Badania numeryczne niestacjonarnego elastohydrodynamicznego (ehd) filmu olejowego pod działaniem zmiennego obciążenia

Podobne dokumenty
Badania doświadczalne niestacjonarnego elastohydrodynamicznego (ehd) izotermicznego filmu olejowego

WPŁYW ZMIENNEGO W CZASIE OBCIĄśENIA ZEWNĘTRZNEGO NA PAREMETRY ELASTOHYDRODYNAMICZNEGO (EHD) IZOTERMICZNEGO FILMU OLEJOWEGO

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

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

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

ANALIZA NUMERYCZNA ZMIANY GRUBOŚCI BLACHY WYTŁOCZKI PODCZAS PROCESU TŁOCZENIA

PRZECIWZUŻYCIOWE POWŁOKI CERAMICZNO-METALOWE NANOSZONE NA ELEMENT SILNIKÓW SPALINOWYCH

PŁUCIENNIK Paweł 1 MACIEJCZYK Andrzej 2

Teoretyczny model panewki poprzecznego łożyska ślizgowego. Utrata nośności łożyska w funkcji parametru zużycia

SMAROWANIE PRZEKŁADNI

BADANIA NAD MODYFIKOWANIEM WARUNKÓW PRACY ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH

1. Obliczenia wytrzymałościowe elementów maszyn przy obciążeniu zmiennym PRZEDMOWA 11

Łożyska ślizgowe - podstawowe rodzaje

Politechnika Poznańska

Podstawy Konstrukcji Maszyn

ANALIZA METROLOGICZNA WYNIKÓW BADAŃ NA PRZYKŁADZIE ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

PRZYKŁADY CHARAKTERYSTYK ŁOŻYSK

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

POLITECHNIKA RZESZOWSKA im. Ignacego Łukasiewicza. Ćwiczenie nr 4

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Ewidentne wydłużenie czasu eksploatacji maszyn i urządzeń w przemyśle w wyniku zastosowania produktów z grupy Motor-Life Professional

Wpływ zanieczyszczenia torowiska na drogę hamowania tramwaju

Politechnika Poznańska Wydział Inżynierii Zarządzania. Wprowadzenie do techniki tarcie ćwiczenia

OBLICZANIE KÓŁK ZĘBATYCH

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH POLIAMIDU PA6 I MODARU

Politechnika Poznańska

ZESZYTY NAUKOWE NR 10(82) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

Karta danych materiałowych. DIN EN ISO 527-3/5/100* minimalna wartość DIN obciążenie 10 N, powierzchnia dolna Współczynik tarcia (stal)

Karta danych materiałowych. DIN EN ISO 527-3/5/100* minimalna wartość DIN obciążenie 10 N, powierzchnia dolna Współczynik tarcia (stal)

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

Analiza możliwości ograniczenia drgań w podłożu od pojazdów szynowych na przykładzie wybranego tunelu

Analiza warunków smarowania przekładni zębatych do napędu górniczych przenośników taśmowych

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

Badania doświadczalne wielkości pola powierzchni kontaktu opony z nawierzchnią w funkcji ciśnienia i obciążenia

Fizyczne właściwości materiałów rolniczych

ANALIZA NAPRĘŻEŃ W KOŁACH ZĘBATYCH WYZNACZONYCH METODĄ ELEMENTÓW BRZEGOWYCH

BADANIA SYMULACYJNE PROCESU HAMOWANIA SAMOCHODU OSOBOWEGO W PROGRAMIE PC-CRASH

MODELOWANIE ROZKŁADU TEMPERATUR W PRZEGRODACH ZEWNĘTRZNYCH WYKONANYCH Z UŻYCIEM LEKKICH KONSTRUKCJI SZKIELETOWYCH

Metoda Elementów Skończonych

WERYFIKACJA MODELU DYNAMICZNEGO PRZEKŁADNI ZĘBATEJ W RÓŻNYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie D-3

Podczas wykonywania analizy w programie COMSOL, wykorzystywane jest poniższe równanie: 1.2. Dane wejściowe.

