TEORETYCZNY MODEL PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOśYSKA ŚLIZGOWEGO. CZĘŚĆ 3. WPŁYW ZUśYCIA PANEWKI NA ROZKŁAD CIŚNIENIA I GRUBOŚĆ FILMU OLEJOWEGO

Transkrypt

1 Paweł PŁUCIENNIK, Andrzej MACIEJCZYK TEORETYCZNY MODEL PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOśYSKA ŚLIZGOWEGO. CZĘŚĆ 3. WPŁYW ZUśYCIA PANEWKI NA ROZKŁAD CIŚNIENIA I GRUBOŚĆ FILMU OLEJOWEGO Streszczenie W artykule przedstawiono charakterystyki rozkładu ciśnienia i grubości filmu olejowego na podstawie przyjętego teoretycznego modelu zuŝycia panewki poprzecznego łoŝyska ślizgowego. Charakterystyki wykonano w oparciu o symulację numeryczną dla określonych wartości luzu względnego i mimośrodowości względnej. WSTĘP ŁoŜyska ślizgowe znajdują szerokie zastosowanie zarówno w szerokiej gamie maszyn i urządzeń przemysłowych, jak i w urządzeniach transportu. Podczas rozruchu urządzeń dochodzi do lokalnych zmian makro- i mikrogeometrii zarysu panewki łoŝyska ślizgowego (takŝe geometrii filmu olejowego), generowanych zuŝyciem ściernym powstałym podczas pracy łoŝyska w warunkach tarcia mieszanego. Z punktu widzenia eksploatacji łoŝysk ślizgowych niezmiernie istotne jest zarówno określenie miejsc zuŝycia w sensie geometrycznym, czyli głębokości i połoŝenia obszaru lokalnego zuŝycia powierzchni roboczej panewki, jak i określenia charakteru zjawisk występujących wskutek jej zuŝycia. ZałoŜenia do budowy teoretycznego modelu zuŝycia panewki poprzecznego łoŝyska ślizgowego zostały zawarte w [1]. Poprzez porównanie rzeczywistego połoŝenia i głębokości obszaru zuŝycia panewki z wynikami otrzymanymi na drodze teoretycznej dokonano weryfikacji modelu zuŝycia [2]. Model teoretyczny panewki poprzecznego łoŝyska ślizgowego oraz jego weryfikacja przedstawione w [1] oraz [2], stanowią wstęp do określenia statycznych i dynamicznych właściwości łoŝysk ślizgowych. W niniejszym opracowaniu określono charakterystyki przedstawiające wpływ zuŝycia panewki poprzecznego łoŝyska ślizgowego na rozkład ciśnienia i grubość filmu olejowego. Charakterystyki wykonano w oparciu o symulację numeryczną dla określonych wartości luzu względnego i mimośrodowości względnej. AUTOBUSY 865

2 1. ZAŁOśENIA DO WYKONANIA CHARAKTERYSTYK ROZKŁADU CIŚNIENIA I GRUBOŚCI FILMU OLEJOWEGO Przyjęto model panewki poprzecznego łoŝyska ślizgowego [2], Rys.1. Model łoŝyska gdzie: h grubość filmu olejowego [m], R promień panewki, r promień czopa [m], λ mimośrodowość względna [-], ω prędkość kątowa [1/s], h z głębokość zuŝycia [m], h min minimalna grubość filmu olejowego [m], φ o współrzędna połoŝenia osi rowka zasilającego [ o ], α kat połoŝenia linii środków [ o ], s r długość rowka w kierunku obwodowym [m], 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]. ZałoŜono, Ŝe łoŝysko pracuje w warunkach tarcia płynnego, jest obciąŝone statycznie oraz posiada walcową panewkę. Zasilane jest jednym rowkiem zasilającym, przy równoległoosiowym połoŝeniu osi czopa względem panewki o pełnym kącie opasania. Rozpatrywano laminarny przepływ oleju newtonowskiego w łoŝysku o skończonej długości. Przyjęto adiabatyczny model wymiany ciepła [1]. Dla wyznaczenia charakterystyk posłuŝono się: równaniem pola ciśnienia równanie nr (5) słuŝące do wyznaczenia rozkładu pola ciśnienia [1], równaniem grubości filmu olejowego równania nr (5,6,7) słuŝące do wyznaczenia rozkładu grubości filmu olejowego [2]. Dla równania pola ciśnienia określono warunki brzegowe opisane równaniami (9,10,11,12,13) [1]. 2. CHARAKTERYSTYKI ROZKŁADU CIŚNIENIA I GRUBOŚCI FILMU OLEJOWEGO Charakterystyki rozkładu ciśnienia i grubości filmu olejowego wykonano dla lokalnej wartości ciśnienia w filmie olejowym w zakresie p = 0,0 1,0 MPa i grubości filmu olejowego 866 AUTOBUSY

