OCENA ZDOLNOŚCI UTRZYMANIA WARSTWY SMARNEJ PRZEZ MIKROPROFIL POWIERZCHNI WAŁU WSPÓŁPRACUJĄCEGO Z ELASTOMEROWYM USZCZELNIENIEM

Podobne dokumenty
USZCZELNIENIE ELASTOMEROWE - WAŁ JAKO SZCZEGÓLNA PARA CIERNA

ZUŻYCIE USZCZELNIEŃ Z PTFE W ZAWORZE KULOWYM

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA WZGLĘDNEGO NA WSKAŹNIK ZMNIEJSZENIA CHROPOWATOŚCI I STOPIEŃ UMOCNIENIA WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ PO OBRÓBCE NAGNIATANEM

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

ANALIZA METROLOGICZNA WYNIKÓW BADAŃ NA PRZYKŁADZIE ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH

WPŁYW DODATKU NA WŁASNOŚCI SMAROWE OLEJU BAZOWEGO SN-150

NOŚNOŚĆ POWIERZCHNI A RODZAJ JEJ OBRÓBKI

BADANIA MORFOLOGII POWIERZCHNI CHRZĄSTKI STAWOWEJ Z WYKORZYSTANIEM TECHNIKI KOMPUTEROWEJ

CZTEROKULOWA MASZYNA TARCIA ROZSZERZENIE MOŻLIWOŚCI BADAWCZYCH W WARUNKACH ZMIENNYCH OBCIĄŻEŃ

Podstawy Konstrukcji Maszyn

T R I B O L O G I A 97

IDENTYFIKACJA SIŁY DOCISKU I PARAMETRÓW SPRĘŻYSTYCH W KONTAKCIE TARCIOWYM WAŁU Z WARGOWYM PIERŚCIENIEM USZCZELNIAJĄCYM

WPŁYW CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI MATERIAŁU NA GRUBOŚĆ POWŁOKI PO ALFINOWANIU

USZCZELNIENIA WAŁÓW KORBOWYCH O ZMNIEJSZONYCH OPORACH TARCIA

Badania tribologiczne poprzecznych łożysk ślizgowych z wykorzystaniem mikro-rowków smarnych

TEMAT: PARAMETRY PRACY I CHARAKTERYSTYKI SILNIKA TŁOKOWEGO

Teoretyczny model panewki poprzecznego łożyska ślizgowego. Wpływ wartości parametru zużycia na nośność łożyska

Politechnika Poznańska Wydział Inżynierii Zarządzania. Wprowadzenie do techniki tarcie ćwiczenia

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ CRN W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

Ćw. 4. BADANIE I OCENA WPŁYWU ODDZIAŁYWANIA WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA ROZKŁAD CIŚNIEŃ W ŁOśYSKU HYDRODYNAMICZNYMM

PROBLEMY NIEKONWENCJONALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH Łódź, maja 1997 r.

TOPOGRAFIA WSPÓŁPRACUJĄCYCH POWIERZCHNI ŁOŻYSK TOCZNYCH POMIERZONA NA MIKROSKOPIE SIŁ ATOMOWYCH

Ćw. 5 BADANIE I OCENA DZIAŁANIA PIERŚCIENI TYPU SIMMERING STOSOWANYCH DO USZCZELNIEŃ WAŁÓW W OBUDOWIE

THE MODELLING OF CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OF HARMONIC DRIVE

1. Obliczenia wytrzymałościowe elementów maszyn przy obciążeniu zmiennym PRZEDMOWA 11

Inżynieria Maszyn, 2018, R. 23, z. 1, 36 43, ISSN X EKSPERYMENTALNA METODA OKREŚLANIA MOMENTU OPORU RUCHU ŁOŻYSK SKOŚNYCH 1.

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH BRĄZU CuSn12Ni2 W OBECNOŚCI PREPARATU EKSPLOATACYJNEGO O DZIAŁANIU CHEMICZNYM

DIAGNOSTYKA INTENSYWNOŚCI ZUŻYCIA OLEJU SILNIKOWEGO W CZASIE EKSPLOATACJI

OBLICZANIE KÓŁK ZĘBATYCH

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

ON INFLUENCE OF DIESEL OIL SORT ON FRICTION AND WEAR PROCESSES Tarkowski Piotr, Paluch Roman Katedra Pojazdów Samochodowych Politechnika Lubelska

Przekładnie ślimakowe / Henryk Grzegorz Sabiniak. Warszawa, cop Spis treści

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

PRZECIWZUŻYCIOWE POWŁOKI CERAMICZNO-METALOWE NANOSZONE NA ELEMENT SILNIKÓW SPALINOWYCH

Statystyczna analiza zmienności obciążeń w sieciach rozdzielczych Statistical Analysis of the Load Variability in Distribution Network

