ZMIANA WARUNKÓW EKSPLOATACYJNYCH ŁOŻYSK ŚLIZGO- WYCH ROZRUSZNIKA PO PRZEPROWADZENIU NAPRAWY

Transkrypt

1 PROBLEMY NIEKONWENCJONALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH Łódź, maja 999 r. Jan Burcan Krzysztof Sczek Poltechnka Łódzka ZMIANA WARUNKÓW EKSPLOATACYJNYCH ŁOŻYSK ŚLIZGO- WYCH ROZRUSZNIKA PO PRZEPROWADZENIU NAPRAWY SŁOWA KLUCZOWE: rozrusznk, naprawa łożysk, nacsk powerzchnowe, przekoszene czopa STRESZCZENIE W pracy przedstawono zmany wybranych parametrów (np. luzu promenowego), charakteryzujących warunk pracy naprawanych łożysk rozrusznka, po kolejnych naprawach łożysk. Kolejne wymany panewek powodują zmnejszene nacsków powerzchnowych mędzy panewką pokrywą, oraz zwększene luzów promenowych w łożysku. Najwększe nacsk powerzchnowe występują w przypadku przekoszena czopa względem panewk w rejone krawędz panewk. Praca układu łożyskowego rozrusznka odbywa sę w sposób przerywany. Obcążene czopów wrnka pochodz od stałej sły cężkośc wrnka (G = 3.83 N) sł szczotkotrzymaczy (S=6.86 N) oddzałujących na komutator oraz od zmennej sły mędzyzębnej (do 6 N) wynkającej z oddzaływań zębnka, na uzębene koła zamachowego slnka. Równeż ulegają zmane ( -.5 m/s) prędkośc poślzgu czopów wrnka względem panewek, podyktowanej cyklem roboczym rozrusznka pracującego w trybe start - stop. Uśrednona temperatura panewek wrnka ne przekracza 353 K. Wartośc lokalnej temperatury w panewce, szczególne w obszarze jej współpracy z przekoszonym czopem mogą umożlwać męknene materału. Współpraca czopa z panewką przebega w warunkach tarca meszanego. Oszacowane wartośc współczynnka oporów ruchu w łożyskach rozrusznka jest możlwe jedyne na drodze eksperymentalnej. Podczas naprawy łożysk ślzgowych rozrusznka, panewk zostają wymenone na nowe. Każda naprawa prowadz do zmany wartośc wcsku nacsków powerzchnowych mędzy panewką oraz pokrywą łożyskową oraz do zmany wartośc luzu promenowego medzy czopem wrnka, a otworem panewk. Do oszacowana wpływu kolejnych napraw na 5

2 zmany tych welkośc, dla różnych skojarzeń średnc czopów, panewek otworów pokryw łożyskowych przyjęto szereg założeń upraszczających. Założono płask stan odkształceń w panewce. Przyjęto, że materał panewk ulega w skal makro odkształcenom sprężystym, a materał pokrywy może ulegać odkształcenom sprężystym plastycznym. W przypadku obu materałów założono możlwość plastycznego odkształcena nerównośc powerzchn. Wartość sły mędzyzębnej F dzałającej na wrnk wyznacza sę ze wzoru (). M M F = o = o () d z m gdze: M - moment obrotowy dzałający na wrnk, z = 9 - lczba zębów zębnka, m =.95 [mm] - moduł zębnka. Wartość reakcj R A w przednm łożysku rozrusznka wyznacza sę z zależnośc (). ( ω) ( h a) G lg S y ls F cos( ω) ( h a) F sn S x ls RA = + () h h gdze odpowedne sły składowef, GS, x = Sy = S współrzędne al, G, ls,ω zameszczono na rysunku y S y G l G R ay y z x R b S x l S F*sn(ω) F ω R ax z x R b h F*cos(ω) a Rys.. Model obcążena wrnka rozrusznka Wymaganą wartość nacsków powerzchnowych mędzy panewką a pokrywą, nezbędną do przenesena tarcem obcążeń dzałających w przednm łożysku rozrusznka, przy założenu równoległośc os czopa otworu panewk oraz, że występują wyłączne obcążena dzałające w płaszczyznach prostopadłych do os panewk, wyznacza zależność (3). k µ A R r p (3) π µ d A A l gdze: k = - współczynnk nadwyżk dynamcznej, r = 5 [mm]- promeń nomnalny otworu panewk, µ A =.5 - współczynnk tarca mędzy panewką a czopem oraz mędzy panewką a pokrywą, d = [mm] - nomnalna średnca zewnętrzna panewk, l = [mm] - nomnalna długość panewk. Wartość nacsków powerzchnowych panujących mędzy panewką pokrywą po wcśnęcu panewk szacuje sę ze znanych zależnośc dla połączeń wcskowych, zameszczonych w dostępnej lteraturze, np. []. 6