Politechnika Poznańska. Metoda Elementów Skończonych

LABORATORIUM METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ CRN W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

THE MODELLING OF CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OF HARMONIC DRIVE

ANALIZA ROZKŁADU CIŚNIEŃ I PRĘDKOŚCI W PRZEWODZIE O ZMIENNYM PRZEKROJU

12/ Eksploatacja

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

PROBLEMY NIEKONWENCJOWALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH. Łódź maja 1997 roku

(R) przy obciążaniu (etap I) Wyznaczanie przemieszczenia kątowego V 2

Wytrzymałość Materiałów

Politechnika Łódzka Wydział Mechaniczny Instytut obrabiarek i technologii budowy maszyn. Praca Magisterska

Połączenie wciskowe do naprawy uszkodzonego gwintu wewnętrznego w elementach silnika

Politechnika Poznańska

Katarzyna Jesionek Zastosowanie symulacji dynamiki cieczy oraz ośrodków sprężystych w symulatorach operacji chirurgicznych.

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie D - 4. Zastosowanie teoretycznej analizy modalnej w dynamice maszyn

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

Trwałość i niezawodność Durability and reliability. Transport I stopień Ogólnoakademicki. Studia stacjonarne. Kierunkowy

ZAKŁAD POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH ZPSiSS WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN I LOTNICTWA

Projekt Metoda Elementów Skończonych. COMSOL Multiphysics 3.4

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

WPŁYW GRUBOŚCI EKRANU NA CAŁKOWITE POLE MAGNETYCZNE DWUPRZEWODOWEGO BIFILARNEGO TORU WIELKOPRĄDOWEGO. CZĘŚĆ II EKRAN I OBSZAR WEWNĘTRZNY EKRANU

ANALIZA ROZKŁADU POLA MAGNETYCZNEGO W KADŁUBIE OKRĘTU Z CEWKAMI UKŁADU DEMAGNETYZACYJNEGO

SYMULACJA OBLICZENIOWA OPŁYWU I OBCIĄŻEŃ BEZPRZEGUBOWEGO WIRNIKA OGONOWEGO WRAZ Z OCENĄ ICH ODDZIAŁYWANIA NA PRACĘ WIRNIKA

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Rola smarowania w ograniczeniu hałasu towarzyszącego eksploatacji przekładni zębatych

Badania właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1

Zastosowanie MES do wyjaśnienia mechanizmu zużywania w węzłach tarcia

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

ELEKTROMAGNETYCZNE PRZETWORNIKI ENERGII DRGAŃ AMORTYZATORA MAGNETOREOLOGICZNEGO

Określenie maksymalnego kosztu naprawy pojazdu

Modelowanie utraty stabilności układu wirnik łożyska przy stochastycznej zmienności danych wejściowych

Temat /6/: DYNAMIKA UKŁADÓW HYDRAULICZNYCH. WIADOMOŚCI PODSTAWOWE.

Warianty prowadnic 5 D6 8 D6 8 D10. Konstrukcja podstawowa z profili typoszeregu 5 z prowadnicą 5 na wałku D6.

OPORY PRZEPŁYWU PRZEWODÓW WENTYLACYJNYCH

ANALIZA BELKI DREWNIANEJ W POŻARZE

OPORY PRZEPŁYWU PRZEWODÓW WENTYLACYJNYCH

Zmęczenie Materiałów pod Kontrolą

Akademia Górniczo- Hutnicza Im. Stanisława Staszica w Krakowie

PROBLEMY NIEKONWENCJONALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH Łódź, maja 1997 r.

2. ANALIZA NUMERYCZNA PROCESU

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

Hydrostatyczne Układy Napędowe Laboratorium

ZNACZENIE POWŁOKI W INŻYNIERII POWIERZCHNI

Badanie zjawiska kontaktu LABORATORIUM WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

STANOWISKOWE BADANIE ZESPOŁU PRZENIESIENIA NAPĘDU NA PRZYKŁADZIE WIELOSTOPNIOWEJ PRZEKŁADNI ZĘBATEJ

WYKORZYSTANIE METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH W MODELOWANIU WYMIANY CIEPŁA W PRZEGRODZIE BUDOWLANEJ WYKONANEJ Z PUSTAKÓW STYROPIANOWYCH

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

MODELOWANIE POŁĄCZEŃ TYPU SWORZEŃ OTWÓR ZA POMOCĄ MES BEZ UŻYCIA ANALIZY KONTAKTOWEJ

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 7

PRZESTRZENNY MODEL PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO MASY FORMIERSKIEJ