BADANIA NAD MODYFIKOWANIEM WARUNKÓW PRACY ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH

ZASTOSOWANIE RÓWNANIA BOUSSINESQUE A DO OKREŚLANIA NAPRĘŻEŃ W GLEBIE WYWOŁANYCH ODDZIAŁYWANIEM ZESTAWÓW MASZYN

LABORATORIUM PKM. Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn. Badanie statycznego i kinetycznego współczynnika tarcia dla wybranych skojarzeń ciernych

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH POLIAMIDU PA6 I MODARU

Statystyka. Wykład 4. Magdalena Alama-Bućko. 13 marca Magdalena Alama-Bućko Statystyka 13 marca / 41

MASZYNA MT-1 DO BADANIA WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNYCH ZE ZMIANĄ NACISKU JEDNOSTKOWEGO

Prawdopodobieństwo i rozkład normalny cd.

WPŁYW NIERÓWNOŚCI POWIERZCHNI NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE ELEMENTÓW ŚLIZGOWYCH W SKOJARZENIU MATERIAŁOWYM SiC 42CrMo4

Q = 0,005xDxB. Q - ilość smaru [g] D - średnica zewnętrzna łożyska [mm] B - szerokość łożyska [mm]

SMAROWANIE PRZEKŁADNI

ĆWICZENIE NR.6. Temat : Wyznaczanie drgań mechanicznych przekładni zębatych podczas badań odbiorczych

WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW EKSPLOATACYJNYCH NA ZUŻYCIE ELEMENTÓW SKOJARZENIA TOCZNO-ŚLIZGOWEGO W OBECNOŚCI PŁYNU

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

OKREŚLENIE OBSZARÓW ENERGOOSZCZĘDNYCH W PRACY TRÓJFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

NAPRĘŻENIA ŚCISKAJĄCE PRZY 10% ODKSZTAŁCENIU WZGLĘDNYM PRÓBEK NORMOWYCH POBRANYCH Z PŁYT EPS O RÓŻNEJ GRUBOŚCI

MODELOWANIE ZMIAN W STRUKTURZE GEOMETRYCZNEJ POWIERZCHNI ELEMENTÓW PAR KINEMATYCZNYCH Z TARCIEM TOCZNYM

ANALiZA WPŁYWU PARAMETRÓW SAMOLOTU NA POZiOM HAŁASU MiERZONEGO WEDŁUG PRZEPiSÓW FAR 36 APPENDiX G

Charakterystyki liczbowe (estymatory i parametry), które pozwalają opisać właściwości rozkładu badanej cechy (zmiennej)

PIERŚCIENIE ROZPRĘŻNO - ZACISKOWE SST

PRÓBA ZASTOSOWANIA PARAMETRÓW KRZYWEJ UDZIAŁU MATERIAŁOWEGO DO OPISU MIKROGEOMETRII POWIERZCHNI ODLEWÓW PRECYZYJNYCH

Katedra Biotechnologii i Genetyki Zwierząt, Wydział Hodowli i Biologii Zwierząt, UTP w Bydgoszczy

PŁUCIENNIK Paweł 1 MACIEJCZYK Andrzej 2

Pierścienie Uszczelniające Wałki Obrotowe

MIARY KLASYCZNE Miary opisujące rozkład badanej cechy w zbiorowości, które obliczamy na podstawie wszystkich zaobserwowanych wartości cechy

Metrologia powierzchni znaczenie, użyteczność i ograniczenia

OBLICZANIE NADDATKÓW NA OBRÓBKĘ SKRAWANIEM na podstawie; J.Tymowski Technologia budowy maszyn. mgr inż. Marta Bogdan-Chudy

Statystyka. Wykład 5. Magdalena Alama-Bućko. 26 marca Magdalena Alama-Bućko Statystyka 26 marca / 40

1 Podstawy rachunku prawdopodobieństwa

Testowanie hipotez statystycznych.

MAS. Silniki orbitalne. Silnik orbitalny MAS

Miernictwo i systemy pomiarowe CHROPOWATOŚĆ POWIERZCHNI

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH BRĄZU CuSn12Ni2

DOŚWIADCZALNE I SYMULACYJNE ANALIZY WPŁYWU DRGAŃ STYCZNYCH POPRZECZNYCH NA SIŁĘ TARCIA W RUCHU ŚLIZGOWYM

BADANIA ZRÓŻNICOWANIA RYZYKA WYPADKÓW PRZY PRACY NA PRZYKŁADZIE ANALIZY STATYSTYKI WYPADKÓW DLA BRANŻY GÓRNICTWA I POLSKI

WPŁYW PROMIENIOWANIA ULTRAFIOLETOWEGO NA LEPKOŚĆ OLEJÓW SMAROWYCH

MECHANIKA 2. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Rozkład normalny. Marcin Zajenkowski. Marcin Zajenkowski () Rozkład normalny 1 / 26

