Akademia Górniczo – Hutnicza
im. Stanisława Staszica

Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn

Podstawy Konstrukcji Maszyn

Laboratorium 3:
„Badanie sprzężeń ciernych charakterystycznych dla sprzęgieł tarczowych„

Dominika Kęsik

Sylwia Sowa

Gr 29

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się ze stanowiskiem, wyznaczenie zależności pomiędzy momentem skręcającym na wale, a wartością siły docisku, a także obciążenia zewnętrznego i wyznaczenie wartości współczynnika tarcia.

1. Schemat stanowiska
   
   Na stanowisku pomiarowym znajduje się maszyna do pomiaru sprzężeń ciernych.
   
   1 - korpus stanowiska
   2 – wał
   3 - łożyskowanie 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

2. Przebieg ćwiczenia

1. Zakładamy na wał tarczę cierną z tworzywa sztucznego – ferroda.

2. Wstępne dociskamy tarczę siłą dociskową 𝐹𝐷.

3. Obciążamy koło linowe o średnicy 𝐷𝑡=370 𝑚𝑚 odważnikiem o masie 𝑚1=5𝑘𝑔.

4. Załączamy układ pomiarowy i rejestrujący, który nadzoruje przeprowadzane badanie.

5. Następnym krokiem jest zmniejszenie wartości docisku 𝐹𝐷 w wyniku odkręcania śruby regulacyjnej, aż do momentu zerwania tarcia spoczynkowego i kontaktu między tarczami i jednoczesne opadnięcie odważnika o masie 𝑚.

6. Odczytujemy i zapisujemy uzyskane wyniki: siły, momentu i kąta.

7. Powtarzamy pomiar dla zwiększonego obciążenia 𝑚2=13,3 𝑘𝑔 oraz 𝑚3=24,79 𝑘𝑔 .

8. Powtarzamy całe badanie dla innej tarczy ciernej, wykonanej ze stali w stanie surowym.

1. Wyniki pomiarów

	Tarcza ze stali (dociskowa)	Tarcza wykonana ze stali	Tarcza wykonana z ferrody
Średnica zewnętrzna - Dz	150 mm	138,4 mm	140,5 mm
Średnica wewnętrzna - Dw	191 mm	198,7 mm	199,5 mm
Średni promień tarcia - Rśr	85,66 mm	85,17 mm	85,85 mm

$${\mathbf{M}_{\mathbf{\text{obc}}}\mathbf{=}\mathbf{F}_{\mathbf{L}}\mathbf{\ }\mathbf{\bullet}\mathbf{\ }\mathbf{R}_{\mathbf{T}}\mathbf{=}\mathbf{m}\mathbf{\ }\mathbf{\bullet}\mathbf{g}\mathbf{\ }\mathbf{\bullet}\mathbf{\ }\mathbf{R}_{\mathbf{T}}\mathbf{\ }\left\lbrack \mathbf{\text{Nm}} \right\rbrack\mathbf{\backslash n}}\backslash n{\mathbf{F}_{\mathbf{\text{TS}}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{M}_{\mathbf{\text{obc}}}}{\mathbf{R}_{\mathbf{s}\mathbf{r}}}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{m}\mathbf{\ }\mathbf{\bullet}\mathbf{g}\mathbf{\ }\mathbf{\bullet}\mathbf{\ }\mathbf{R}_{\mathbf{T}}}{\mathbf{R}_{\mathbf{s}\mathbf{r}}}\backslash n}$$

Materiał	Masa	Mobc	FTS
	5 kg	9,1 Nm	105,9 N
STAL – STAL	13,3 kg	24,1 Nm	281,8 N
	24,79 kg	45 Nm	525,2 N
	5 kg	9,1 Nm	105 N
STAL - FERRODA	13,3 kg	24,1 Nm	281,8 N
	24,79 kg	45 Nm	525,2 N

$$\mathbf{\mu}\mathbf{= \ }\frac{\mathbf{F}_{\mathbf{\text{TS}}}}{\mathbf{2}\mathbf{\bullet}\mathbf{\ }\mathbf{F}_{\mathbf{D}}}\backslash n$$

M_S=M_obc−M_T

$$\mathbf{F}_{\mathbf{\text{TK}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{M}_{\mathbf{\text{obc}}}\mathbf{-}\mathbf{M}_{\mathbf{S}}}{\mathbf{R}_{\mathbf{S}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{M}_{\mathbf{T}}}{\mathbf{R}_{\mathbf{S}}}\backslash n\backslash n$$

	STAL - FERRODA
	TARCIE STATYCZNE
Obciążenie	5 kg
Moment obciążający	9,63 Nm
	9,63 Nm
	9,63 Nm
Moment zewnętrzny	----------------------
Siła docisku	311,04 N
	310,56 N
	309,60 N
Siła tarcia	112,37 N
	112,37 N
	112,37 N
Współczynnik tarcia	0,181
	0,181
	0,181
Średni współczynnik tarcia	0,181
	STAL - STAL
	TARCIE STATYCZNE
Obciążenie	5 kg
Moment obciążający	9,73 Nm
	9,52 Nm
	8,81 Nm
Moment zewnętrzny	----------------------
Siła docisku	301,44 N
	297,36 N
	293,28 N
Siła tarcia	113,56 N
	111,18 N
	102,83 N
Współczynnik tarcia	0,188
	0,187
	0,175
Średni współczynnik tarcia	0,187

WYKRES ZALEŻNOŚCI MOMENTU ZEWNĘTRZNEGO I SIŁY DOCISKU

STAL – FERRODA

A) Dla 5kg

B) Dla 13.3 kg

C) Dla 24.79 kg

WYKRES ZALEŻNOŚCI MOMENTU ZEWNĘTRZNEGO I SIŁY DOCISKU
STAL – STAL

1. Dla 5kg
   
   
   
   

2. 13.3 kg

1. Dla 24.79 kg

Wnioski

Dzięki badaniu powierzchni trących w sprzęgłach możemy dostrzec różnice między skojarzeniem złożonym ze stali - stali i stali – ferrorda.

Stal – Stal – siły tarcia statycznego duże, tarcie dynamiczne i siła tarcia niestabilne.
Stal – Ferroda to połączenie w którym można przewidzieć parametry pracy, współczynnik tarcia jest stały, natomiast podczas występowania tarcia dynamicznego nie występują skoki siły tarcia. Dla stałej siły docisku obrót jest jednostajny.

Sprzęgła przełączane asynchronicznie – w czasie doboru musimy rozróżnić statyczny moment obrotowy sprzęgła (przekroczenie spowoduje powstanie poślizgu pomiędzy płytkami sprzęgającymi, przy czym w chwili przykładania momentu względna prędkość obrotowa płytek = 0), a także moment obrotowy dynamiczny sprzęgła (przyśpiesza lub opóźnia bierną część układu sprzęganego, która jest pod obciążęniem, a w chwili przykładania momentu względna prędkość obrotowa płytek jest >0

Skojarzenia cierne – w czasie doboru zwracamy uwagę na to, aby współczynnik tarcia materiału był jak największy, a także materiał musi mieć dużą wytrzymałość mechaniczną i termiczna, odporny na zużycie i odporny na zacieranie.