Podstawowe pojęcia wytrzymałości materiałów. Statyczna próba rozciągania metali. Warunek nośności i użytkowania. Założenia

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Politechnika Poznańska. Metoda Elementów Skończonych

Analiza kosztów eksploatacji pojazdów komunikacji miejskiej na przykładzie Miejskiego Przedsiębiorstwa Komunikacyjnego w Lublinie

Transkrypt:

BUCHALSKI Krzysztof 1 Badania numeryczne niestacjonarnego elastohydrodynamicznego (ehd) filmu olejowego pod działaniem zmiennego obciążenia WSTĘP Tarcie występuje powszechnie w świecie. Zaliczamy je w niektórych przypadkach do zjawisk pozytywnych, np. bez istnienia tarcia między stopą a podłożem niemożliwe byłoby chodzenie, ale w większości przypadków wpływa ono negatywnie na współpracę dwóch elementów. Efektami ubocznymi tarcia jest wydzielanie się ciepła, którego konsekwencją jest dodatkowe zapotrzebowanie energii na pokonanie oporów ruchu, zużycie powierzchni współpracujących elementów, a także obniżenie własności eksploatacyjnych - zmniejszenie ich trwałości i niezawodności. Technicy eksploatatorzy przez zastosowanie odpowiednich środków smarujących rozdzielających współpracujące elementy oraz metod wymuszonego smarowania (smarowanie hydrostatyczne) lub wykorzystanie zjawiska hydrodynamicznego smarowania starają się eliminować te niekorzystne zjawiska. Jednakże w szeroko rozumianej logistyce transportu, gdzie wykorzystuje się wszelkiego rodzaju maszyny transportowe, w których stosowane są elementy maszyn takie jak łożyska toczne, krzywki, przekładnie zębate itp. w których współpracują elementy o znacznie różniących się krzywiznach (np. rolka-płaszczyzna, rolka -rolka, rolka-powierzchnia boczna krzywki) teoria smarowania hydrodynamicznego nie daje odpowiadających rzeczywistości wyników. Zjawisko generujące powstanie filmu olejowego między takimi powierzchniami opisuje teoria smarowania elastohydrodynamicznego (EHD). W artykule przedstawiono przykładowe wyniki badań numerycznych oraz doświadczalnych EHD filmu olejowego dla zagadnienia izotermicznego, niestacjonarnego EHD filmu olejowego dla wariantu częstotliwości zmian obciążenia zewnętrznego f=2 Hz oraz przeprowadzono analizę porównawczą ich wyników z wynikami badań doświadczalnych otrzymanych na stanowisku badawczym opisanym w pracy [7]. 1. WYNIKI BADAŃ Założeniem symulacji numerycznej oraz badań eksperymentalnych był liniowy kontakt rolkapłaszczyzna. Jednak na omówionym stanowisku badawczym [7] kontakt liniowy w styku rolkawirujący wokół swojej osi dysk, nie jest realizowany, ponieważ przy takiej współpracy między rolką, a dyskiem występują duże poślizgi kompensujące różnice prędkości obwodowych krawędzi bocznych rolki. W związku z powyższym zdecydowano się na realizację badań EHD filmu dla kontaktu eliptycznego, możliwie blisko przybliżającego kontakt liniowy tzn. dla stosunek krzywizn rolki i ich porównanie z wynikami analizy numerycznej dla kontaktu rolka-płaszczyzna 2. WYNIKI ANALIZY NUMERYCZNEJ Do obliczeń wykorzystano napisany w języku programowania PASCAL 7.0 program numeryczny o nazwie IZO. Analizę numeryczną przeprowadzono z wykorzystaniem programu IZO dla wariantu o następujących danych wejściowych: Zakres wartości obciążeń zewnętrznych: 30 N (p max =320 MPa), 1 Krzysztof Buchalski, zam. Ul. Farbiarska 31A, 92-312 Łódź, kom. 60 582 6349 Politechnika Łódzka, Wydział Mechaniczny, Katedra Pojazdów i Podstaw Budowy Maszyn, Łódź, ul. Żeromskiego116, tel. 42 636 22 65 785