Wskaźnik asymetrii Jeżeli: rozkład jest symetryczny, to = 0, rozkład jest asymetryczny lewostronnie, to < 0. Kwartylowy wskaźnik asymetrii

LABORATORIUM PKM. Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn. Badanie statycznego i kinetycznego współczynnika tarcia dla wybranych skojarzeń ciernych

Materiały pomocnicze do rysunku wał maszynowy na podstawie L. Kurmaz, O. Kurmaz: PROJEKTOWANIE WĘZŁÓW I CZĘŚCI MASZYN, 2011

BADANIE NOŚNOŚCI POŁĄCZENIA SKURCZOWEGO

PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 13/13. MAREK GAWLIŃSKI, Wrocław, PL MICHAŁ STANCLIK, Wrocław, PL

ĆWICZENIE 15 WYZNACZANIE (K IC )

WPŁYW WARUNKÓW SMAROWANIA NA ZMIANY STRUKTURY GEOMETRYCZNEJ POWIERZCHNI ELEMENTÓW ŁOŻYSK TOCZNYCH

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLISKIEJ Górnictwo z JERZY ANTONIAK, STANISŁAW DEHBNICKI STANISŁAW DRAMSKE SPOSÓB BADANIA LIN NOŚNYCH HA ZMĘCZENIE

WERYFIKACJA MODELU DYNAMICZNEGO PRZEKŁADNI ZĘBATEJ W RÓŻNYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

LABORATORIUM PKM. Katedra Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn. Badanie statycznego i kinetycznego współczynnika tarcia dla wybranych skojarzeń ciernych

NATĘŻENIE POLA ELEKTRYCZNEGO PRZEWODU LINII NAPOWIETRZNEJ Z UWZGLĘDNIENIEM ZWISU

WPŁYW UKSZTAŁTOWANIA STRUKTURY GEOMETRYCZNEJ POWIERZCHNI STALI NA WSPÓŁCZYNNIK TARCIA STATYCZNEGO WSPÓŁPRACUJĄCYCH MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

Zastosowanie MES do wyjaśnienia mechanizmu zużywania w węzłach tarcia

WPYW STANU WARSTWY WIERZCHNIEJ NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE ŻELIWA SFEROIDALNEGO FERRYTYCZNEGO PO NAGNIATANIU

SPITSBERGEN HORNSUND

BADANIA EKSPERYMENTALNE POLIMEROWEGO ŁOŻYSKA SMAROWANEGO WODĄ OKRĘTOWEGO WAŁU ŚRUBOWEGO

WPŁYW PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH NA ZUŻYCIE FRETTINGOWE W POŁĄCZENIU WCISKOWYM

Łożyska wieńcowe PSL Montaż i konserwacja

STATYSTYKA OPISOWA. LICZBOWE CHARAKTERYSTYKI(MIARY)

Laboratorium 3 - statystyka opisowa

WPŁYW PARAMETRÓW UKŁADU NAPĘDOWEGO NA SKUTECZNOŚĆ SYNCHRONIZACJI SILNIKA DWUBIEGOWEGO

Tarcie poślizgowe

WŁASNOŚCI NIEZAWODNOŚCIOWE WARGOWYCH PIERŚCIENI USZCZELNIAJĄCYCH

WŁASNOŚCI ŚLIZGOWYCH WĘZŁÓW TARCIA Z NIEJEDNORODNYMI POWIERZCHNIAMI NATRYSKIWANYMI PLAZMOWO

Janina DACA*, Zbigniew RUDNICKI*, Marian WARSZYŃSKI* *)Zakład Konstrukcji i Eksploatacji Maszyn Akademia Górniczo-Hutnicza

ANALIZA OCENY WSKAŹNIKA SZORSTKOŚCI NAWIERZCHNI DROGOWEJ WAHADŁEM ANGIELSKIM NA DRODZE KRAJOWEJ DK-43 W OKRESIE UJEMNEJ I DODATNIEJ TEMPERATURY

7. Identyfikacja defektów badanego obiektu

BADANIA ODKSZTAŁCEŃ DYNAMICZNYCH ROLNICZYCH OPON NAPĘDOWYCH NA GLEBIE LEKKIEJ

Transkrypt:

4-2003 T R I B O L O G I A 135 Marek Gawliński, Zbigniew Kasprzyk, Janusz Rogula OCENA ZDOLNOŚCI UTRZYMANIA WARSTWY SMARNEJ PRZEZ MIKROPROFIL POWIERZCHNI WAŁU WSPÓŁPRACUJĄCEGO Z ELASTOMEROWYM USZCZELNIENIEM AN EVALUATION OF THE MAINTAINING ABILITY OF THE LUBRICATING LAYER BY THE SHAFT SURFACE MICROPROFILE CO-OPERATING WITH OIL LIP SEAL Słowa kluczowe: uszczelnienie wargowe, chropowatość, tarcie, zużycie Key-words: WSTĘP W podjętej pracy zweryfikowano tezę zakładającą iż należy tak kształtować mokropowierzchnię wału aby pewna ilość oleju mogła być zaabsorbowana i utrzymana w mikrowgłębieniach przez możliwie najdłuższy okres czasu. Szczególnie dotyczyć to powinno okresu postoju Politechnika Wrocławska, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 50 370 Wrocław, Tel. (+48) (71) 320 23 73, fax:(+48) (71) 328 38 18.

