ZA

I SK SZ CZ EC IN IE

W

ET

w Szczecinie

NIOPOMO OD R CH

UNIW ERSY T

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY

TE NY CH NOLO GICZ

KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN ZAKŁAD PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z Podstaw Konstrukcji Maszyn

nr 1

Smarowanie łożysk ślizgowych hydrodynamicznych za pomocą pierścienia luźnego

Opracował: dr inż. Rafał Grzejda

Szczecin 2015

2

Laboratorium Zakładu Podstaw Konstrukcji Maszyn Smarowanie łożysk ślizgowych hydrodynamicznych za pomocą pierścienia luźnego

Spis treści 1

Cel ćwiczenia ......................................................................................... 4

2

Wprowadzenie ....................................................................................... 4

2.1

Tarcie ..................................................................................................... 4

2.2

Środki smarne ........................................................................................ 6

2.2.1

Lepkość ................................................................................................... 7

2.2.2

Smarność ................................................................................................ 9

2.3

Technika smarowania ............................................................................ 9

2.3.1

Smarowanie pierścieniem luźnym............................................................ 10

2.3.2

Smarowanie pierścieniem stałym ............................................................ 13

2.3.3

Smarowanie łańcuchem .......................................................................... 15

3

Przebieg ćwiczeń laboratoryjnych ........................................................ 15

Bibliografia ..................................................................................................... 17 Wykaz norm ................................................................................................... 18

3

4

1 Cel ćwiczenia Zapoznanie się z pracą poprzecznego łożyska ślizgowego hydrodynamicznego, smarowanego zanurzeniowo za pomocą pierścienia luźnego.

2 Wprowadzenie 2.1 Tarcie Tarcie jest to zespół zjawisk opisujących występowanie oporu pomiędzy elementami tego samego ciała lub na styku różnych ciał. Ogólny podział rodzajów tarcia pokazano na rys. 1.

TARCIE ZEWNĘTRZNE

TARCIE TOCZNE

TARCIE RUCHOWE (KINETYCZNE)

TARCIE ŚLIZGOWE

TARCIE SPOCZYNKOWE (STATYCZNE)

TARCIE TOCZNE

TARCIE ŚLIZGOWE TARCIE PŁYNNE

TARCIE TARCIE W PŁYNACH

TARCIE MIESZANE TARCIE GRANICZNE

TARCIE WEWNĘTRZNE TARCIE W CIAŁACH STAŁYCH

TARCIE PRZY ODKSZTAŁCENIACH PLASTYCZNYCH TARCIE PRZY ODKSZTAŁCENIACH SPRĘŻYSTYCH

Rys. l. Rodzaje tarcia (na podstawie [11, 12, 18])

Podczas pracy łożyska ślizgowego smarowanego hydraulicznie można wyróżnić trzy etapy pracy: rozruch, pracę w stanie ustalonym i wybieg. Poniżej przedstawiono rodzaje tarcia występujące w czasie tych etapów. Kierunek działania obciążenia

Panewka

F

Czop

 = 0,  = stat, hmin = 0 Rys. 2. Schemat łożyska ślizgowego na początku rozruchu

Laboratorium Zakładu Podstaw Konstrukcji Maszyn Smarowanie łożysk ślizgowych hydrodynamicznych za pomocą pierścienia luźnego

Rozruch rozpoczyna się od stanu, w którym nieruchomy czop łożyskowy (  = 0) spoczywa na panewce łożyskowej (wysokość filmu olejowego hmin = 0). Łożysko w tym stanie pokazano na rys. 2. W tym przypadku w połączeniu między czopem a panewką występuje tarcie spoczynkowe. Wartość współczynnika tarcia zależy m. in. od rodzaju materiału, z którego wykonano stykające się elementy (tab. 1).