45 N (p max =366 MPa). Zakres prędkości obwodowych: 0.1 mm/s 5 mm/s Kontakt eliptyczny o charakterystykach: Parametry rolki (stal): - moduł sprężystości E 1 = 2.1*10 5 MPa, - Liczba Poissona 1 = 0.3, - promienie krzywizn rolki Rx=12,7 mm Ry=64,8 mm Parametry rubinowego dysku: - moduł sprężystości E 2 = 81 000 MPa, - Liczba Poissona 2 = 0.208, Parametry oleju: - gęstość o = 890 kg/m 3, - współczynnik piezolepkości = 25 GPa -1, - lepkość dynamiczna o = 0,69 Pa*s. Badania były przeprowadzone dla następujących przebiegów zmian obciążenia zewnętrznego (przebieg sinusoidalny zmian obciążenia zewnętrznego). Przykładowe wyniki badań doświadczalnych przedstawiono na rysunkach 1.1 i 1.2, zaczerpniętych z pracy [7], ograniczając się do częstotliwości wymuszenia zmian sinusoidalnego przebiegu obciążenia zewnętrznego f=10 Hz. Na rysunku 1.1 przedstawiono przykładowy przebieg zmian dla częstotliwości f= 10 Hz, a na rysunku 1.2 mapę grubości filmu dla jednego z wariantów danych. Rys.1.1. Przykładowy przebieg zmian obciążenia zewnętrznego dla częstotliwości f=10 Hz. 786

Rys.1.2. Mapa grubości filmu dla jednego z wariantów danych [7] 2.1. Wariant 1 obciążenia zewnętrznego STAN STATYCZNY Prędkość przepływu dla Wariantu 1 badań doświadczalnych [7] miała bardzo małą wartość U=4 mm/s, która w kombinacji z małą amplitudą zmian obciążenia zewnętrznego uniemożliwia numeryczne obliczenia stanu dynamicznego dla częstotliwości powyżej f = 30 Hz (program obliczeń numerycznych nie dopuszcza przerwania filmu olejowego, które następuje, gdy czas przejścia między stanami jest do 25% krótszy niż czas przejścia cząsteczki oleju przez całą długość elipsy Hertza). W związku z powyższym stan dynamiczny dla wariantu 1 zostanie ograniczony do stanu, w którym częstotliwość zmian obciążenia zewnętrznego wynosi f = 2 Hz. Przebiegi zmian grubości i ciśnienia na długości EHD filmu olejowego dla procesu dociążania i odciążania dla stanu statycznego i dynamicznego przedstawiono na rysunkach 2.1, 2.2, 2.3. Na rysunkach tych widać, jak w trakcie wzrostu obciążenia zewnętrznego w zakresie wartości od wartości minimalnych do wartości maksymalnych (odpowiednie krzywe 1, 2, 3, 4, 5) zwiększa się pole kontaktu między współpracującymi elementami, a przewężenie grubości filmu odpowiadające pikowi ciśnienia przesuwa się w prawo. W przypadku odciążania (krzywe 5, 4, 3, 2, 1 ) mamy zjawisko odwrotne. Wyniki te odpowiadają wynikom doświadczalnym otrzymanym na stanowisku badawczym w Brnie. 787

Rys.2.1. Dociążanie i odciążanie stan statyczny STAN DYNAMICZNY Grubość EHD filmu olejowego podczas dociążania i odciążania dla stanu dynamicznego, wariant izotermiczny (IZO), przedstawiono na rysunku 2.3. Rys. 2.2. Dociążanie i odciążenia stan dynamiczny f=2 Hz Dla stanu dynamicznego można zaobserwować przebiegi jakościowo podobne do przebiegów typowych dla stanów statycznych, cechujące się jednak mniejszą grubością filmu olejowego w charakterystycznych punktach (punkt centralny, przewężenie i strefa wylotu). Na rysunku 2.3 przedstawiono zbiorczy wykres zmian grubości EHD filmu w jego punkcie centralnym 0 w funkcji przebiegu zmian obciążenia zewnętrznego dla stanu statycznego i dynamicznego. Widoczne jest opóźnienie reakcji filmu olejowego w stosunku do przebiegu zmian obciążenia zewnętrznego. 788