136 T R I B O L O G I A 4-2003 wału podczas którego nie może dojść do wyciśnięcia oleju przez sprężystą wargę, tak by w chwili ponownego uruchomienia wału olej mógł tworzyć warstwę smarową na poszczególnych występach nierówności. W celu wykazania tych cech profilu powierzchni wału przyjęto specjalną procedurę badania pary ciernej wał-uszczelnienie polegającą na okresowym włączaniu i wyłączaniu wału. Czas pracy wału wynosił 10 minut po czym następował okres 10 minutowego postoju i tak na zmianę w okresie 40 godzinnego testu PRZEDMIOT I METODA BADAŃ Przedmiotem badań było 9 wałków stalowych z których każdy był szlifowany w taki sposób aby uzyskać różną teksturę powierzchni. Chropowatość powierzchni mierzono na trzech wysokościach wałków a na każdym poziomie była ona wyznaczona w trzech miejscach (co 120 o ) na obwodzie. W sumie, chropowatość była mierzona w 9 miejscach na powierzchni każdego wałka. Do pomiarów stosowano profilometr firmy Taylor Hobson typu Talysurf laser 3D. Elastomerowe uszczelnienie wargowe typu A wykonano z gumy NBR o średnicy wargi d = 43 mm. Promieniowa siła zacisku wargi wynosiła, dla populacji 9 uszczelnień P r = 41,9 N a standardowe odchylenie σ r = 3,9 N. Średnia szerokość styku wargi z wałem wynosiła a = 0,07 mm a standardowe odchylenie σ a = 0,01 mm. Oznacza to, że średnia wartość nacisku na styku warga-wał wynosiła p = 4,5 N/mm 2 przy standardowym odchyleniu σ p = 0,9 N/mm 2. Profilometr Talysurf laser 3D był wykorzystywany również do wyznaczenia profilu wargi badanych uszczelnień; profile te odwzorowywano w dwóch miejscach na obwodzie wargi przed i po pracy z wybranymi wałkami. Porównanie profili przed i po teście pozwala na ilościową i jakościową analizę zużycia krawędzi uszczelniającej. Uszczelnienia wargowe współpracowały z wałkami na stanowisku badawczym (rys.1). Wał stanowiska podparty jest w dwóch aerostatycznych łożyskach 3; napędzany jest on przez silnik elektryczny 1 rozwijający prędkość do 10 000 obr/min. Opór tarcia mierzony był przez bezstykowy, indukcyjny momentomierz Hottinger o zakresie pomiarowym (0-2) Nm. Uszczelnienia pracowały w warunkach pracy przerywanej (10 minut ruchu,10 minut postoju) przez okres 40 godzin. Prędkość obrotowa wału była stała i wynosiła n = 1000 obr/min,

4-2003 T R I B O L O G I A 137 czynnikiem uszczelnianym był olej mineralny SAE 30 o temperaturze 65 o C, olej wypełniał całą komorę 4. 4 1 2 3 Rys. 1. Stanowisko do badania oporu tarcia uszczelnień wargowych, 1- silnik elektryczny, 2- momentomierz, 3-łożyska aerostatyczne, 4- komora. Fig. 1. Test rig for power consumption evaluation, 1-electric motor, 2-torquemeter, 3- aerostatic bearings CHARAKTERYSTYKA ORYGINALNYCH POWIERZCHNI BADANYCH WAŁKÓW Do scharakteryzowania mikroprofilu powierzchni wałków współpracujących z uszczelnieniami wargowymi użyto następujących parametrów: R a, S m, a, λ a, R vm, R sk oraz R ku. Średnie arytmetyczne odchylenie profilu R a podano wyłącznie ze względu na powszechne stosowanie tego parametru. Średni odstęp nierówności S m na średniej linii profilu wpływa na styczne przemieszczanie się warstwy wierzchniej krawędzi uszczelniającej wargi oraz na częstość tego odkształcania. Średnie arytmetyczne pochylenie a profilu jest dobrą miarą anizotropii chropowatości powierzchni oraz miarą zużycia się powierzchni wału. Średnia długość fali profilu λ a = 2 π Ra / a jest miarą odstępu miejscowych wzniesień profilu; autorzy uważają, że parametr ten oddziaływa na proces smarowania na styku: wał-warga. Średnią głębokość wgłębień R vm przyjęto do oceny zdolności absorbowania oleju przez powierzchnię wałka. Statystyczne parametry chropowatości powierzchni wałków przyjęto dwa : skośność R sk będącą miarą asymetrii rozkładu rzędnych profilu względem jego linii średniej oraz eksces R ku informujący o stopniu skupienia rzędnych wokół linii średniej profilu. Oba wymienione parametry wywierają znaczący wpływ na rzeczywiste warunki styku