5

Tab. 1. Wartości współczynnika tarcia spoczynkowego w funkcji materiału łączonych elementów [12] Rodzaj materiału Czop Stal

stat

Panewka Brąz ołowiowy

0,12

Metal biały

0,20

Żeliwo

0,14

Przy nieznacznym zwiększeniu prędkości czopa, warstwy przyścienne (graniczne) łączonych powierzchni czopa i panewki stykają się i nie są rozdzielone warstwą oleju. Ponieważ są to powierzchnie chropowate, w obszarze ich styku dochodzi do odkształceń sprężystych lub plastycznych. W tym przypadku w łożysku występuje tarcie graniczne, a wartość współczynnika tarcia granicznego  gr  0,08  0,20 [12]. Podczas dalszego zwiększania prędkości czopa (lub podczas wybiegu łożyska) łączone powierzchnie czopa i panewki częściowo są rozdzielone. Wówczas w łożysku występuje tarcie mieszane (rys. 3). Obserwuje się przy tym ciągłą zmianę udziału tarcia suchego (pomiędzy stykającymi się powierzchniami) i tarcia płynnego (w miejscach, w których czop i panewka rozdzielone są warstwą oleju). Dlatego dokładne określenie współczynnika tarcia mieszanego jest trudne. Przyjmuje się, że jego wartość m  0,02  0,10  [12]. Kierunek działania obciążenia

Panewka

F

Czop

 0). Grubość warstwy oleju wielokrotnie przekracza sumaryczną chropowatość obu łączonych powierzchni (dla porównania zobacz [7]). W tym przypadku w łożysku, w całym zakresie

6 roboczym prędkości kątowej czopa rob, występuje tarcie płynne (rys. 4). Wartość współczynnika tarcia płynnego  pł  0,005  0,02 [12]. Kierunek działania obciążenia

Panewka F

Czop

in

hm

 = rob,  = pł, hmin > 0 Rys. 4. Schemat łożyska ślizgowego podczas pracy ustalonej

Czytelników bardziej zainteresowanych teorią hydrodynamicznego smarowania (równaniami równowagi elementu płynu i ciągłości przepływu) autor odsyła do podręcznika [8].

2.2 Środki smarne Podstawowymi celami stosowania smarowania są [10]: - zmniejszenie tarcia, - wyeliminowanie lub zmniejszenie zużycia, - polepszenie odprowadzania ciepła z obszarów styku, - zapewnienie odprowadzania zanieczyszczeń z obszarów styku, - umożliwienie czasowej ochrony antykorozyjnej elementów układu tribomechanicznego podczas postojów.

ŚRODKI SMARNE

GAZOWE

MINERALNE PŁYNNE

SYNTETYCZNE NATURALNE

PLASTYCZNE ZWIĄZKI O STRUKTURZE WARSTWOWEJ (np. GRAFIT)

STAŁE

ZWIĄZKI METALI O NISKIEJ TWARDOŚCI BEZ STRUKTURY WARSTWOWEJ MIĘKKIE METALE ORGANICZNE CIAŁA STAŁE

Rys. 5. Podział środków smarnych (na podstawie [5, 13])

Laboratorium Zakładu Podstaw Konstrukcji Maszyn Smarowanie łożysk ślizgowych hydrodynamicznych za pomocą pierścienia luźnego

7

Cele te osiąga się poprzez wprowadzenie między powierzchnie trących się ciał substancji zwanych środkami smarnymi. Do smarowania elementów par ślizgowych stosuje się różnego rodzaju środków smarnych. Ogólny ich podział przedstawiono na rys. 5. Podstawowe właściwości środków smarnych, to [17]: - lepkość, - smarność, - gęstość, - odporność na starzenie, - opór przepływu. Poniżej scharakteryzowano niektóre z tych właściwości.

2.2.1 Lepkość Lepkość jest to wskaźnik oporu wewnętrznego powstającego między parą warstw cieczy podczas ich wzajemnego przemieszczania. Lepkość jest podstawową właściwością reologiczną środków smarnych oraz podstawowym miernikiem ich przydatności w określonych warunkach użytkowania (prędkości względnej, temperatury i ciśnienia). Na podstawie normy PN-EN ISO 3104: 2004 [N-1] wyróżnia się: - lepkość kinematyczną, - lepkość dynamiczną. Lepkość kinematyczna () jest to opór przepływu cieczy pod wpływem sił grawitacyjnych. Aby wyznaczyć lepkość kinematyczną mierzy się czas swobodnego przepływu stałej objętości cieczy pod wpływem sił grawitacyjnych przez kapilarę lepkościomierza [1], w powtarzalnych warunkach i w znanej, ściśle kontrolowanej temperaturze. Lepkość kinematyczną oblicza się mnożąc średni czas przepływu t [s] przez stałą kalibracji lepkościomierza C [mm2/s2], zgodnie ze wzorem [N-1, N-3] ν  C t (1) 2 Jednostką podstawową lepkości kinematycznej w układzie SI jest [m /s]. W układzie CGS jednostką lepkości kinematycznej jest [St – stokes]. Zależność między tymi jednostkami jest następująca

