pasowanie z przedziału: Stąd luz min/max: Pasowanie o takich luzach jest spełnione przez H8/d9 (wg PN-EN 20286-1:1996) Obliczanie luzu rzeczywistego: Współczynniki rozszerzalności cieplnej przyjęte z [5.]: , dla panewki (Ł83) , dla stali (C40) Zmiana luzu zostanie wyrażona następująco: - temperatura pracy łożyska wyznaczana na podstawie kolejnych iteracji - przyjęta temperatura otoczenia łożyska Obliczenia będą wykonywane do momentu, gdy błąd bezwzględny osiągnie przyjętą wartość Zgodnie z [3.] przyjmuję olej smarujący: ISO VG 46 Pierwsza iteracja: Przyjmuję Dla lepkość dynamiczna oleju wynosi . Wyznaczam odwrotność liczby Sommerfelda: Z wykresu [1.] wyznaczam współczynnik : - współczynnik tarcia między czopem a panewką. Stąd policzymy moc tarcia, czyli moc strat: Wyznaczam orientacyjną powierzchnię A całego łożyska, przez którą odprowadzane jest ciepło: l0 - długość wału na której zostaje odprowadzone ciepło. Przyjmuje się, że dla , Całkowita powierzchnia: Wyznaczenie współczynnika przewodnictwa cieplnego k: w - prędkość przepływu powietrza, przyjmuję ; Sprawdzam błąd bezwzględny Druga iteracja: Przyjmuję Dla lepkość dynamiczna oleju wynosi . Wyznaczam odwrotność liczby Sommerfelda: Z wykresu z książek [1.] i [5.] wyznaczam współczynnik : - współczynnik tarcia między czopem a panewką. Stąd policzymy moc tarcia, czyli moc strat: Sprawdzam błąd bezwzględny Trzecia iteracja: Przyjmuję Dla lepkość dynamiczna oleju wynosi . Wyznaczam odwrotność liczby Sommerfelda: Z wykresu z książek [1.] i [5.] wyznaczam współczynnik : - współczynnik tarcia między czopem a panewką. Stąd policzymy moc tarcia, czyli moc strat: Sprawdzam błąd bezwzględny Stąd wiemy, że temperatura pracy łożyska wyniesie: W dalszej części projektu wyznaczę luz promieniowy, grubość filmu olejowego, wydatek oleju, objętość upływów bocznych oleju: Dla Dla lepkość dynamiczna oleju wynosi . Wyznaczam odwrotność liczby Sommerfelda: Z wykresów z książek [1.] i [5.], dla odczytuję: Luz promieniowy: Minimalna grubość filmu olejowego: Musi zostać spełniony warunek tarcia płynnego, tzn.: - nierówność czopa - nierówność panewki - odkształcenie wału, nie znamy wymiarów wału, więc pomijam ten czynnik i przyjmuję, że Warunek tarcia płynnego został spełniony! Wyznaczam wydatek oleju przepływającego przez łożysko: Wyznaczam objętość upływów bocznych oleju: Oznacza to, że tyle samo musimy dostarczyć oleju do szczeliny smarnej. Korzystając ze wzoru: , określę rodzaj smarowania łożyska. Dla wartości powinniśmy stosować smarowanie pierścieniem stałym, ale ze względu na to, że wiązałoby się to z podziałem panewki na dwie części (takie są zalecenia wg [5.], ponieważ należałoby umieścić pierścień po środku łożyska), oraz wartość jest bliska górnej granicy smarowania za pomocą pierścieni luźnych, zastosuję pierścień luźny zgodnie z wytycznymi podanymi w książce [2.]. Wyznaczam prędkość przejścia, czyli prędkość pierścienia kiedy natężenie przepływu oleju nie jest proporcjonalne do prędkości wału, ze względu na wpływ siły odśrodkowej i poślizgi (wg [2.]) : Zgodnie z zaleceniami [2.] dla czopu o , należy dobrać pierścień o -średnica, . Lepkość dynamiczna . Ponieważ prędkość obwodowa czopa , przekracza prędkość przejścia, tak więc przepływ oleju jest określony wzorem (wg [2.]): Tak więc przepływ oleju na pierścieniu około dwukrotnie przewyższa zapotrzebowanie szczeliny smarnej. Jednak ze względu na to, że przy tak dużych obciążeniach wał i łożysko pełnią odpowiedzialną funkcję, proponuję zastosować dwa pierścienie luźne. W celu zwiększenia tarcia między pierścieniem a czopem zastosujemy pierścienie z wewnętrzną powierzchnią rowkową [5.] Wg [5.] dolna część pierścienia zanurzona jest w smarze na głębokość średnicy pierścienia. Ponieważ prędkość obrotowa pierścienia może być względnie duża należy zastosować odpowiednie chwytaki lub rynny, kierujące olej na powierzchnie nośne (wg [5.]) (wpływ siły odśrodkowej).