138 T R I B O L O G I A 4-2003 nierówności powierzchni wałka z powierzchnią krawędzi uszczelniającej wargi. Poza wymienionymi standardowymi parametrami podanymi przez profilometr zdecydowano się używać w analizie średniego promienia zaokrąglenia r wszystkich nierówności na powierzchni wału; promień ten wyznaczono przy pomocy programu Profil specjalnie przygotowanego do analizy plików danych zbieranych przez profilometr. Średni promień r jest średnią geometryczną promieni wyznaczonych w kierunkach osiowym r A oraz obwodowym r C ; r = r r A C. Jego znajomość umożliwia obliczenie ilorazu R / t r który w tribologii stanowi miarę naprężenia wywołanego przez wierzchołki powierzchni wałka wciskane w powierzchnię gumowej wargi; R t wysokość profilu powierzchni wałka. Program Profil liczy także wartości współczynników b i ν umożliwiających aproksymację górnego odcinka krzywej nośności profilu: ν η = b ε (1) gdzie : η - udział nośny profilu przy danym względnym zbliżeniu ε. Stałe b i ν wykorzystywane są tutaj do oceny tzw. zbliżenia krytycznego ε crit do profilu [3], przy którym, wszystkie nierówności na powierzchni wałka metalowego stykają się z powierzchnią wargi: ε 1 crit = (2) 1 ν 1 ( b ν ) Wartości wyżej wymienionych parametrów podano w tablicy 1. Analiza danych przedstawionych w tablicy 1 pozwala sformułować następujące wnioski dotyczące charakterystyki mikroprofilu powierzchni oryginalnych wałków w kierunkach osiowym (A) oraz obwodowym (C): badane powierzchnie odznaczają się wysokim stopniem anizotropi, szczególnie w odniesieniu do parametrów R a, S m, a, λ a, R vm rzadko się zdarza aby skośność R sk wyznaczona w kierunku obwodowym na powierzchniach szlifowanych miała wartości ujemne. Oznacza to, że większość rzędnych profilu usytuowana jest powyżej średniej linii profilu. Na niektórych wałkach ( np. Nr 5.2; 6.2; 8.2) skośność wyznaczona w kierunku A ma większą wartość niż ta wyznaczona w kierunku C,

4-2003 T R I B O L O G I A 139 nietypowe są, jeżeli chodzi o szlifowane powierzchnie walcowe, wartości ekscesu R ku które są do siebie zbliżone dla obu kierunków pomiaru (np. wałki1.2; 2.2; 3.2; 8.2), lub znacznie wyższe dla kierunku obwodowego niż dla osiowego ( wałki Nr 5.2; 6.2; 7.2), niestety, średnie wartości promieni zaokrąglenia r wszystkich nierówności na powierzchni poszczególnych wałków są bardzo małe. Należy oczekiwać dużych naprężeń w wardze wywołanych wciskaniem się nierówności powierzchni wałka. Tablica 1. Średnie wartości lub zakresy wartości parametrów chropowatości wyznaczone w kierunkach osiowym (A) i obwodowym (C) na oryginalnych powierzchniach wałków. Table 1. Mean values of the original shaft surface roughness parameters determined in axial (A) and circumferential (C) directions. Numer wałka 1.2 2.2 3.2 4.2 5.2 6.2 7.2 8.2 9.2 Parametry chropowatości R a S m a λ a R vm R sk R ku r R t / r µm µm deg µm/deg µm - - µm - - A 0,47 54 8,4 0,4 1,2-0,28 3,1 0,4 0,27 9 C 0,24 498 0,9 1,9 0,6-0,6 +0,3 3,4 0,23 0,26 A 1,10 61 10,5 0,7 3,0-0,48 3,1 1,4 0,20 6 C 0,37 495 1,2 1,1 0,8-0,37 +0,50 3,4 0,5 0,80 A 0,51 58 8,7 0,4 1,2-0,41 3,2 0,27 0,35 16 C 0,27 330 0,9 2,2 0,7 +0,16 3,0 0,12 0,44 A 0,26 65 4,5 0,4 1,3-1,87 8,6 0,15 0,10 19 C 0,17 305 0,6 1,7 0,5-0,69 +0,14 3,2 0,07 0,26 A 0,43 83 3,1 0,86 1,5-1,21 4,4 0,12 0,12 26 C 0,13 198 1,2 0,74 0,7-1,4 7,9 0,07 0,34 A 0,46 157 3,0 1,0 1,2-0,74 3,3 0,19 0,10 19 C 0,11 262 1,1 0,71 0,6-3,63 25,3 0,11 0,27 A 0,49 34 10,1 0,32 0,7 +0,31 2,3 0,17 0,50 17 C 0,08 797 0,5 1,1 0,1-1,9 +1,8 17,4 0,10 0,27 A 0,28 87 2,9 0,62 0,6-0,92 3,7 0,12 0,63 19 C 0,33 76 4,5 0,47 0,7-0,77 4,3 0,16 0,31 A 0,36 76 5,3 0,5 0,6-0,49 +0,66 3,6 0,24 0,14 14 C 0,11 148 0,9 0,9 0,3-0,14 +0,53 4,3 0,08 0,28 ε crit

