Ćw. 4 BADANIE I OCENA WPŁYWU ODDZIAŁYWANIA WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA ROZKŁAD CIŚNIEŃ W ŁOśYSKU HYDRODYNAMICZNYMM WYBRANA METODA BADAŃ. Badania hydrodynamicznego łoŝyska ślizgowego, realizowane na stanowisku laboratoryjnym, dotyczą oceny skuteczności procesu smarowania zachodzącego w hydrodynamicznym łoŝysku ślizgowym w zaleŝności od zmiennych wartości wybranych istotnych parametrów pracy węzła łoŝyskowego. OPIS STANOWISKA BADAWCZEGO Stanowisko laboratoryjne, przeznaczone do badania rozkładu ciśnienia w hydrodynamicznym klinie smarnym, w zaleŝności od wartości wybranych parametrów pracy łoŝyska ślizgowego, zbudowane jest z wału 3 podpartego na łoŝyskach tocznych 13. Rys. 3.7. Schemat stanowiskaa laboratoryjnego przeznaczonego do badaniaa ciśnienia w klinie smarnym: 1 czop łoŝyska hydrodynamicznego, panew łoŝyska hydrodynamicznego, 3 wał, 4 przekładnia pasowa, 5 siłownik hydrauliczny, 6 silnik prądu stałego, 7 przetwornica częstotliwości, 8 górny zbiornik oleju, 9 dolny zbiornik oleju, 10 korpus, 11 czujniki pomiarowe ciśnienia, 1 manometr, 13 łoŝyska toczne.
Wał 3 napędzany jest silnikiem prądu stałego 6 poprzez przekładnię pasową 4. Ustalenie prędkości obrotowej silnika realizowane jest za pomocą przetwornicy częstotliwości 7. Na końcu wału 3 wykonany jest czop 1 łoŝyska hydrodynamicznego, który obraca się w panwi. W panwi wykonano otwory gwintowane, w których znajdują się czujniki pomiarowe ciśnienia 11, w poszczególnych punktach klina smarnego. Czujniki pomiarowe połączone są przewodami elektrycznymi z manometrem układu pomiarowego 1. ObciąŜenie łoŝyska hydrodynamicznego realizowane jest za pomocą siłownika hydraulicznego 5 poprzez korpus 10, w którym osadzona jest panew. Do pomiaru prędkości obrotowej czopa 1 słuŝy przenośny miernik prędkości obrotowej. W trakcie pracy do łoŝyska hydrodynamicznego dostarczany jest w sposób grawitacyjny czynnik smarujący (olej maszynowy) z górnego zbiornika oleju 8. Schemat stanowiska laboratoryjnego przeznaczonego do badania ciśnienia w klinie smarnym przedstawiono na rysunku 3.7. SPOSÓB REALIZACJI BADAŃ Program realizacji badań obejmuje: pomiary wartości ciśnień cieczy smarującej (filmu olejowego) w wybranych punktach łoŝyska hydrodynamicznego, przy ustalonej prędkości obrotowej wału n i róŝnych wartościach poprzecznej siły obciąŝającej P, dla stałych wartości współczynnika lepkości dynamicznej η oraz temperatury oleju T, pomiary wartości ciśnień cieczy smarującej (filmu olejowego) w wybranych punktach łoŝyska hydrodynamicznego, przy ustalonej wartości poprzecznej siły obciąŝającej łoŝysko P i róŝnych prędkościach obrotowych n czopa wału, dla stałych wartości współczynnika lepkości dynamicznej η oraz temperatury oleju T, wykonanie obliczeń teoretycznych wartości ciśnienia oleju w wybranych punktach łoŝyska hydrodynamicznego na podstawie zaleŝności podanych w