HPIM5141

Nagrzewanie sprzęgieł. Analiza strat cieplnych w sprzęgle ciernym podczas jego włączania wymaga sporządzenia bilansu energetycznego napędu w okresie rozruchu bądź hamowania (2]. Charakter oddawania ciepła do otoczenia (albo do czynnika chłodzącego) może być różny, zależny od konstrukcji sprzęgła, od sposobu wbudowania do zespołu napędzającego oraz od rodzaju zastosowanego chłodzenia.

W sprzęgłach ciernych tarczowych źródłem ciepła są straty powstałe na powierzchniach ciernych w okresie ruchu nieustalonego sprzęgła. W sprzęgłach wielopłytkowych (oprócz strat na powierzchniach ciernych w czasie ruchu nieustalonego) występują straty ruchu jałowego, na skutek występowania momentu szczątkowego M_sz. Poszczególne płytki sprzęgła przy ruchu jałowym ocierają się o siebie, mimo że nie są dociśnięte, wywołując moment szczątkowy.

Decydujące znaczenie z punktu widzenia nagrzewania się sprzęgła mają straty tarcia na powierzchniach ciernych w okresie ruchu nieustalonego.

Proces nagrzewania powierzchni ciernych w sprzęgle rozpatruje się przy założeniu, że pary cieme są ciałem jednorodnym, nie wymieniającym ciepła z innymi elementami.

Bilans cieplny w sprzęgle ciernym wygląda następująco

(1.156)

dLr = m^pcdT+SctoT dl

gdzie: m_sp - masa sprzęgła, c - ciepło właściwe materiału sprzęgła, dr - przyrost temperatury sprzęgła w stosunku do temperatury otoczenia lub czynnika chłodzącego, S - powierzchnia, przez którą ciepło oddawane jest ze sprzęgła do otoczenia, a,, - współczynnik odprowadzenia ciepła z powierzchni S, t - czas trwania cyklu nagrzewania.

Rozwiązanie równania (1. 156) ma postać

(1.157)

T = 7i(l -e~'/^ł' )+71,(0)

gdzie: T_u - ustalony przyrost temperatury powierzchni ciernych, t_c - cieplna stała czasowa sprzęgła, 7^(0) 1 początkowy przyrost temperatury powierzchni ciernych w stosunku do temperatury otoczenia lub czynnika chłodzącego w chwili i = 0. Ustalony przyrost temperatury powierzchni ciernych

(1.158)

przy czym: L_c - straty tarcia podczas rozruchu, hamowania lub nawrotu w sprzęgle, m - liczba włączeń sprzęgła na godzinę.

Stałą czasową sprzęgła ciernego można określić z równania

(1.159)

Równanie (1.157) ma charakter ogólny i dotyczy przypadku zarówno nagrzewania, jak i chłodzenia sprzęgła. Jeżeli bowiem straty mają wartości takie, że odpowiadający im ustalony przyrost temperatury jest większy od przyrostu początkowego. to temperatura sprzęgła rośnie. Natomiast gdy początkowy przyrost temperatury jest większy od przyrostu ustalonego, temperatura sprzęgła maleje.

Wartości stałych czasowych i, oraz współczynników odprowadzenia ciepła a„ dla rozpatrywanego typu sprzęgła są najczęściej określane w sposób doświadczalny. Przy naturalnym chłodzeniu powietrzem do wstępnych obliczeń można przyjmować

Oo-5,23 +6,981/^3/4 W/(m^2oQ    (1.160)

gdzie v - prędkość obwodowa sprzęgła w m/s.

Dla sprzęgieł ciernych mokrych, pracujących w obrabiarkach, można przyjmować a„ m 23,26 W/(m^2oC), przy pracy w zakresie prędkości obrotowej n = = 750-7-1000 obr/min [8].

Średnia temperatura sprzęgła wyniesie

Tfr^T+r,*    ’    1    (1.161) gdzie 7T₀i - temperatura otoczenia.

Dopuszczalna liczba włączeń sprzęgła w jednostce czasu

^ {Tóop ^01)

a„S

w

(1.162)

gdzie 7dop - dopuszczalna średnia temperatura powierzchni ciernych.

Najskuteczniejszym sposobem chłodzenia sprzęgła jest chłodzenie wymuszone, przy którym czynnik chłodzący (olej) zostaje odpowiednimi kanałami doprowadzony do najbardziej nagrzanych elementów sprzęgła. Gdy sprzęgło jest wbudowane w przekładnię zębatą, wtedy całe ciepło wydzielone w nim jest przekazywane do otoczenia przez korpus przekładni. Orientacyjnie można przyjmować, że współczynnik odprowadzenia ciepła z korpusu przekładni wynosi a,, — 1,3-t- 1,7 W/(nr-°C). Jeżeli znane są straty powstające wewnątrz obudowy sprzęgła, to przyrost jej temperatury określa się wzorem

Tah —

a₀S:

(1.163)

gdzie S_z - sumaryczna powierzchnia zewnętrzna obudowy sprzęgła.

Dla wstępnych oszacowań można tak dobierać wielkość powierzchni odprowadzającej ciepło, aby na 1 m² nie przypadło więcej niż 0,5 kW strat mocy.

Rozwiązania konstrukcyjne. Sprzęgła sterowane mechanicznie w zależności od liczby par ciernych występują jako jednotarczowe lub wielotarczowe (wie-lopłytkowe). Sprzęgła wielotarczowe przy stosunkowo małych wymiarach gabarytowych mogą przenosić znaczny moment obrotowy. Sprzęgła jednotarczowe przy takim samym momencie obrotowym mogą odprowadzić większe ilości ciepła. Są one jednakże znacznie większe i cięższe oraz odpowiednio droższe.

87