140 T R I B O L O G I A 4-2003 Jak już wspomniano skośność R sk informuje o rozkładzie rzędnych profilu względem jego średniej linii. Aby jednak mówić o warunkach styku nierówności na powierzchni wałka z powierzchnią wargi należy wziąć pod uwagę również rozkład częstości rzędnych ( rys.2). Dla porównania wybrano rozkłady dla których wartości skośności są zbliżone ale rozkłady częstości rzędnych są różne. W przypadku styku wargi z powierzchnią wałka o rozkładzie rzędnych jak na rys. 2a w styku pozostanie zaledwie kilka najwyżej położonych wierzchołków, natomiast dla wałka z powierzchnią o rozkładzie częstości jak na rys. 2b w styku wejdzie znacznie więcej wierzchołków. W tym ostatnim przypadku warunki styku są znacznie bardziej korzystne. Rys. 2. Krzywa nośności i częstości rzędnych dla dwóch różnych wałków o zbliżonej wartości skośności R sk2,2 = -0,24 i R sk5,2 = -0,39, a) częstość rzędnych na głębokości 0,1 µm od najwyższego wierzchołka b. niska, b) częstość stosunkowo wysoka Fig. 2. Bearing ratio and amplitude distribuation curves for two surfaces with similar values of R sk parameter, a) ordinates frequency on the depth of 0,1 µm from the highest asperity is low, b) ordinates frequency high ZUŻYCIE KRAWĘDZI WARGI A CHROPOWATOŚĆ POWIERZCHNI WAŁU Znajomość profilu krawędzi uszczelniającej wargi przed i po pracy uszczelniania z danym wałkiem umożliwia zarazem ocenę warunków styku pomiędzy obu współpracującymi powierzchniami. Im mniejsze zużycie wargi tym lepsze warunki smarowania pomiędzy miejscami potencjalnego rzeczywistego styku. Do zawiązywania się lokalnych warstw smarowych dochodzi podczas 10 minutowych okresów ruchu wału, w okresach postoju wału występuje wyciskanie oleju pod wpływem sprężystego oddziaływania wargi uszczelniającej na powierzchnię wału.

4-2003 T R I B O L O G I A 141 Z analizy zamieszczonych na rys.3 profili zużytych warg wynika, że chropowatość w bardzo istotny sposób wpływa na intensywność zużywania się. Największego zużycia doznały uszczelnienia współpracujące z wałkami Nr. 1.2; 2.2; 3.2 oraz 7.2. Należy podkreślić, że stopień zużycia zależy od miejsca położenia styku na wardze po stronie powietrznej (punkt N rys.3a). Rys. 3. Profile krawędzi badanych uszczelnień wyznaczone w dwóch miejscach na średnicy przed i po współpracy z wałkami, a) Nr 1.2, b) Nr 2.2, c) Nr 3.2 d) 4.2, e) 5.2, f) 6.2, g) 7.2, h) 8.2, i) 9.2 Fig. 3. Profiles of the sealing edge of examined seals determined in two places along the diameter before and after operation on different shafts. a) No 1.2, b) No 2.2 and so on Dlaczego zatem w jednych uszczelnieniach początek styku wargi z wałem wystąpił na prostoliniowej części krawędzi podczas gdy w innych na krzywoliniowej jej części? Powierzchnie wałków 1.2; 2.2; 3.2 oraz 7.2 charakteryzują się dużymi wartościami następujących parametrów: 8,4 a A 10,5 o oraz 0,17 ( R r / r ) A 1,4 co sprzyja przemieszczaniu się wargi w kierunku ruchu wału podczas montażu pary ciernej. Warga przechyla się w stronę powietrzną i dochodzi do styku rozpoczynającego się na prostoliniowej części krawędzi uszczelniającej. W uszczelnieniach współpracujących z wałkami nr 4.2; 5.2; 8.2 oraz 9.2 wartości wymienionych parametrów są zawarte w zakresie : 2,9 o a A 5,3 o oraz 0,12 ( R r / r ) A 0,24 i podczas montażu uszczelnienia na wałku nie dochodzi do tak znacznego odchylenia się wargi uszczelniającej. Na powierzchnię wałków, które wywołały największe zużycie krawędzi uszczelniającej badanych uszczelnień znajdują się doliny o odpowiedniej głębokości 0, 7 Rvm A 3, 0µ m oraz 0, 1 Rvm C 0, 8µm. Doliny o podobnej średniej głębokości 0, 6 Rvm A 1, 5µm oraz 0, 3 Rvm C 0, 7µ m występowały na wałkach po współpracy z którymi zużycie wargi uszczelnień było bardzo małe. Parametr R vm nie stanowi zatem wystarczającego warunku dla