3 Wartośc parametrów geometrycznych materałowych analzowanych czopów, panewek pokryw łożyskowych przedstawają sę następująco: - wartośc średncy otworu pokrywy meszczą sę w zakrese ( ) [mm], - wartośc zewnętrznej średncy panewk meszczą sę w zakrese (. -.) [mm], - wartośc wewnętrznej średncy panewk meszczą sę w zakrese (.5 -.7) [mm], - wartośc średncy czopa wrnka meszczą sę w zakrese ( ) [mm], - zewnętrzna średnca oblczenowa pokrywy wynos [mm], - zmana średncy otworu pokrywy wskutek ścęć odkształceń plastycznych werzchołków powerzchn po wprasowanu wyprasowanu panewk wynos 3. [µ m], - dla materału pokrywy lczba Possona wynos.3, moduł Younga 7, granca plastycznośc 5, - dla materału panewk lczba Possona wynos.35, a moduł Younga 5, granca plastycznośc 9, dla materału czopa lczba Possona wynos.3, a moduł Younga. Wyznaczane zmany średncy wewnętrznej d panewk po wcśnęcu w otwór pokrywy łożyskowej umożlwa wzór () [] p d = d E gdze: p - nacsk powerzchnowy mędzy panewką a pokrywą, E - moduł Younga materału panewk, - współczynnk wydrążena panewk. Wartośc mnmalnego wcsku medzy panewką, a pokrywą, nacsku powerzchnowego mędzy panewką, a pokrywą oraz maksymalnego względnego luzu promenowego medzy czopem a otworem panewk w funkcj lczby wyman panewek w łożysku zameszczono na rysunkach - 3. Przypadek skojarzena: mnmalna średnca zewnętrzna panewk, maksymalna średnca otworu pokrywy: () wcsk [mm],3,5,,5,,5 5 nacsk powerzchnowy luz względny [-],85,8,83,8,8,8,79,78 5 Rys.. Wcsk w funkcj lczby wyman panewek Rys. 3. Nacsk powerzchnowy w funkcj lczby wyman panewek Rys.. Luz względny w funkcj lczby wyman panewek Przypadek skojarzena: maksymalna średnca zewnętrzna panewk, maksymalna średnca otworu pokrywy: wcsk [mm],5,,3,, 6 nacsk powerzchnowy luz względny [-],86,8,8,8,78,76,7,7,7 6 Rys. 5. Wcsk w funkcj lczby wyman panewek Rys. 6. Nacsk powerzchnowy w funkcj lczby wyman panewek Rys. 7. Luz względny w funkcj lczby wyman panewek 7

4 Przypadek skojarzena: mnmalna średnca zewnętrzna panewk, mnmalna średnca otworu pokrywy: wcsk [mm],6,5,,3,, 5 5 nujmer wymany [-] nacsk powerzchnowy luz względny [-],85,8,75,7, Rys. 8. Wcsk w funkcj lczby wyman panewek Rys. 9. Nacsk powerzchnowy w funkcj lczby wyman panewek Rys.. Luz względny w funkcj lczby wyman panewek Przypadek skojarzena: maksymalna średnca zewnętrzna panewk, mnmalna średnca otworu pokrywy: wcsk [mm],8,6,, 5 nacsk powerzchnowy luz wzgledny [-],,8,6,, 5 Rys.. Wcsk w funkcj lczby wyman panewek Rys.. Nacsk powerzchnowy w funkcj lczby wyman panewek Rys. 3. Luz względny w funkcj lczby wyman panewek W uproszczonych oblczenach łożysk ślzgowych, z reguły zakłada sę równoległość czopów panewek. W rzeczywstośc, wskutek stnejących luzów w łożysku oraz postępującego zużyca łożysk, obcążene wrnka układem sł powoduje powstane przekoszeń czopów wrnka względem panewek łożyska. Powstałe lokalne nacsk powerzchnowe są z reguły wększe od nacsków oblczonych przy założonej równoległośc czopów panewek. Przeprowadzono analzę wartośc rozkładu nacsków powerzchnowych w łożysku rozrusznka w warunkach przekoszena, w celu porównana maksymalnych uśrednonych wartośc nacsków z oblczonym, przy założonej równoległośc czopa panewk oraz ustalena mejsca występowana maksymalnych nacsków powerzchnowych w warunkach przekoszena. Założono występowane odkształceń sprężystych czopa panewk w łożysku oraz położene os czopa panewk w jednej płaszczyźne. Model współpracy czopa z otworem panewk w łożysku przedstawono na rysunku. panewka q kat ϕ u max czop x p p l Rys.. Model nacsków powerzchnowych medzy czopem panewką w warunkach przekoszena 8