	Obliczenia dla siły wzdłużnej: Łożysko będzie przenosić siłę wzdłużną , dlatego należy dokonać dodatkowych obliczeń i uwzględnić specjalne rozwiązanie konstrukcyjne. Zostanie zastosowany kołnierz jak na schemacie poniżej, między odsadzeniem wału a kołnierzem wystąpi tarcie mieszane. Wymiary wału przyjmuję: ; Obliczenia wytrzymałościowe policzymy ze względu na nacisk, i iloczyn . Zgodnie z [1.] wartości dopuszczalne dobieramy jak dla czopów z pracą sił poprzecznych, czyli: ; Warunek na wytrzymałość na docisk: , warunek spełniony. Dla warunku na należy wziąć pod uwagę prędkość na średnim promieniu powierzchni nośnej: Więc: , warunek spełniony
Szczegóły konstrukcyjne: 1) Zgodnie z [7.], ze względu na prędkość obrotową należałoby zastosować uszczelnienie olejowe odrzutnikiem osiowym: rys. z [7.] 2) Korpus będzie odlewany z żeliwa sferoidalnego (przeznaczony m.in. na znacznie obciążone korpusy) EN-GJS-400-15, zgodnie z PN-EN 1563:2000 grubości ścianki odlewu do 30 [mm], , , 3) ponieważ łożysko będzie pracować we względnie dużej temperaturze (ale wciąż dopuszczalnej), można usprawnić pracę łożyska zapewniając większą powierzchnię odprowadzania ciepła przez łożysko - wniosek: zastosować w korpusie dodatkowe żebra odprowadzające ciepło jak radiatory 4) wszelkie rozwiązania konstrukcyjne zastosowane w tym projekcie wzorowane będą na przykładach z książek: [1.], [5.], [6.], [7.] 5) Panewka zostanie wykonana z tego samego żeliwa co korpus (EN-GJS-400-15), o promieniu zewnętrznym min , kołnierz o promieniu zewnętrznym . Warstwa stopu łożyskowego SnSb12Cu6Pb zostanie wylana na grubość 6 [mm], zostaną zastosowane tzw. „jaskółki” wzdłuż panewki, w celu silniejszego związania warstwy ślizgowej z panewką (wymiary dobrane wg [1.] ).
Literatura: [1.] „Podstawy konstrukcji maszyn” - Zbigniew Osiński, Wiesław Bajon, Tadeusz Szucki, Warszawa : Państ. Wydaw. Naukowe, 1986. [2.] „Podstawy konstrukcji maszyn. 2, łożyska, sprzęgła i hamulce, przekładnie mechaniczne : przykłady obliczeń : praca zbiorowa”- pod red. Eugeniusza Mazanka; Andrzej Dziurski, Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2005. [3.] „Przemysłowe środki smarne - Poradnik” - Total, Warszawa 2003 (te same informacje zawarte na http://www.totalpolska.pl/wiedza/) [4.] „Paliwa, oleje i smary w ekologicznej eksploatacji : poradnik” - Alfred Podniało, Warszawa: Wydaw. Naukowo-Techniczne, 2002. [5.] „Podstawy konstrukcji maszyn. Cz. 2” - Witold Korewa, Kazimierz Zygmunt, Warszawa: Wydaw. Nauk.-Techniczne, 1975. [6.] „Wykład elementów maszyn. Cz. 2, Łożyskowanie” - Wacław Muszyński, Warszawa : Państ. Wydaw. Techniczne, 1955. [7.] „Podstawy konstrukcji maszyn : projektowanie” - Leonid W. Kurmaz, Warszawa: Wydaw. Nauk. PWN, 1999. [8.] www.pkn.pl - Polski Komitet Normalizacyjny

1

---