142 T R I B O L O G I A 4-2003 zapewnienia niskiego zużycia krawędzi uszczelniającej wargi. Wydaje się, że do prognozowania zużycia wargi uszczelnienia należy wziąć pod uwagę rozkład częstości rzędnych profilu, zwłaszcza w kierunku obwodowym oraz wartości ilorazu R t / r. Dla potwierdzenia tej tezy przeanalizowano rozkłady częstości rzędnych i stwierdzono, że dla wałków Nr. 1.2, 2.2, 3.2 oraz 7.2 znaczący wzrost częstości występuje w odległości 0, 2 x 0, 7µ m od najwyższego wierzchołka podczas gdy dla pozostałych powierzchni wałków wzrost częstości rozpoczyna się w odległości 0, 1 x 0, 4µ m. Porównanie wartości ilorazów R t / r dla kierunku obwodowego wskazuje, że dla chropowatości powierzchni wałków wywołujących duże zużycie wargi wynosi on 0, 10 ( R / r) 0, 50 podczas gdy dla pozostałych wałków t C 0, 07 ( R t / r) C 0, 16. Styk pomiędzy powierzchnią wału a wargą jest ograniczony do styku z ograniczoną ilością wierzchołków; średnia odległość pomiędzy tymi nierównościami w kierunku obwodowym wynosi 326 S m 366µ m. Ta stosunkowo duża odległość pomiędzy nierównościami sprawia, że odkształcenia styczne w warstwie wierzchniej wargi muszą być znaczne a stąd zmęczenie gumy prowadzi do zużycia. Uszczelnienia o niskim zużyciu współpracowały z wałkami na których powierzchni średnia odległość pomiędzy wierzchołkami zawarta była w przedziale 76 S m 288µm. ZUŻYCIE POWIERZCHNI WAŁKÓW Dane dotyczące zmiany wartości parametrów charakteryzujących chropowatość powierzchni badanych wałków zawarto w tablicy 2. Z porównania danych zawartych w tablicach 1 i 2 można dojść do następujących wniosków: w rezultacie zużywania się powierzchni wałków doszło generalnie do spadku wartości następujących parametrów : R a, S m, R vm, ε crit, zaobserwowano wzrost średniego pochylenia profilu a C, wzrost koncentracji rzędnych R ku w przypadku kilku wałków i przemieszczenia ich w stronę linii średniej (R sk <0). W wyniku starcia najwyżej

4-2003 T R I B O L O G I A 143 położonych wierzchołków doszło również do pewnej poprawy rozkładu rzędnych po wysokości profilu, średnie promienie zaokrąglenia wierzchołków nierówności uległy niewielkiemu zmniejszeniu co doprowadziło do wzrostu, w niektórych przypadkach, wartości ilorazu R t / r. Tablica 2. Średnie wartości lub zakresy wartości parametrów chropowatości wyznaczone w kierunku obwodowym (C) dla powierzchni zużytych. Table 2. Mean values of the original shaft surface roughness parameters determined in circumferential (C) direction. Numer wałka Parametry chropowatości R a S m a λ a R vm R ku R R sk r t / r µm µm deg µm/deg µm - - µm - - 1.2 C 0,18 329 1,3 0,8 0,3-0,15 +0,18 2,7 9 0,13 0,28 2.2 C 0,24 239 1,6 0,9 0,4 0,6 3,3 7 0,26 0,25 3.2 C 0,21 260 1,6 0,8 0,3-1,2 +0,3 2,9 6,1 9 0,23 0,25 4.2 C 0,10 157 1,6 0,4 0,1-2,0-0,8 3,8 12 13 0,07 0,27 5.2 C 0,11 130 2,1 0,3 0,3-1,8 11 19 0,09 0,27 6.2 C 0,16 176 2,0 0,5 0,6-1,6-3,8 6,5 25 16 0,15 0,28 7.2 C 0,10 502 1,3 0,5 0,3-0,52 +1,4 7,0 9 0,17 0,25 8.2 C 0,28 87 2,9 0,6 1,0-0,93 3,7 18 0,12 0,39 9.2 C 0,12 128 1,6 0,5 0,3-1,0 +0,2 3,4 12 11 0,12 0,25 ε crit Najbardziej nieoczekiwanym rezultatem badań było niewielkie zmniejszenie średniego promienia zaokrąglenia wierzchołków nierówności. Podczas badań tych samych wałków we współpracy z podobnymi uszczelnieniami w ruchu ciągłym przez 20 godzin doszło do zwiększenia promieni zaokrąglenia wierzchołków [3]. Należy przypuszczać, iż w warunkach utrudnionego smarowania w miejscach rzeczywistego styku wargi z wałem dochodziło do zużywania nierówności powierzchni wału a to prowadziło do zmniejszenia promieni mierzonych w kierunku obwodowym. OPÓR TARCIA I ZUŻYCIE WARGI