m2  104 St s

(2)

Lepkość dynamiczna ( ) jest to stosunek przyłożonego naprężenia ścinającego do szybkości ścinania cieczy. Lepkość dynamiczna jest miarą oporu przepływu lub deformacji cieczy. Lepkość dynamiczną można określić korzystając z równania Newtona [3]

τ  η

dv dh

(3)

gdzie:

 dv dh 

– naprężenia styczne wywołujące przepływ warstw płynu względem siebie [Pa], – gradient prędkości przepływu [1/s], – współczynnik proporcjonalności (lepkość dynamiczna) [Pa·s].

Lepkość dynamiczną określa się również według wzoru (dla porównania zobacz [2, 4])

   

(4)

gdzie przez  oznaczono gęstość [kg/m3] wyznaczoną w tej samej temperaturze, co lepkość kinematyczną.

8 Jednostką podstawową lepkości dynamicznej w układzie SI jest [Pa·s – paskalosekunda]



η   m

2



kg



m

 kg 

s

 N

s



 Pa  s

(5) 2 2  s m3 s 2  m m   W układzie CGS jednostką lepkości dynamicznej jest [P – puaz]. Zależność między tymi jednostkami jest następująca

Pa  s  P 10- 1

(6) Pomiaru lepkości dynamicznej dokonuje się w czasie przepływu danej cieczy wywołanego stałą różnicą ciśnień. Odwrotnością lepkości dynamicznej jest płynność  [14] 1 (7) 



Ocenę jakości cieczy używanych jako środek smarny i ich porównania przeprowadza się z wykorzystaniem bezwymiarowych jednostek lepkości względnej [3]. W przypadku większości krajów europejskich (w tym również Polski) jest to lepkość wyrażona w stopniach Englera [°E], definiowana jako iloraz czasu wypływu 200 cm3 badanej cieczy w danej temperaturze i czasu wypływu tej samej ilości wody destylowanej w temperaturze 20 °C przez znormalizowaną kapilarę typu Englera. Do określenia odporności cieczy smarnych na zmiany temperatury stosuje się tzw. wskaźnik lepkości VI, zdefiniowany w normie PN-ISO 2909:2009 [N-2] jako

VI 

L U 100 LH

(8)

gdzie: U

– lepkość kinematyczna badanej cieczy w temperaturze 40 °C [mm2/s],

L

– lepkość kinematyczna dla cieczy o wskaźniku lepkości 0, w temperaturze 40 °C, który ma taką samą lepkość kinematyczną, jak ciecz, której wskaźnik lepkości jest oznaczony w temperaturze 100 °C [mm2/s],

H

– lepkość kinematyczna dla cieczy o wskaźniku lepkości 100, w temperaturze 40 °C, który ma taką samą lepkość kinematyczną, jak ciecz, której wskaźnik lepkości jest oznaczony w temperaturze 100 °C [mm2/s]. 2

T [mm /s] L

0

1

U 3 H

100 VI 40

2 100

T [ oC]

Rys. 6. Schemat wyznaczania wskaźnika lepkości (na podstawie [3, 15])

Laboratorium Zakładu Podstaw Konstrukcji Maszyn Smarowanie łożysk ślizgowych hydrodynamicznych za pomocą pierścienia luźnego

9

Istota wskaźnika lepkości VI została przedstawiona na rys. 6. Polega ona na porównaniu przebiegu lepkości kinematycznej w funkcji temperatury badanego oleju (oznaczonego cyfrą 3) z analogicznymi krzywymi lepkości kinematycznej dwóch olejów wzorcowych (oznaczonymi cyframi 1 i 2).