Rys. 2.3. Przebieg zmian grubości filmu h 0 w czasie dwóch cykli zmian obciążenia zewnętrznego dla rozwiązania izotermicznego Na rysunku 2.4 pokazano rozkład grubości i ciśnienia w EHD filmie w jego punkcie centralnym dla maksymalnych wartości ciśnienia zewnętrznego punkt 5-5. a) b) Rys.2.4. Różnice w grubości i rozkładu ciśnienia w punkcie 5-5 (maksymalnej wartości ciśnienia zewnętrznego) dla: a) zagadnienia statycznego, b) zagadnienia dynamicznego. Z rysunku 2.4 a) i b), a także z kolejnego rysunku 2.5 otrzymanego na podstawie badań eksperymentalnych, wynika, że w strefie środkowej (φ=0) grubość filmu z badań ma wartość h 0 = 103 nm, zaś z obliczeń numerycznych dla maksymalnego ciśnienia (punkt 5-5 ) h 0 = 101.81 nm. Błąd względny wynosi w tym przypadku 1.2 %. Dla ciśnień mniejszych (w punktach: 1-1, 2-2, 3-3, 4-4 ) błąd ten jest relatywnie mniejszy. 789

film thickness, nm 300 250 200 150 100 50 0-200 -150-100 -50 0 50 100 150 200 distance, m Rys.2.5. Przebieg zmian grubości EHD filmu na podstawie badań doświadczalnych Na rysunku 2.6 przedstawiono przekrój wzdłużny (w kierunku przepływu strugi środka smarującego) opracowanego na podstawie wyników badań doświadczalnych za pomocą programu EXCEL. Rys.2.6. Przebieg zmian grubości EHD filmu na podstawie badań doświadczalnych (wykres na podstawie wyników badań doświadczalnych obrobionych programem EXCEL ) WNIOSKI Rozważania teoretyczne dotyczące zmian grubości EHD filmu olejowego w funkcji zmian obciążenia zewnętrznego są zbieżne z wynikami badań doświadczalnych i dają podstawę do wykorzystania opracowanego programu numerycznego p.n. IZO do wstępnych obliczeń inżynierskich grubości EHD filmu pod działaniem zmiennego w czasie obciążenia zewnętrznego. Należy zauważyć, że badania teoretyczne zjawiska EHD filmu z uwzględnieniem wpływu temperatury na jego parametry są kontynuowane, a ich wyniki będą sukcesywnie publikowane. Streszczenie Artykuł przedstawia wyniki badań numerycznych izotermicznego EHD filmu olejowego oraz porównanie ich z badaniami eksperymentalnymi przeprowadzonymi na doświadczalnym stanowisku badawczym na Uniwersytecie Technicznym w Brnie (Czechy). Rozpatrywany kontakt jest liniowym stykiem skoncentrowanym dwóch walców oddzielonych warstwą smaru. Numerical analysis (ehd) oil film under variable external load Abstract The contact between elements is a linear contact between two rollers separated by a concentrated layer of grease. This article presents the results of numerical analysis of isothermal EHD oil film and compare them to the experimental studies carried out on an experimental bench at the Technical University in Brno (Czech 790

Republic). The article present linear contact between two rollers separated by a layer of grease under variable external load. BIBLIOGRAFIA 1. Gohar R.: Elastohydrodynamics. Imperial College Press 2001. 2. Hebda M., Wachal A. Trybologia. WNT Warszawa 1980. 3. Krupka I., Hartl M., Liska M. Direct observation of the behaviour of real surface roughness passing through EHD point contact, 30-th Leeds-Lyon Symposium on Tribology, Septembetr 2003. 4. Krupka I., Hartl M., Liska M., The influence of slide to rool ratio on lubricant film thickness distribution in the vicinity of real roughness features passing through EHD point contact., 31-st Leeds-Lyon Symposium on Tribology, Leeds September 2004. 5. Buchalski K., Wiśniewski M.: Sprawozdanie z projektu badawczego Nr 4T07B 007 29. Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. 6. Buchalski K.: Wpływ zmiennego w czasie obciążenia zewnętrznego na parametry elastohydrodynamicznego (EHD) izotermicznego filmu olejowego. AUTOBUSY, Technika, Eksploatacja, Systemy transportowe, nr 3, Radom -2013, s. 1575-1583. 7. Buchalski K: Stanowisko do badań niestacjonarnego (EHD) izotermicznego filmu olejowego. AUTOBUSY, Technika, Eksploatacja, Systemy transportowe nr 3, Radom -2013, s. 1585-1591. 791