5 Długość l ln styku czopa z panewką wyznaczono z zależnośc (5) (6) R l = r (5), c E rp cos( kat) tg( kat).. π n E E n = (6) gdze: r p = 5 [mm]- promeń otworu panewk, r c - promeń czopa, E = - moduł Younga materału czopa, E =5 - moduł Younga materału panewk. Przemeszczena czopa względem panewk w płaszczyźne czołowej wyznaczono z przyjętych zależnośc (7a) (7b) u ( kat) tg = x (7a), u max ( kat) tg = l (7b) Kąty styku ϕ czopa z panewką dla współrzędnej x na os panewk w łożysku wyznaczono z zależnośc (8) aproksymacyjnej zależnośc (9) ϕ b = tg (8), b. u = (9). Jednostkowe obcążene lnowe q dzałające na panewkę w obszarze mędzy współrzędnym x oraz x + na os panewk wyznaczono z zależnośc () [3] q rc E rp cos( kat) = π b () + n Maksymalne nacsk p dzałające na panewkę wyznaczono z zależnośc () [3] p = q r p b + π π b + b ln + + b ( ) + b b + b b () Do przykładowych oblczeń przyjęto R = 78 [N], kat =. [rd] Wykres uzyskanych zależnośc tangensa półkąta styku czopa z panewką b w funkcj współrzędnej x zameszczono na rysunku 5. Wykres zależnośc jednostkowego obcążena lnowego q w funkcj współrzędnej x zameszczono na rysunku 6. Wykres zależnośc nacsku powerzchnowego p w funkcj współrzędnej x zameszczono na rysunku 7. Wykres zależnośc nacsku powerzchnowego p w funkcj współrzędnej kątowej ϕ zameszczono na rysunku 8. 9

6 , b [-] 5 q [N/mm],5,,5,5 x [mm],5 5 5,5 x [mm],5 Rys. 5. Zależność tangensa półkąta styku czopa z panewką b [-] w funkcj współrzędnej x [mm] Rys. 6. Zależność jednostkowego obcążena lnowego q [N/mm] w funkcj współrzędnej x [mm] 5 5 p x [mm],5, p ϕ [rd] -, -,5,5, Rys. 7. Zależność nacsku powerzchnowego p w funkcj współrzędnej x [mm] Rys. 8. Zależność nacsku powerzchnowego p w funkcj współrzędnej kątowej ϕ [rd] Średne wartośc oszacowanych nacsków powerzchnowych mędzy panewką, a przekoszonym względem nej czopem, dla przyjętej geometr obcążena łożyska wynoszą 9., a maksymalne. Oblczenowe wartośc - wyznaczone dla warunków równoległośc czopa panewk szacowanych średnch nacsków powerzchnowych mędzy czopem panewką są rzędu 7.5. Występujące spętrzene jest powodem pękana, podczas eksploatacj, panewek. Podczas napraw rozrusznków prowadzonych w stacj naprawczej obserwowano lczne przypadk pęknęć, przykładowo dla samochodów mark ŻUK - 3%, STAR -7%, FIAT6p -3% ogólnej lczby naprawanych dla danej mark pojazdu łożysk []. WNIOSKI. Kolejne wymany panewek wskutek odkształceń ścnanu nerównośc materału panewek pokryw łożyskowych powodują zmnejszene wartośc wcsków mędzy panewką a pokrywą łożyskową, co w następstwe powoduje zmnejszane nacsków powerzchnowych mędzy panewką pokrywą, oraz zwększene luzów promenowych w łożysku.. Najwększe nacsk powerzchnowe występują w przypadku przekoszena czopa względem panewk w rejone krawędz panewk. Oblczone średne wartośc nacsków w warunkach przekoszena są o % mnejsze od wartośc maksymalnych prawe sześcokrotne wększe od średnch wartośc nacsków powerzchnowych, oblczonych przy założenu równoległośc czopa panewk. 5

7 LITERATURA [] Krukowsk A, Tutaj J.: Połączena odkształcenowe, PWN, Warszawa, 987, []. Burcan J., Sczek K.: Badane wpływu warunków eksploatacyjnych na trwałość ponaprawczą łożysk, na przykładze układu łożyskowego rozrusznka, sprawozdane z projektu badawczego 7T7B, Poltechnka Łódzka, 998, Łódź, [3]. Ln S., Hlls D. A., Nowell D.:Stresses n a flat plate due to a loose pn pressng aganst a cracked hole, J. Stran Analyss, 997, 3 (), THE WORK CONDITIONS FOR A REPAIRED BEARING IN AN ENGINE STAR- TER ABSTRACT The paper presents the changes of selected parameters, e.g. radal clearance charactersc for the work condtons of a bearng after successve repars. The successve changes of bushes cause the decrease n the value of contact stresses and the ncrease n the value of radal clearance n the bearng. There maxmum values of contact stresses occur when the axs of shaft neck and the axs of bearng bush are non - parallel. Recenzent: Meczysław Korzyńsk 5