DWUCZĘŚCIOWE ŁOŻYSKO POROWATE

Transkrypt

1 PROBLEMY NIEKONWENCJONALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH Łódź, 1 14 maja 1999 r. Karol Kremiński Politechnika Warsawska DWUCZĘŚCIOWE ŁOŻYSKO POROWATE SŁOWA KLUCZOWE: łożysko śligowe, tuleja porowata, prepuscalność globalna, rokłady prepuscalności STRESZCZENIE W pracy predstawiono teoretycną analię wpływu rokładu prepuscalności w tulei porowatej w kierunku osiowym na parametry pracy łożyska porowatego. Na podstawie uyskanych wyników stwierdono, że korystniejse własności użytkowe daje łożysko dwucęściową tuleją porowatą składającą się dwu połówek tulei prasowanych jednostronnie. WSTĘP Budowa wewnętrna tulei porowatej, głównie jej porowatość i prepuscalność, mają istotny wpływ na charakterystyki pracy łożyska. Tuleja porowata e wględu na technologię jej produkcji uyskuje aniotropowy rokład porowatości i prepuscalności arówno w kierunku osiowym jak i wdłuż grubości ścianki. W wyniku dwustronnego prasowania najwięksy gniot występuje na cołach tulei, a maleje w kierunku środka tulei. Daje to w efekcie najwięksą prepuscalność w środku długości tulei, która maleje w kierunku obu cół. Z kolei mienną prepuscalność wdłuż grubości ścianki uyskuje tuleja w wyniku operacji kalibrowania. Aniotropowa budowa tulei porowatej wpływa korystnie na warunki pracy łożyska, więksa jego nośność, mniejsa współcynnik tarcia w łożysku, a także ma istotny wpływ na cyrkulację oleju w łożysku, własca pracującym w warunkach samosmarowania. Malejąca w kierunku obu cół prepuscalność powoduje mniejsenie upływów bocnych w łożysku, co w sposób decydowany predłuża trwałość łożyska. Obserną analię głównych kierunków aniotropii w produkowanych tulejach porowatych ora wpływu tej aniotropii na charakterystyki pracy łożyska porowatego predstawiono w pracach [1,4]. W niniejsym opracowaniu ogranicono analię do aniotropii osiowej w tulei porowatej, a w scególności do posukiwania optymalnych jej rokładów, dla których łożysko porowate osiąga najlepse własności użytkowe. Z preprowadonej analiy wynika, że lepse własności użytkowe pry tych samych gabarytach i tej samej prepuscalności globalnej uyskuje łożysko dwucęściowe, składające się dwóch tulei prasowanych jednostronnie. 79

2 ROZKŁADY PRZEPUSZCZALNOŚCI W PRODUKOWANYCH TULEJACH POROWATYCH Jednocęściowe tuleje porowate stosowane dotychcas w łożyskach śligowych są dwustronnie prasowane, co powoduje, że mają aniotropowy rokład prepuscalności w kierunku osiowym. Rokład prepuscalności w kierunku osiowym w ależności od warunków prasowania ora od długości tulei może być liniowy apisany w postaci: lub parabolicny cy trygonometrycny φ = A(1-) φ = B(1- ), Π φ = c cos, gdie A,B,C amplitudy prepuscalności (rys.1). Rys. 1. Rokłady prepuscalności w kierunku osiowym dla stałego, liniowego, parabolicnego i trygonometrycnego rokładu Rokłady te pokrywają się w asadie wynikami badań eksperymentalnych preprowadonych pre autora []. Dla ułatwienia analiy pryjęto, że pory na cołach tulei ostały całkowicie akryte. Amplitudy prepuscalności A,B,C oblica się pry ałożeniu, że prepuscalność globalna dla wsystkich prypadków jest jednakowa i równa się φ g. Aby określić wpływ aniotropowego rokładu prepuscalności na nośność i rokład ciśnienia w łożysku należy rowiąać równania ruchu w scelinie smarnej i tulei porowatej (rys.). Pryjmując, że prepływ jest laminarny, iotermicny, newtonowski, ciec jest nieściśliwa o stałej lepkości, ruch ciecy w scelinie smarnej można opisać równaniem Reynoldsa, a w tulei porowatej równaniem Laplace a. 80

3 1 R 3 3 h p h p 1 + = U θ 1η θ 1η dh Rdθ w o (1) gdie: r 1 θ x x x p 1 p p + kθ + k r r k = 0 () θ r r r h = c( 1+ ε cosθ ) k θ, k r, k lokalne współcynniki prepuscalności ( k = η ) i φ i Rys.. Schemat łożyska porowatego Rowiąując układ równań (1) i () otrymuje się rokłady ciśnień w filmie smarnym, których można oblicyć nośność i współcynnik tarcia w łożysku. Scegółowy opis rowiąania metodą elementów skońconych wra warunkami bregowymi podano w pracy [3]. Otrymane rowiąań równań (1) i () rokłady ciśnień w filmie smarnym dla tulei o stałej prepuscalności φ =φ g, miennej liniowo φ =A(1-), parabolicnie φ =B(1- ) ora Π trygonometrycnie φ = c cos pokaano na rys. 3 i 4. Oblicenia preprowadono dla L 14 tulei o wymiarach φ5/φ36x0mm, prepuscalności globalnej φ g = 1 10 m, pracującej N s pry prędkości obwodowej v = m/s, dla ε = 0,98 i dla oleju o lepkości η = 0,1. m Z predstawionych wykresów wynika, że najniżse ciśnienie w filmie smarnym, a atem i najniżsą nośność uyskiwano dla tulei iotropowych, natomiast najwyżsą nośność otrymano dla tulei o liniowym rokładie prepuscalności. Rys. 3. Rokłady ciśnień w filmie smarnym dla tulei o miennym rokładie prepuscalności w kierunku osiowym Rys. 4. Rokład ciśnienia w kierunku osiowym. Onacenia jak na rys. 3 81