3 w zakresie h = 0,0 1,0 µm dla zmiennego luzu względnego e mimośrodowości względnej λ =, ε R r ψ = ε = oraz zmiennej r r gdzie: ε - luz promieniowy [m] - ε = R r, R promień panewki, r promień czopa [m], e - mimośrodowość [m] oraz niezmiennych parametrów takich jak: D = 2R nominalna średnica łoŝyska [m] = 0,1 L/D względna długość łoŝyska [-] = 1,0 T z temperatura oleju zasilającego [ o C] = 35,0 p z ciśnienie oleju zasilającego [Pa] 0,0 n prędkość obrotowa wału [obr/min] Wartości przyjętego luzu względnego ψ oraz mimośrodowości względnej λ zaprezentowano w tabeli nr 1: Tab. 1. Wartości luzu względnego ψ oraz mimośrodowości względnej λ ψ [-] 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 λ [-] 0,4 0,8 0,4 0,8 0,4 0,8 0,4 0,8 0,4 0,8 Wyniki badań przedstawiono na rysunkach poniŝej. Rys. 2. Grubość filmu olejowego i rozkład ciśnienia w płaszczyźnie środkowej łoŝyska dla ψ=0,001; AUTOBUSY 867

4 Rys. 3. Grubość filmu olejowego i rozkład ciśnienia w płaszczyźnie środkowej łoŝyska dla ψ=0,001; Rys. 4. Grubość filmu olejowego i rozkład ciśnienia w płaszczyźnie środkowej łoŝyska dla ψ=0,0015; 868 AUTOBUSY

5 Rys. 5. Grubość filmu olejowego i rozkład ciśnienia w płaszczyźnie środkowej łoŝyska dla ψ=0,0015; Rys. 6. Grubość filmu olejowego i rozkład ciśnienia w płaszczyźnie środkowej łoŝyska dla ψ=0,002; AUTOBUSY 869

6 Rys. 7. Grubość filmu olejowego i rozkład ciśnienia w płaszczyźnie środkowej łoŝyska dla ψ=0,002; Rys. 8. Grubość filmu olejowego i rozkład ciśnienia w płaszczyźnie środkowej łoŝyska dla ψ=0,0025; 870 AUTOBUSY

7 Rys. 9. Grubość filmu olejowego i rozkład ciśnienia w płaszczyźnie środkowej łoŝyska dla ψ=0,0025; Rys. 10. Grubość filmu olejowego i rozkład ciśnienia w płaszczyźnie środkowej łoŝyska dla ψ=0,003; AUTOBUSY 871

8 Rys. 11. Grubość filmu olejowego i rozkład ciśnienia w płaszczyźnie środkowej łoŝyska dla ψ=0,003; WNIOSKI 1. W zaleŝności od wielkości maksymalnego zuŝycia w szczelinie smarowej generowane są dwa filmy olejowe. Oznacza to, Ŝe łoŝysko cylindryczne z panewką o miejscowym zuŝyciu (rys. nr 1), dla określonych wartości zuŝycia, zachowuje się tak, jak łoŝysko wielopowierzchniowe. 2. Ciśnienie w płaszczyźnie środkowej łoŝyska wzrasta wraz ze wzrostem mimośrodowości względnej, a grubość szczeliny smarowej maleje. Wraz ze wzrostem mimośrodowości względnej rośnie równieŝ grubość szczeliny smarowej na obrzeŝach łoŝyska. 3. Ciśnienie w płaszczyźnie środkowej łoŝyska wzrasta wraz ze spadkiem luzu względnego, a grubość szczeliny smarowej rośnie wraz ze wzrostem luzu względnego. 4. Obserwuje się stopniowy zanik generowania dwóch filmów olejowych wraz ze wzrostem mimośrodowości względnej. 5. Następuje wzrost ciśnienia w płaszczyźnie środkowej łoŝyska dla małych wartości zuŝycia z 0,4 i λ 0,8. W pozostałych przypadkach wraz ze wzrostem zuŝycia ciśnienie maleje. PODSUMOWANIE W pracy zaprezentowano charakterystyki rozkładu ciśnienia oraz grubości filmu olejowego wykonane w oparciu o teoretyczny model zuŝywania się panewki poprzecznego łoŝyska ślizgowego. Z przeprowadzonych badań wynika, Ŝe w zaleŝności od wielkości maksymalnego zuŝycia w szczelinie smarowej generowane są dwa filmy olejowe. Oznacza to, Ŝe łoŝysko 872 AUTOBUSY

9 cylindryczne z panewką zdeformowaną w wyniku zuŝycia ściernego, dla określonych wartości zuŝycia zachowuje się tak, jak łoŝysko wielopowierzchniowe. BIBLIOGRAFIA 1. Płuciennik P., Maciejczyk A., Teoretyczny model panewki poprzecznego łoŝyska ślizgowego. Część 1. Model zuŝycia panewki. Technika Transportu Szynowego Nr 9/2012; s Płuciennik P., Maciejczyk A., Teoretyczny model panewki poprzecznego łoŝyska ślizgowego. Część 2. PołoŜenie i głębokość obszaru zuŝycia panewki. Technika Transportu Szynowego Nr 9/2012; s A THEORETICAL MODEL OF THE TRANSVERSE ACETABULAR BEARING. PART 3. INFLUENCE BUSHINGS WEAR AREA ON THE DISTRIBUTE PRESSURE AND OIL THICKNESS Abstract This paper presents the characteristics of pressure distribution and thickness of the oil film on the basis of the adopted theoretical model of wear transverse acetabular bearing. Sheet made on the basis of a numerical simulation for a set of relative values of clearance and the relative eccentricity. Autorzy: dr inŝ. Paweł PŁUCIENNIK Politechnika Łódzka dr inŝ. Andrzej MACIEJCZYK Politechnika Łódzka AUTOBUSY 873