PŁUCIENNIK Paweł 1 MACIEJCZYK Andrzej 2

Transkrypt

1 PŁUCIENNIK Paweł 1 MACIEJCZYK Andrzej 2 Teoretyczny model panewki poprzecznego łożyska ślizgowego. Metoda teoretycznego określania wartości granicznego kąta położenia linii środków poprzecznego łożyska ślizgowego WSTĘP Zastosowanie łożysk ślizgowych w celu podparcia wałów, to przykład typowego rozwiązania konstrukcyjnego w budowie nie tylko środków transportu, ale także maszyn i urządzeń przemysłowych. Podczas ich eksploatacji zachodzi konieczność częstych zatrzymań i uruchomień, określanych jako stany nieustalone. Podczas rozruchu lub zatrzymywania dochodzi do lokalnych zmian makro- i mikrogeometrii zarysu panewki łożyska ślizgowego, generowanych zużyciem ściernym powstałym podczas pracy łożyska w warunkach tarcia mieszanego. Następuje przedwczesne zużywanie się panewki łożyska, którego przyczyną jest występowanie w tych okresach tarcia mieszanego. Jednocześnie zużycie powierzchni panewki łożyska ma istotny wpływ na geometrię filmu olejowego. W przypadku łożyskowań ślizgowych wałów silników spalinowych, takich maszyn jak obrabiarki, czy turbiny parowe, nawet krótki okres wystąpienia tarcia przy rozruchu lub wybiegu jest niedopuszczalny. Z punktu widzenia eksploatacji maszyn, zagadnienia zużywania się, jak i przedwczesnego zużycia panewek łożysk ślizgowych stanowią niezwykle istotne zagadnienie. W celu analizy zjawisk zachodzących podczas pracy panewki łożyska, zwłaszcza w zakresie zużywania się jej powierzchni, uznano za celowe opracowanie możliwie wiernego modelu teoretycznego. Założenia do budowy teoretycznego modelu zużycia panewki poprzecznego łożyska ślizgowego przedstawiono w pracy [1]. Zaproponowano model teoretyczny panewki ślizgowego łożyska poprzecznego. Przeprowadzono analizę i wybór modelu wymiany ciepła. Omówiono rodzaje zużycia panewki. Przedstawiono równania pola ciśnienia i temperatury z uwzględnieniem pewnych uproszczeń. W rozważaniach uwzględniono i określono warunki brzegowe dla tych równań. Weryfikacji modelu teoretycznego przedstawionego w publikacji [1] dokonano w pracy [2], poprzez porównanie rzeczywistego położenia i głębokości obszaru zużycia panewki z wynikami otrzymanymi na drodze teoretycznej. Potwierdzenie poprawności modelu teoretycznego było wstępem do określenia statycznych i dynamicznych właściwości łożysk ślizgowych [3]. Określono charakterystyki przedstawiające wpływ zużycia panewki poprzecznego łożyska ślizgowego na rozkład ciśnienia i grubość filmu olejowego, w oparciu o symulację numeryczną dla określonych wartości luzu względnego i mimośrodowości względnej. Stwierdzono, że w zależności od wielkości maksymalnego zużycia w szczelinie smarowej generowane są dwa filmy olejowe. Oznacza to, że łożysko cylindryczne z panewką zdeformowaną w wyniku zużycia ściernego, dla określonych wartości zużycia zachowuje się tak, jak łożysko wielopowierzchniowe. Równolegle dokonano analizy rzeczywistego obszaru zużycia panewek łożysk ślizgowych z punktu widzenia przemysłowych służb remontowych i utrzymania ruchu [4]. W tym aspekcie istotny jest bieżący monitoring pracy łożysk ślizgowych, poprzez cykliczne pomiary luzów bądź analizy widma drgań. W przypadku zastosowania panewek w silnikach napędu środków transportu bieżący monitoring ich pracy jest praktycznie niemożliwy. Zwykle oceny stanu powierzchni łożysk ślizgowych dokonuje się w trakcie demontażu jednostki napędowej, po zgłoszeniu przez użytkownika występowania niepokojących odgłosów podczas pracy silnika. Z powodu braku możliwości bieżącego kontrolowania stanu panewek uznano za celowe prowadzenie prac nad układem opartym o model 1 Politechnika Łódzka, Katedra Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn, ul. Żeromskiego 116, Łódź 2 Politechnika Łódzka, Katedra Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn, ul. Żeromskiego 116, Łódź 5191