2.2.2 Smarność Smarność jest to zdolność środka smarnego do tworzenia warstw granicznych na powierzchni materiału łączonych elementów w określonych warunkach tarcia granicznego [5]. Miarą smarności jest trwałość warstwy granicznej, czyli trwałość związania (sorpcja, chemisorpcja) środka smarnego z danym elementem. Praktycznie, właściwość tą można określić poprzez ustalenie warunków, w których warstwa graniczna ulega przerwaniu (zniszczeniu). Oceny trwałości warstwy granicznej można też dokonać w sposób pośredni – na podstawie zjawisk związanych ściśle ze smarnością, czyli procesów zużycia, czy skłonności do zacierania.

2.3 Technika smarowania Podział rodzajów smarowania, według przyjętych kryteriów, zestawiono w tab. 2. Tab. 2. Rodzaje smarowania (na podstawie [3, 9]) Kryterium

Rodzaje smarowania OKRESOWE

OBJĘTOŚĆ ŚRODKA SMARNEGO

CIĄGŁE GRAWITACYJNE KAPILARNE

BEZCIŚNIENIOWE DOPŁYW ŚRODKA SMARNEGO

POWIELACZOWE ZANURZENIOWE ROZBRYZGOWE INNE

CIŚNIENIOWE

PRZELOTOWE OBIEG ŚRODKA SMARNEGO

OBIEGOWE INDYWIDUALNE ZESPOŁOWOŚĆ

CENTRALNE RĘCZNE OBSŁUGA

PÓŁAUTOMATYCZNE ZAUTOMATYZOWANE

Na podstawie podziału przedstawionego w tab. 2, można w pełni scharakteryzować każdy sposób smarowania. I tak, na przykład, smarowanie olejowe poprzecznego łożyska ślizgowego

10 hydrodynamicznego za pomocą pierścienia luźnego jest smarowaniem ciągłym, zanurzeniowym, obiegowym, indywidualnym i zautomatyzowanym. W przypadku łożysk ślizgowych stosowanych w łożyskowaniu wałów poziomych, typowymi sposobami smarowania zanurzeniowego są: - smarowanie pierścieniem luźnym, - smarowanie pierścieniem stałym, - smarowanie łańcuchem.

2.3.1 Smarowanie pierścieniem luźnym Schemat działania pierścienia luźnego pokazano na rys. 7. Pierścienie luźne mają średnicę większą od średnicy czopa. Dzięki tarciu na styku górnej powierzchni czopa z pierścieniem, pierścień wiruje razem z czopem. Dolna część pierścienia zanurzona jest w misce olejowej, górna porusza się w specjalnym kanale górnej panwi lub swobodnie (jeżeli w łożysku zastosowano tylko dolną półpanew). Olej przenoszony jest z miski olejowej do górnej części łożyska dzięki przyczepności do pierścienia. W górnej części łożyska olej rozpływa się po powierzchni czopa i przedostaje się do szczeliny smarowej.

Rys. 7. Działanie pierścienia smarującego luźnego (źródło [9])

Przy niskich prędkościach obrotowych wału, pierścień obraca się razem z czopem z taką samą prędkością liniową. Natomiast jego prędkość obrotowa jest odwrotnie proporcjonalna do jego średnicy, przy założeniu, że poślizg pomiędzy pierścieniem a czopem jest minimalny. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wału, między pierścieniem a czopem zaczyna tworzyć się warstwa oleju (patrz p. 2.1). Początkowo w łączonej parze elementów zachodzi tarcie mieszane o przewadze tarcia suchego, a przy dużych prędkościach obrotowych wału – tarcie płynne. Wówczas następuje silny wzrost poślizgu pierścienia po czopie wału i może dojść do tego, że pierścień na skutek oporu oleju, w którym jest częściowo zanurzony, zacznie się obracać ze stałą prędkością (równą około 3,3 obr/s [6]), bez względu na wzrost prędkości obrotowej wału. Dlatego też zastosowanie pierścieni luźnych limitowane jest prędkością obrotową wału. W praktyce stosuje się je dla prędkości obrotowych wału nw  1 obr/s [9]. Przy mniejszych prędkościach obrotowych, wydajność pierścienia jest niska. Ogólną zależność prędkości obrotowej pierścienia smarującego np od prędkości obrotowej wału nw pokazano na rys. 8.