4 1 φ 1( ) = A(1 ), φ ( ) = B(1 Π 3 φ 3 ( ) = C cos, 4 - φ = φ g L ), OKREŚLENIE OPTYMALNYCH ROZKŁADÓW PRZEPUSZCZALNOŚCI W KIERUNKU OSIOWYM W posukiwaniu optymalnych rokładów prepuscalności pryjęto ałożenie, że prepuscalność globalna nie ulega mianie φ =φ g, natomiast jej rokład w kierunku osiowym powinien apewnić maksymalną nośność i minimalny współcynnik tarcia w łożysku. Optymalnych rokładów posukiwano w postaci wielomianów opisanych pre funkcję m n φ = A ( 1 ). W tym prypadku rokład prepuscalności można predstawić w postaci: m n φ (, m, n) = A( m, n)(1 ) (3) < φ (, m, n) > φ m,n R g gdie 1 mγ(1 + n + m ) A( m, n) = φ g (4) Γ(1 n) Γ( m ) Na rys. 5 pokaano prykładowo jak mienia się prepuscalność w kierunku dla różnych wartości wykładników n i m. Rys. 5. Rokład prepuscalności w kierunku osiowym dla różnych wartości wykładników m i n, - m = 1, n = 1, o m =, * - m =, n = 3, + - m =, n = 10, - m = 1, n = 3 Rowiąując kolei układy równań (1) i () pryjmując różne rokłady prepuscalności w kierunku osiowym opisane równaniem (3) można oblicyć nośność i współcynniki tarcia dla różnych wykładników m i n w równaniu (3). Na rys. 6 i 7 pokaano jak mienia się nośność łożyska i współcynnik tarcia w prypadku gdy wartości m mieniają się w akresie 8

5 m = 1/ 8 3 natomiast n = 0, Pre W o onacono nośność łożyska tuleją iotropową φ = const = φ g, a pre W tuleją aniotropową. Dla wykładników m = 1/ 8 i m = 1 prebiegi W / Wo mają maximum, natomiast dla m wartość W / Wo stale rośnie wra e wrostem n. Jak wynika predstawionych wykresów dla wykładników m nośność wrasta około 1,7 ray wra e wrostem n. Jednakże osiągnięcie tak dużych amplitud prepuscalności (φ max >5) w środku długości tulei prasowanej dwustronnie jest trudne technologicnie, własca dla tulei krótkich. Znacnie łatwiej uyskać takie rokłady prepuscalności dla tulei prasowanych jednostronnie. Wówcas amiast jednej tulei można stosować dwie jednakowe połówki tulei prasowanych jednostronnie, etkniętych e sobą cołami o najwięksej prepuscalności. Wymiary łożyska jak i prepuscalność globalna w obu rowiąaniach poostają takie same. Rys. 6. Pryrost nośności dla różnych wartości wykładników m. 1 m =1/8, m = 1, 3 m =, 4 m = 3 jak na rys. 6. Rys. 7. Zmiana współcynnika tarcia dla różnych wartości wykładników m. Onacenia Stosowanie dwucęściowej tulei porowatej powala dla tych samych gabarytów łożyska uyskać więkse nośności, mniejsyć nacnie współcynnik tarcia w łożysku ora wpływa korystnie na warunki cyrkulacji oleju w łożysku. LITERATURA 1. Cieślicki K., Kremiński K.: Influence of the geometrical structure of porous on some tribological parameters of porous bearings. XXI Symposium on Tribology 6-9 Sept Kremiński K.: Rokłady prepuscalności w porowatych tulejach łożyskowych opiekanych prosków żelaa. Metalurgia Prosków 3/ Kremiński K.: Wykorystanie metody elementów skońconych w problematyce hydrodynamicnego smarowania łożysk porowatych. Roprawy Inżynierskie 1/ Kremiński K.: Globalna i lokalna prepuscalność tulei porowatej i ich wpływ na własności ruchowe łożyska. Tribologia 6/

6 TWO-PART POROUS BEARING ABSTRACT The paper presents a theoretical analysis of the influence of permeability distribution in axial direction in a porous sleeve on the parameters of a porous bearing work. The results indicate that a porous bearing with a two-part porous sleeve has better operational pamareters when compared with a porous bearing with a double-sided pressing sleeve. Recenent: Jan Burcan 84