2 teoretyczny, który w oparciu o symulacje numeryczne stanowiłby narzędzie diagnostyczne zużycia łożysk. Mając na uwadze uzupełnienie wiedzy odnośnie zjawisk zachodzących podczas pracy łożysk ślizgowych, jak i fakt ich powszechnego stosowania nie tylko w konstrukcjach środków transportu, ale także w wielu urządzeniach i maszynach przemysłowych, istotne jest kontynuowanie dociekań w zakresie oceny wpływu procesu zużycia na charakterystyki pracy łożyska takie jak: nośność, współczynnik oporów ruchu, linie statycznych położeń równowagi czopa, maksymalne ciśnienie filmu olejowego, maksymalna temperatura filmu olejowego, wydatek oleju, czy graniczna prędkość obrotowa. W niniejszym opracowaniu przedstawiono metodę teoretyczną określenia wartości granicznych kąta położenia linii środków poprzecznego łożyska ślizgowego, w oparciu o przyjęty teoretyczny model panewki łożyska [1], [2]. 1. ZAŁOŻENIA DO OKREŚLENIA GRANICZNEGO POŁOŻENIA KĄTA LINII ŚRODKÓW Model panewki poprzecznego łożyska ślizgowego został przyjęty zgodnie z [2], z następującymi założeniami: łożysko pracuje w warunkach tarcia płynnego, jest obciążone statycznie, panewka łożyska ma kształt walca, zasilane jest jednym rowkiem zasilającym, przy równoległoosiowym położeniu osi czopa względem panewki o pełnym kącie opasania, rozpatrywany jest laminarny przepływ oleju newtonowskiego w łożysku o skończonej długości. przyjęty model wymiany ciepła to model adiabatyczny [1]. Schemat modelu panewki łożyskowej przedstawia rysunek 1. Rys.1. Model łożyska gdzie: h grubość filmu olejowego [m], R promień panewki, r promień czopa [m], λ mimośrodowość względna [-], ω prędkość kątowa [1/s], h z głębokość zużycia [m], h min minimalna grubość filmu olejowego [m], φ o współrzędna położenia osi rowka zasilającego [ o ], α kat położenia linii środków [ o ], s r długość rowka w kierunku obwodowym [m], 5192

3 Δ wymiar rowka zasilającego w kierunku osiowym [m], p z ciśnienie oleju zasilającego [MPa], T z temperatura oleju zasilającego [ o C], q o wydatek oleju [kg/s]. Dla wyznaczenia charakterystyk posłużono się równaniem grubości filmu olejowego służącym do wyznaczenia rozkładu grubości filmu olejowego [2]. gdzie: ψ luz względny [-], φ współrzędna obwodowa panewki [ o ], h R 1 cos (1) 2. OKREŚLENIE GRANICZNEGO POŁOŻENIA LINII ŚRODKÓW W związku z deformacją w wyniku zużycia powierzchni roboczej panewki, następuje zwiększenie lokalnej grubości szczeliny smarowej możliwa jest wówczas praca w zakresie mimośrodowości względnej >1. Czop łożyska może przemieszczać się o większą odległość niż to wynika z wartości nominalnego luzu łożyskowego. Dla pełnego opisu zjawiska zachodzi konieczność określenia granicznego kąta położenia linii środków ( gr ) zawierającego się w wyznaczonym obszarze zużycia, dla którego grubość szczeliny smarowej w obszarze zużycia wynosi h = 0 (interferencja zarysu czopa i panewki). Do określenia teoretycznych kątów położenia linii środków przyjęto grubość szczeliny smarowej w rozpatrywanym obszarze zużycia na podstawie [2], wyrażoną zależnościami (2,4): Uwzględniając równania (1) i (3) w (2) otrzymano: gdzie: h max zużycie maksymalne [m] h z - głębokość zużycia [m], - luz promieniowy [m], R promień panewki, r promień czopa [m], e - mimośrodowość [m] h = h + h z (2) h max h z R1 1 cos (3) R h max R - R 1 1 cos (4) R h = 1 cos R r, W oparciu o równanie (4) wyznaczono wartości kąta = gr, dla którego grubość szczeliny smarowej w miejscu zużycia panewki h = 0. Do wykonania niezbędnych obliczeń przyjęto następujące założenia i wartości parametrów: promień panewki R = 50 mm, R r zmienny luz względny = 0,001; 0,0015; 0,002; 0,0025; 0,003, r r 5193