Laboratorium Zakładu Podstaw Konstrukcji Maszyn Smarowanie łożysk ślizgowych hydrodynamicznych za pomocą pierścienia luźnego

11

np [obr/s] Pierścień rowkowany

Pierścień gładki

2

nw [obr/s]

3

Rys. 8. Przykładowe wykresy funkcji n p  f (nw ) (na podstawie [15])

Prędkość graniczna, przy której ma miejsce tarcie płynne między czopem a pierścieniem, wynosi od 2 do 3 obr/s, w zależności od lepkości oleju, pola powierzchni styku między czopem i pierścieniem oraz od ciężaru pierścienia [15]. W celu przerwania warstwy oleju tworzącej się pomiędzy pierścieniem i czopem stosuje się pierścienie o rowkowanej powierzchni wewnętrznej. W tym przypadku tworzenie się tarcia płynnego między parą elementów łączonych zachodzi trudniej, następuje wzrost siły tarcia między pierścieniem i czopem, a na skutek tego – wzrost prędkości obrotowej pierścienia i ilości podawanego oleju. Podobne zjawiska występują w przypadku zastosowania dociskania pierścienia do czopa za pomocą obrotowego krążka oraz stosowania ciężkich pierścieni ze stali lub mosiądzu. Dzięki przedstawionym zabiegom konstrukcyjnym możliwe jest przesunięcie górnej granicy stosowania smarowania pierścieniem luźnym, nawet do poziomu 8,3 obr/s [9]). Kształty przekroju luźnych pierścieni smarujących pokazano na rys. 9. a)

b)

c)

d)

Rys. 9. Przekroje luźnych pierścieni smarujących [6, 9]: a) pierścień gładki, b) ÷ d) pierścienie rowkowane

Mechanizm transportu smaru pierścieniem zależy od prędkości obrotowej wału. Przy niskich prędkościach obrotowych głównym źródłem oleju spływającego na czop są boczne powierzchnie pierścienia oraz powierzchnia wewnętrzna, z której olej jest wyciskany na styku pierścienia i czopa. W tym przypadku grubość pierścienia ma bardzo duży wpływ na ilość podawanego oleju, natomiast szerokość pierścienia ma wpływ znikomy. Przy wysokich prędkościach obrotowych olej jest odrzucany pod wpływem siły odśrodkowej na zewnątrz. W tym przypadku konieczne jest stosowanie wewnątrz korpusu łożyska odpowiednich chwytaków i rynien, kierujących olej na powierzchnie nośne. Przy wysokich prędkościach obrotowych, na ilość podawanego oleju wpływa głównie szerokość pierścienia, natomiast grubość pierścienia ma w tym przypadku niewielkie

12 znaczenie. Ilość oleju podawanego przez pierścienie luźne Q w zależności od prędkości obrotowej wału nw zobrazowano na rys. 10. 3

Q [cm /obr. czopa] 6 1

5 1

4 1

3

1

3

1

2 4

1

1

2 100

300

500

700

nw [obr/min]

Rys. 10. Ilość oleju podawanego przez pierścienie luźne (na podstawie [6]): 1 –pierścień gładki, olej średni, 2 – pierścień gładki, olej lekki, 3 – pierścień rowkowany, olej średni, 4 – pierścień rowkowany, olej lekki

Ilość transportowanego za pomocą pierścieni luźnych oleju zależy również od jego lepkości. Ze wzrostem lepkości oleju ilość ta zwykle rośnie [6]. Wymiary pierścieni luźnych – zdefiniowane na rys. 11 – można przyjąć według poniższych zależności [9]: - średnica wewnętrzna dw = 1,35∙d + 10 mm, - szerokość b = 0,05∙dw, - grubość s = 0,015∙dw.