punkcie.3.3. POMIAR WARTOŚCI CIŚNIENIA CIECZY SMARUJĄCEJ W WYBRANYCH PUNKTACH ŁOśYSKA HYDRODYNAMICZNEGO, PRZY USTALONEJ PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ WAŁU N I RÓśNYCH WARTOŚCIACH POPRZECZNEJ SIŁY OBCIĄśAJĄCEJ P DLA STAŁYCH WARTOŚCI WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI DYNAMICZNEJ Η I TEMPERATURY OLEJU T W celu dokonania pomiarów wartości ciśnienia oleju w klinie smarnym naleŝy wykonać następujące czynności: - uruchomić silnik elektryczny 6 i ustalić jego prędkość obrotową n = const. za pomocą przetwornicy częstotliwości 7,
- obciąŝyć badane łoŝysko siłą poprzeczną o wartości P 1 za pomocą siłownika hydraulicznego 5, - odczytać wartości ciśnienia oleju p (za pomocą manometru układu pomiarowego 1) dla wybranych punktów pomiarowych po ustaleniu się temperatury T oleju smarującego łoŝysko, - wyniki pomiarów zapisać w tabeli 3.1, - wykonać pomiary ciśnienia oleju p w klinie smarnym łoŝyska dla pięciu róŝnych wartości siły obciąŝającej łoŝysko P 1, P, P 3, P 4, P 5, - w trakcie dokonywania pomiarów sprawdzać, czy temperatura T czynnika smarującego nie zmienia swojej wartości. Tabela 3.1. Tabela pomiarowa Θ n=const.= P 1 = P = P 3 = P 4 = P 5 = Θ p Ψ Θ p Ψ Θ p Ψ Θ p Ψ Θ p Ψ P dośw. p teor. p dośw. p teor. p dośw. p teor. p dośw. p teor. p dośw. p teor. POMIAR WARTOŚCI CIŚNIENIA CIECZY SMARUJĄCEJ W WYBRANYCH PUNKTACH ŁOśYSKA HYDRODYNAMICZNEGO, PRZY USTALONEJ WARTOŚCI POPRZECZNEJ SIŁY OBCIĄśAJĄCEJ P I RÓśNYCH PRĘDKOŚCIACH OBROTOWYCH N CZOPA WAŁU DLA STAŁYCH WARTOŚCI WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI DYNAMICZNEJ Η I TEMPERATURY OLEJU T W celu dokonania pomiarów wartości ciśnienia oleju w klinie smarnym naleŝy wykonać następujące czynności: - uruchomić silnik elektryczny 6 i ustalić jego prędkość obrotową n 1 za pomocą przetwornicy częstotliwości 7, - obciąŝyć badane łoŝysko siłą poprzeczną P = const. za pomocą siłownika hydraulicznego 5, - odczytać wartości ciśnienia oleju p (za pomocą manometru układu pomiarowego 1) dla wybranych punktów pomiarowych po ustaleniu się temperatury T oleju smarującego łoŝysko, - wyniki pomiarów zapisać w tabeli 3., - wykonać pomiary ciśnienia oleju p w klinie smarnym łoŝyska dla pięciu róŝnych prędkości obrotowych czopa n 1, n, n 3, n 4, n 5,
- w trakcie dokonywania pomiarów sprawdzać, czy temperatura T czynnika smarującego nie zmienia swojej wartości. Tabela 3.. Tabela pomiarowaa Θ N 1 = n = Θ p Ψ Θ P=const.= n 3 = n 4 = p Ψ Θ p Ψ Θ p Ψ Θ p Ψ p dośw. p teor. p dośw w. p teor. p dośw. p teor. p dośw. p teor. p dośw. p teor. n 5 = OBLICZENIA TEORETYCZNE Obliczenia wartości ciśnienia oleju w klinie smarnym łoŝyska hydrodynamicznego naleŝy wykonać dla wszystkich przyjętych podczas badań laboratoryjnych wartości parametrów pracy łoŝyska i współrzędnych punktów pomiarowych. PoniŜej zostały przedstawione zaleŝności potrzebne do obliczenia wartości ciśnienia oleju w klinie smarnym [,3,9]. Na rysunku 3.8 przedstawiono geometryczne wielkości charakteryzujące kształtt warstwy cieczy w szczelinie o grubości h. Rys. 3.8. Geometryczne wielkości charakteryzujące kształt warstwy cieczy w szczelinie o grubości h. Dla wyznaczenia teoretycznych wartości ciśnień w klinie smarnym naleŝy wyznaczyć kolejno następujące wielkości: 1) wartość luzu promieniowego c czopa względem panwi łoŝyska:
( EI es) + ( ES ei) c = 4 EI, ES dolna i górna odchyłka wymiarowa średnicy otworu panwi łoŝyska, ei, es dolna i górna odchyłka wymiarowa średnicy czopa łoŝyska, ) wartość prędkości obwodowej u czopa: (3.) n prędkość obrotowa czopa łoŝyska, R promień czopa łoŝyska, π n R u = 60 (3.3) 3) wartość parametru obciąŝenia A, stanowiącego tzw. rozszerzoną postać równania Reynoldsa: A = P u η P siła poprzeczna obciąŝająca łoŝysko, η lepkość dynamiczna oleju, d średnica czopa łoŝyska, b długość łoŝyska, 4) wartość mimośrodowości względnej E panwi do czopa łoŝyska: c R d b (3.4) e ekscentryczność czopa, e E = c (3.5) lub z wykresów E = f (A) zamieszczonych na rysunkach 3.9 i 3.10.
Rys. 3.9. ZaleŜność E = f (A) dla wartości parametru obciąŝenia A 10. Rys. 3.10. ZaleŜność E = f (A) dla wartości parametru obciąŝenia A > 10. 5) wartość współrzędnej kątowej Ψ określającą początek strefy powstawania klina smarnego oraz kierunek działania wypadkowej siły obciąŝającej czop łoŝyska: tg Ψ = π 4 1 E E (3.6) lub na podstawie wykresu Ψ = f (A) przedstawionego na rysunku 3.11. Rys. 3.11. Wartości kąta Ψ w zaleŝności od wartości parametru obciąŝenia A. 6) teoretyczna wartość ciśnienia p teor. w punkach pomiarowych o współrzędnych (Θ, z): p teor. 3 η u b = R c 4 z E sin Θ ( 1 + E cos Θ) 3 (3.7)
Θ współrzędna kątowa punktów warstwy nośnej czynnika smarującego, z odległość mierzona od środka łoŝyska dla punktów warstwy nośnej czynnika smarującego, przyjmuje wartości ze zbioru {-0,5b; 0,5b}, 7) maksymalna wartość ciśnienia w klinie smarnym p wyznaczana dla punktów pomiarowych o współrzędnych (Θ, z = 0): p 3 η u b = 4 R c E sin Θ ( 1 + E cos Θ ) 3 (3.8) 8) wartość współrzędnej kątowej Θ, przy której ciśnienie w klinie smarnym osiąga wartość maksymalną p : cos Θ 1 = 1+ 4 E 4 E (3.9) Wyznaczone według powyŝszych wzorów wartości: p teor., p, Θ, Ψ naleŝy wpisać do tabel pomiarowych 3.1 oraz 3.. ZASADY OPRACOWANIA SPRAWOZDANIA. Sprawozdanie powinno zawierać: a) cel badań, b) rysunek i opis stanowiska laboratoryjnego, c) opis przebiegu realizacji badań laboratoryjnych, d) charakterystykę badanego środka smarnego, e) tabelę z wynikami pomiarów i obliczeń, f) niezbędne obliczenia, g) wykresy: - zmian ciśnienia w funkcji współrzędnej kątowej p = f (Θ), - zmian ciśnienia w zaleŝności od wartości prędkości obrotowej czopa p = f (n), - zmian ciśnienia w zaleŝności od wartości siły obciąŝającej łoŝysko p = f (P), h) ocenę wyników badań i wnioski końcowe.