4 hmax zmienny parametr zużycia z = = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0, 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0, R e zmienną mimośrodowość względną 1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9; 2,0, symetryczny obszar zużycia. Obliczone wartości graniczne kąta α położenia linii środków, w zależności od wartości mimośrodowości względnej λ przedstawiono w postaci wykresów na rys. 2 i 3. Rys. 1. Graniczne kąty położenia linii środków dla z = 0.1 do

5 Rys. 2. Graniczne kąty położenia linii środków dla z = 1.2 do 2.0 WNIOSKI 1. Wraz ze wzrostem zużycia, zwiększa się obszar pracy łożyska w zakresie mimośrodowości względnej > Istnieje możliwość pracy łożyska w zakresie mimośrodowości względnej > Graniczne kąty położenia linii środków maleją wraz ze wzrostem mimośrodowości względnej. Streszczenie W artykule opisano metodę teoretycznego określania wartości granicznego kąta położenia linii środków poprzecznego łożyska ślizgowego. W oparciu o dokonane obliczenia przedstawiono wykresy granicznego kąta położenia linii środków łożyska w zależności od mimośrodowości względnej. Wskutek zużycia powierzchni roboczej panewki, następuje zwiększenie lokalnej grubości szczeliny smarowej możliwa jest wówczas praca w zakresie mimośrodowości względnej >1. Czop łożyska może przemieszczać się o większą odległość niż to wynika z wartości nominalnego luzu łożyskowego. Niniejsze opracowanie stanowi kontynuację prac dotyczących teoretycznego modelu panewki łożyska poprzecznego, położenia i głębokości obszarów zużycia oraz szeroko rozumianych charakterystyk statycznych i dynamicznych poprzecznych łożysk ślizgowych. A theoretical model of the transverse acetabular bearing. Theoretical method of determining the value of the border angle center line location Abstract The article describes the theoretical method of determining the border value of the contact angle of the position line of the radial slide bearing. Based on this calculation are graphs of the contact angle of the position line of the bearings depending on the relative eccentricity. As a result of the consumption of the working surface of the acetabulum, followed by an increase in the local gap thickness of the lubricant - it is possible to work in terms of the relative eccentricity > 1 Bearing journal can be moved by a greater distance than that required by the nominal value of the bearing clearance. This study is a continuation of work on the theoretical model of the acetabular bearing, position and depth of the wear areas and broadly defined static and dynamic characteristics of transverse bearings. 5195

6 BIBLIOGRAFIA 1. Płuciennik P., Maciejczyk A., Teoretyczny model panewki poprzecznego łożyska ślizgowego. Część 1. Model zużycia panewki. Technika Transportu Szynowego 9/2012, str Płuciennik P., Maciejczyk A., Teoretyczny model panewki poprzecznego łożyska ślizgowego. Część 2. Położenie i głębokość obszaru zużycia panewki. Technika Transportu Szynowego 9/2012, str Płuciennik P., Maciejczyk A., Teoretyczny model panewki poprzecznego łożyska ślizgowego. Część 3. Wpływ zużycia panewki na rozkład ciśnienia i grubość filmu olejowego. Autobusy 3/2013, str Płuciennik P., Maciejczyk A., Rzeczywisty obszar zużycia panewki poprzecznego łożyska ślizgowego. Autobusy 3/2013, str