Rys. 11. Wymiarowanie pierścieni smarujących (na podstawie [15, 16])

Laboratorium Zakładu Podstaw Konstrukcji Maszyn Smarowanie łożysk ślizgowych hydrodynamicznych za pomocą pierścienia luźnego

13

Przykładowy zestaw wymiarów pierścieni smarujących podano w tab. 3. Tab. 3. Wymiary pierścieni smarujących [mm] (na podstawie [15]) D 25 30

b

r

d 10÷11

5

35 40

s

12÷13 2

0,3

45

21÷23

50

24÷28

55

8

30

65 75

szerokie

6

8

7

10

38÷40

10 0,5

42÷44

6 7 9 10

9

12

35÷36

3

t

8

32÷34

60 70

wąskie

14÷17 18÷20

6

Wycięcie B

11 12

11

14

13

45÷48

14

90

50÷55

15

100

58÷62

16

80

105

12

65÷68

4

13

16

18

120

70÷75

20

130

78÷82

22

135

85÷90

23

155

92÷98

25

165

15

100÷105

5

175

0,8

190 215 240

18

350

21

7

1

27 30

125÷130

35

135÷145

37 20

24

165÷185

270 330

20

110÷120

150÷160

6

18

190÷220 225÷250

40 45

24

28

52 60

W normie PN-M-87011:1974 [N-4] podano wymiary korpusów łożysk ślizgowych z żeliwa szarego, z pierścieniem smarującym, przeznaczonych do ogólnego stosowania.

2.3.2 Smarowanie pierścieniem stałym Smarowanie pierścieniem stałym (rys. 12) polega na przenoszeniu oleju na powierzchniach pierścienia umocowanego na stałe na czopie, z miski olejowej do górnej części łożyska. W górnej części łożyska olej zgarniany jest za pomocą zgarniacza, a następnie poprzez odpowiednie rowki i otwory, pod własnym ciężarem, przedostaje się do szczeliny smarowej.

14 Pierścienie stałe mogą być wykonane w formie kołnierza na czopie lub w postaci nakładek mocowanych na wał.

Rys. 12. Działanie pierścienia smarującego stałego (źródło [9])

Wydatek pierścienia stałego jest znacznie większy od wydatku pierścienia luźnego o tej samej szerokości, zwłaszcza przy niskich prędkościach obrotowych (rys. 13). 3

Wypływ boczny z łożyska

[cm /min] 40 1

5

Pierścień stały ze zgarniaczem

1

30 1

3 1

20 1

3 1

10 1

Pierścień luźny 0

1

2

3

4

5

nw [obr/s]

Rys. 13. Przykładowe przebiegi natężenia przepływu oleju przez łożysko dla pierścienia luźnego i stałego o dw = 40 mm (na podstawie [15])

W praktyce pierścienie stałe można stosować również dla prędkości obrotowych wału nw  1 obr/s [9], w odróżnieniu od pierścieni luźnych. Ilość transportowanego za pomocą pierścieni stałych oleju zależy od prędkości obrotowej wału oraz od lepkości oleju. Ze wzrostem lepkości oleju ilość ta rośnie [9]. Natomiast z przeprowadzonych badań [9] wynika, że ilość podawanego oleju rośnie do prędkości obrotowych wału na poziomie 5 ÷ 6,6 obr/s, w zależności od lepkości oleju, a powyżej tego poziomu – zaczyna spadać. Wadą smarowania pierścieniem stałym jest konieczność dzielenia łożyska na dwie części.

Laboratorium Zakładu Podstaw Konstrukcji Maszyn Smarowanie łożysk ślizgowych hydrodynamicznych za pomocą pierścienia luźnego

15

2.3.3 Smarowanie łańcuchem Schemat łożyska ślizgowego smarowanego łańcuchem pokazano na rys. 14.

Rys. 14. Łożysko ślizgowe smarowane łańcuchem (źródło [9])

W swojej istocie ten typ smarowania podobny jest do smarowania pierścieniem luźnym. Do smarowania stosuje się łańcuchy drobnoogniwowe. Dzięki dużej elastyczności łańcuchów i szeregu przegubów w ich budowie, za pomocą łańcuchów przenoszone są duże ilości oleju. Można je jednak stosować tylko przy niskich prędkościach obrotowych wału (nie większych niż 1,5 ÷ 2,5 obr/s [15]). Przy większych prędkościach, siła odśrodkowa odrzuca łańcuch na ścianki łożyska i łańcuch styka się z czopem na małej powierzchni. Spada wówczas wydatek oleju i powstaje możliwość pękania łańcucha. Przy wysokich prędkościach obrotowych wału, łańcuchy wywołują również niekorzystne zjawisko pienienia oleju.