144 T R I B O L O G I A 4-2003 Podczas współpracy pary wał-uszczelnienie wargowe w warunkach ruchu okresowo przerywanego zauważono, że wartość momentu tarcia zmieniała się. Współczynnik niejednostajności momentu δ = (M max M min ) / M max wahał się w zakresie 8, 2 δmax 16, 1% a jego minimalna wartość 1, 3 δ max 8, 1% ( rys.4). Wyższemu zużyciu wargi odpowiadała wyższa niejednostajność momentu 2, 1 δ max 10, 8%, 4, 3 δ max 13, 7%, 1, 3 δ max 16, 1% ; świadczy to o zużywaniu a potem o usuwaniu produktów zużycia z obszaru styku wargi z wałem. Momentowi usuwania produktów zużycia towarzyszy obniżenie oporu tarcia. W tych parach w których zużycie uszczelnień było mniejsze niejednostajność zamian momentu była mniejsza. Zmienność momentu ; % 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940 Czas ; h wał 1.2 wał 2.2 wał 3.2 Rys.4 Zmiany momentu tarcia podczas badania uszczelnień pracujących w ruchu okresowo przerywanym z wałkami 1.2, 2.2, 3.2 Fig. 4. Torque variation during tests of oli lip seals operating in start stop mode with the shafts No: 1.2, 2.2 and 3.2 WNIOSKI Pracę można podsumować podając następujące wnioski: chropowatość powierzchni badanych wałków odznacza się anizotropią. Wykonawcy wałków udało się otrzymać korzystny rozkład rzędnych względem linii średniej z tym, że niektóre powierzchnie charakteryzują się bardzo niską częstością występowania rzędnych w górnej strefie profilu,

4-2003 T R I B O L O G I A 145 duże zużycie krawędzi uszczelniającej wargi wynika ze współpracy z wałkami o następującej chropowatości: duża wartość ilorazu R t / r, duża wartość średniego pochylenia profilu a w kierunku osiowym, bardzo niska częstość występowania rzędnych w górnej części profilu na odcinku od 0,2 do 0,7 µm od najwyższego wierzchołka, średnia głębokość dolin Rvm jest istotna dla procesu smarowania w sytuacji profilu o wystarczającej częstości występowania rzędnych w jego górnym odcinku, w rezultacie zużywania się powierzchni wałków współpracujących z uszczelnieniami w ruchu okresowo przerywanym doszło do wzrostu wartości parametru ac, pewnego wzrostu częstości rzędnych oraz do spadku wartości promieni zaokrąglenia wierzchołków nierówności. LITERATURA Qu J. The Application of Discriminant Analysis in Shaft Surface Classification for Radial Lip Seals SAE Paper 960214 Gawliński M., Optimal Surface Roughness of the Shafts Cooperating with Oil Lip Seals 16 th International Conference on Fluid Sealing, Brugge, Belgium, 2000 Gawliński M., Kasprzyk Zb., Shaft Surface Roughness and its Influence on the Wear of the Lip Sealing Edge Material Science, Vol.9, No.1 2003 Recenzent: Jan BURCAN Summary At the beginning of the shaft motion it comes to the direct contact of the shaft surface irregularities with the sealing lip; it influences the power consumption and lip wear. One should from the shaft surface in such manner in order some oil quantity could be absorbed and kept in the micro-valleys through possibly longest period. Then

146 T R I B O L O G I A 4-2003 build-up of the lubricating layer on particular irregularities will be possible at the initial moment of the shaft motion. Authors prepared indirect evaluation method of the shaft surface ability to absorb and preserve the oil; it relies on the periodical rotation (10 min.) and stand-by (10 min.) of the shaft. The total time of test amounted to 40 hours. It appeared, that depending on the shaft surface ability to absorb the oil as well as on the amplitude frequency distribution one could find the different wear rates of the sealing lip. There were presented recommended values of the roughness parameters ensuring low wear rate.