Визначення моментів і коефіцієнтів тертя

В ПІДШИПНИКАХ КОВЗАННЯ

Мета роботи. Метою роботи є: ознайомлення з режимами роботи підшипників ковзання; аналітичне визначення залежності коефіцієнта тертя та товщини масляної плівки від навантаження; експериментальне дослідження моментів і коефіцієнтів тертя, та встановлення переходу від рідинного тертя до напіврідинного при збільшенні навантаження на підшипник.

Теоретичні відомості. В опорах ковзання при різних режимах роботи може бути граничне, напіврідинне або рідинне тертя, що переходить одне в одне внаслідок зміни частоти обертання вала, навантаження тощо. Змінення коефіцієнта тертя при цьому досить добре видно з діаграми Герсі-Штрибека (рис. 8.1). На початку обертання вала коефіцієнт тертя ƒ досягає свого максимального значення. У цей момент він по суті є коефіцієнтом тертя спокою ƒ_0.

 

При обертанні у підшипниковій втулці вал стикається з підведеним змащенням. У результаті цього сухе тертя переходить у граничне і коефіцієнт тертя зменшується (точка 1).

 

 

Величина ƒ_min у точці 2 визначається за формулою Фальца:

ƒ_min = , (8.1)

де p – середній тиск, МПа.

При цьому

р = ;(8.2)

. (8.3)

У цих формулах: – динамічна в’язкість мастила, ;

F_r – радіальне навантаження на підшипник, Н; d, l – діаметр і довжина підшипника, мм; - кінематична в`язкість мастила, м²/с; - кутова швидкість цапфи, яка відповідає точці 2 (рис. 8.1), рад/с; - густина мастила, кг/м³.

Кутова швидкість визначається за формулою:

, рад/с, (8.4)

де - відносний зазор між цапфою і підшипником; - діаметральний зазор, мм; - табличне значення безрозмірного критерію Зомерфельда, що відповідає точці 2 переходу від напіврідинного тертя до рідинного (рис. 8.2, табл. 8.2).

 

Таблиця 8.1

Густина і кінематична в`язкість (м²/с) деяких мастил при різних температурах

 

Марка індустріальних мастил	Густина, кг/м^3	Кінематична в`язкість (м^2/с) при температурі
30^0С	50^0С	80^0С
І-20А		0,72х10^-4	0,2х10^-4	0,06х10^-4
І-30А		0,9х10^-4	0,3х10^-4	0,09х10^-4
І-40А		1,2х10^-4	0,4х10^-4	0,13х10^-4
І-50А		1,5х10^-4	0,5х10^-4	0,17х10^-4

 

Змінювання кривої в зоні рідинного тертя (після точки 2, рис. 8.1) визначається в залежності від безрозмірної характеристики режиму роботи підшипника:

або .

Тобто, із зростанням швидкості обертання вала і в`язкості мастила збільшується внутрішнє тертя у мастильному шарі і коефіцієнт тертя, а для питомого тиску - протилежно.

Таблиця 8.2

Значення критерію Зомерфельда , відповідно до умовної межі між напіврідинним і рідинним тертям (при - тертя рідинне; при - тертя напіврідинне).

Відношення l/d	Діаметри цапфи вала, мм
при = 0.001
0,6	0,35	0,42	0,53	0,80	1,00
0,8	0,54	0,64	0,80	1,20	1,50
1,0	0,72	0,85	1,00	1,50	1,90
при = 0.002
0,6	0,53	0,65	0,80	1,40	2,00
0,8	0,80	0,95	1,20	1,90	2,70
1,0	1,00	1,20	1,50	2,40	3,30
при = 0.002
0,6	0,80	1,00	1,40	3,00	4,00
0,8	1,20	1,50	1,90	4,00	5,00
1,0	1,70	1,90	2,40	4,50	6,00

 

Експериментальна установка для визначення моментів тертя підшипників ковзання. Установка ДМ 29М складається із корпусу, на якому змонтовано шпиндель із підшипником, привод, механізм навантажування, вимірювальний пристрій і систему подачі масла (рис. 8.3).

Шпиндель 1 знаходиться у двох кулькових підшипниках опорах і обертається за допомогою електродвигуна через клинопасову передачу. Досліджуваний підшипник ковзання становить собою обойму 2 із бронзовим вкладишем 3, що встановлюється консольно на кінці шпинделя (вала). Навантаження підшипника радіальною силою здійснюється гвинтом 4 з гайкою-маховиком 5 через динамометр 6 і тяговий паралелограм. Останній становить собою дві тяги 7, шарнірно зв’язаних з коромислом 8 і обоймою. Таким чином величина радіального навантаження підшипника визначається динамометром.

Вимірювальний пристрій момента сил тертя складається із укріпленого на обоймі важеля 9 та закріплених на корпусі нерухомого кронштейна 10 із індикатором 11 і хитного кронштейна 12 із вимірювальною пружиною 13 й індикатором 14. Ніжка верхнього індикатора упирається у важіль, а ніжка нижнього індикатора – у вимірювальну пружину, котра у свою чергу упирається в п’яту важеля.

Хитний кронштейн закріплений на корпусі на осі і може обертатися гвинтом 15. На нерухомому кронштейні є жорсткий упор 16 обмеження важеля. Зрівноважування важеля здійснюється вантажем 17, що переміщується на різьбі штангою, укріпленою з іншого боку обойми.

При обертанні шпинделя проти годинникової стрілки обойма під дією момента сил тертя обертається в тому ж напрямку, а важіль натискає на вимірювальну пружину, деформацію якої фіксує індикатор 11.

На пружині наклеєні також тензодатчики електричного опору із виведенням на 3 клеми передньої панелі.

Система подачі мастила у підшипник складається із мастильного бачка 18, крана 19 і подавальної трубки. Рівень мастила контролюється покажчиком.

Електрична напруга на силові кола і кола керування установки подається автоматичним вимикачем, який розташовано ліворуч на панелі. Пуск електродвигуна здійснюється натисканням кнопки „Пуск” чорного кольору. Зупинка електродвигуна здійснюється натисканням кнопки „Стоп” червоного кольору. Установка заземлюється за допомогою болта заземлення.

 

 

 

 

 

Технічна характеристика

1. Підшипник ковзання: а) діаметр d = 60 мм, довжина

l = 60 мм, діаметральний зазор вимірюється і повідомляється студентам викладачем; б) матеріал втулки – бронза Бр А9Ж4, матеріал вала – сталь 45 із твердістю HRC 30...34.

2. Сила навантаження F_r = 500...5000 Н.

3. Частота обертів вала – 760; 1350; 2400 об/хв (або 80; 141; 251, рад/с) повідомляється викладачем.

4. Рекомендовані мастила – індустріальні І-20А, І-30А,

І-40А, І-50А (уточнюється викладачем), кількість мастила, що заливається – 3 літри. Подача мастила у підшипник – 30...40 краплин за хвилину.

5. Привод - електродвигун А02-12-4; потужність

Р = 0,8 кВт, частота обертів n = 1350 об/хв (141 рад/с); живлення від мережі електричного струму із напругою 380 В.

6. Габаритні розміри – 585х550х1100 мм. Маса –170 кг.