3 Przebieg ćwiczeń laboratoryjnych Ćwiczenia prowadzone będą na stanowisku laboratoryjnym przedstawionym na rys. 15. Przebieg zajęć podzielono na trzy etapy: Etap I. Badanie zależności między prędkością obrotową wału a prędkością obrotową pierścienia smarującego Końcowym efektem tego etapu jest wykreślenie charakterystyki (9) n p  f (nw ) gdzie: np

– prędkość obrotowa pierścienia [obr/s],

nw

– prędkość obrotowa wału [obr/s]. W celu zrealizowania pierwszego etapu ćwiczeń, wykonać należy następujące czynności: - poprzez opornik suwakowy (9) zmieniać prędkość obrotową wału co 100 obr/min w zakresie 300 ÷ 1400 obr/min, - pomiar prędkości obrotowej wału przeprowadzić za pomocą obrotomierza (10) na lewym końcu wału silnika (3),

16 -

-

dokonać pomiaru prędkości obrotowej pierścienia poprzez zliczanie obrotów pierścienia w jednostce czasu, mierząc czas stoperem dla każdej nastawionej wartości prędkości obrotowej wału, sporządzić wykres n p  f (nw ) , na podstawie literatury przeprowadzić dyskusję nad wykresem oraz opracować wnioski. 1

2

3

4

5

6

7 8

9

10

11

12

Rys. 15. Stanowisko laboratoryjne: 1 – autotransformator, 2 – układ Gretza, 3 – silnik, 4 – łożysko, 5 – koło zamachowe, 6 – łożysko badane, 7 – lejek, 8 – rurka ściekowa oleju, 9 – opornik suwakowy, 10 – obrotomierz, 11 – skala milimetrowa, 12 – rurka spustowa oleju

Etap II. Badanie wpływu głębokości zanurzenia pierścienia na prędkość obrotową pierścienia Końcowym efektem tego etapu jest wykreślenie charakterystyki (10) n p  f (t ) gdzie z oznacza głębokość zanurzenia pierścienia [mm]. W celu zrealizowania drugiego etapu ćwiczeń, wykonać należy następujące czynności: - ustalić prędkość obrotową wału na wartość z przedziału 10 ÷ 16 obr/s, - przez lejek (7) dolać oleju do komory badanego łożyska do poziomu 35 mm, sprawdzając poziom oleju za pomocą skali milimetrowej (11), - obniżając poziom oleju za pomocą rurki spustowej (12) co 2 mm, dokonać pomiaru prędkości obrotowej pierścienia, - sporządzić wykres n p  f (t ) , - na podstawie literatury przeprowadzić dyskusję nad wykresem oraz opracować wnioski. Etap III. Badanie wpływu prędkości obrotowej wału na ilość podawanego oleju do łożyska Końcowym efektem tego etapu jest wykreślenie charakterystyki Q  f ( nw ) (11) gdzie Q oznacza ilość oleju podawanego do łożyska [kropla/min]. W celu zrealizowania trzeciego etapu ćwiczeń, wykonać należy następujące czynności: - poprzez opornik suwakowy (9) zmieniać prędkość obrotową wału co 100 obr/min w zakresie 500 ÷ 1400 obr/min,

Laboratorium Zakładu Podstaw Konstrukcji Maszyn Smarowanie łożysk ślizgowych hydrodynamicznych za pomocą pierścienia luźnego

-

17

po ustaleniu się stabilnego wycieku, dokonać pomiaru liczby kropel oleju wypływającego przez rurkę ściekową (8) w czasie 1 min, sporządzić wykres Q  f (nw ) , na podstawie literatury przeprowadzić dyskusję nad wykresem oraz opracować wnioski.

W sprawozdaniu do ćwiczenia należy zamieścić: - kartę pomiarową, - krótką informację na temat budowy panewek i półpanewek łożysk ślizgowych hydrodynamicznych średnio i wysoko obciążonych, - schemat stanowiska pomiarowego, - sporządzone podczas ćwiczeń trzy wykresy oraz ich analizę.

Bibliografia 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

Barwell F. T.: Łożyskowanie. Warszawa: WNT, 1984. Caines A. J., Haycock R. F., Hillier J. E.: Automotive lubricants reference book. Londyn: Professional Engineering Publishing, 2004. Czarny R.: Smary plastyczne. Warszawa: WNT, 2004. Juvinall R. C., Marshek K. M.: Fundamentals of machine component design. Hoboken: John Wiley & Sons, 2006. Kajdas C.: Podstawy zasilania paliwem i smarowania samochodów. Warszawa: WKŁ, 1983. Korewa W., Zygmunt K.: Podstawy konstrukcji maszyn, Część II. Warszawa: WNT, 1975. Kozłowiecki H., Krzymień A.: Łożyska mechanizmu korbowego tłokowych silników spalinowych i ich smarowanie. Poznań: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, 1997. Kyzioł L.: Podstawy konstrukcji maszyn, Część III. Gdynia: Akademia Marynarki Wojennej, 2009. Lawrowski Z.: Technika smarowania. Warszawa: PWN, 1996. Lawrowski Z.: Tribologia. Tarcie, zużywanie i smarowanie. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2008. Mazanek E., Kasprzycki A., Kania L.: Podstawy konstrukcji maszyn. Ćwiczenia laboratoryjne. Częstochowa: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, 1995. Mazurkow A.: Łożyskowanie ślizgowe. Rzeszów: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, 2013. Płaza S., Margielewski L., Celichowski G.: Wstęp do tribologii i tribochemia. Łódź: Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, 2005. Podniało A.: Oleje i smary w technice smarowania maszyn i pojazdów samochodowych. Opole: Wydawnictwo RB, 2012. Podstawy konstrukcji maszyn. Ćwiczenia laboratoryjne. Praca pod redakcją Cz. Jacyno. Szczecin: Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Szczecińskiej, 1984. Skoć A., Spałek J., Markusik S.: Podstawy konstrukcji maszyn, Część II. Warszawa: WNT, 2008. Systemy centralnego smarowania maszyn i urządzeń. Praca pod redakcją R. Czarnego. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2000. Walicki E.: Reodynamika smarowania łożysk ślizgowych. Zielona Góra: Oficyna Wydawnicza Uniwersytetu Zielonogórskiego, 2005.

18

Wykaz norm N-1. N-2. N-3. N-4.

PN-EN ISO 3104: 2004. Przetwory naftowe. Ciecze przezroczyste i nieprzezroczyste. Oznaczanie lepkości kinematycznej i obliczanie lepkości dynamicznej. PN-ISO 2909:2009. Przetwory naftowe. Obliczanie wskaźnika lepkości na podstawie lepkości kinematycznej. PN-ISO 3105:2006. Lepkościomierze ze szklaną kapilarą do pomiaru lepkości kinematycznej. Wymagania i zasady stosowania. PN-M-87011:1974. Łożyska ślizgowe. Korpusy z pierścieniem smarującym. Główne wymiary.

Laboratorium Zakładu Podstaw Konstrukcji Maszyn Smarowanie łożysk ślizgowych hydrodynamicznych za pomocą pierścienia luźnego

19

KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN LABORATORIUM PKM KARTA POMIAROWA Smarowanie łożysk ślizgowych hydrodynamicznych za pomocą pierścienia luźnego Prowadzący: ..........................................................................................................

Dane do ćwiczenia Etap I

Etap II

Etap III

n p  f (nw ) dla t  0,25  d w

n p  f (t ) dla nw = 900 obr/min

Q  f ( nw ) dla t = 33 mm

nw [obr/min]

np [obr/min]

t [mm]

np [obr/min]

nw [obr/min] Q [kropla/min]

300

35

500

400

33

600

500

31

700

600

29

800

700

27

900

800

25

1000

900

23

1100

1000

21

1200

1100

1300

1200

1400

1300 1400